Bài giảng Kiến trúc máy tính Jan2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hanoi University of Science and Technology NKK-HUST Contact Information KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Computer Architecture ! Address: 502-B1 ! Mobile: 091-358-5533 ! e-mail: [email protected] [email protected] Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật máy tính Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông Department of Computer Engineering (DCE) School of Information and Communication Technology (SoICT) Version: Jan 2014 Jan2014 Computer Architecture 2 NKK-HUST Mục tiêu học phần NKK-HUST Tài liệu tham khảo chính ! Sinh viên được trang bị các kiến thức cơ sở về kiến trúc tập lệnh và tổ chức của máy tính, cũng như những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy tính. ! Sau khi học xong học phần này, sinh viên có khả năng: ! Tìm hiểu kiến trúc tập lệnh của các bộ xử lý cụ thể ! Lập trình hợp ngữ trên một số kiến trúc ! Đánh giá hiệu năng của các họ máy tính ! Khai thác và quản trị hiệu quả các hệ thống máy tính ! Phân tích và thiết kế máy tính [1] William Stallings - Computer Organization and Architecture – Designing for Performance – 2013 (9th edition) [2] David A. Patterson & John L. Hennessy - Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface – 2012 (revised 4th edition) [3] David Money Harris and Sarah L. Harris, Digital Design and Computer Architecture – 2013 (2nd edition) [4] Andrew S. Tanenbaum - Structured Computer Organization – 2012 (6th edition) Jan2014 Computer Architecture 3 Jan2014 Computer Architecture 4 Nguyễn Kim Khánh DCE-HUST 1 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUST Nội dung học phần Jan2014 NKK-HUST Chú ý: Bài giảng mới nhất Jan 2014 Chương 1. Giới thiệu chung Chương 2. Cơ bản về logic số ftp://dce.hust.edu.vn/khanhnk/CA Chương 3. Hệ thống máy tính Chương 4. Số học máy tính Chương 5. Kiến trúc tập lệnh Chương 6. Bộ xử lý Chương 7. Bộ nhớ máy tính Chương 8. Hệ thống vào-ra Chương 9. Các kiến trúc song song Jan2014 Computer Architecture 5 Jan2014 Computer Architecture 6 NKK-HUST Kiến trúc máy tính NKK-HUST Nội dung Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Máy tính và phân loại 1.2. Khái niệm kiến trúc máy tính 1.3. Sự tiến hóa của máy tính 1.4. Hiệu năng máy tính Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Jan2014 Computer Architecture 7 Jan2014 Computer Architecture 8 Nguyễn Kim Khánh DCE-HUST 2 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUST 1.1. Máy tính và phân loại máy tính 1. Máy tính Jan2014 NKK-HUST Máy tính .... ! Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau: ! Nhận thông tin vào, ! Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên trong, ! Đưa thông tin ra. ! Dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ để yêu cầu máy tính thực hiện công việc cụ thể gọi là chương trình (program) ✂Máy tính hoạt động theo chương trình. Các thiết bị vào (Input Devices) Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit) Bộ nhớ chính (Main Memory) Các thiết bị ra (Output Devices) Jan2014 Computer Architecture 9 Jan2014 Computer Architecture 10 NKK-HUST 2. Phân loại máy tính NKK-HUST Phân loại máy tính hiện đại [P&H] ! Phân loại truyền thống: ! Máy vi tính (Microcomputers) ! Máy tính nhỏ (Minicomputers) ! Máy tính lớn (Mainframe Computers) ! Siêu máy tính (Supercomputers) ! Thiết bị di động cá nhân (Personal Mobile Devices): ! Smartphones, Tablet ! Máy tính cá nhân đa dụng (Personal Computers) ! Desktop computers, Laptop computers ! Máy chủ (Servers) ! Thực chất là Máy phục vụ ! Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server ! Máy tính cụm/máy tính qui mô lớn (Clusters/Warehouse Scale Computers): ! Sử dụng tại các trung tâm tính toán, trung tâm dữ liệu ! Supercomputers ! Máy tính nhúng (Embedded Computers) ! Đặt ẩn trong thiết bị khác ! Được thiết kế chuyên dụng Jan2014 Computer Architecture 11 Jan2014 Computer Architecture 12 Nguyễn Kim Khánh DCE-HUST 3 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUST 1.2. Khái niệm kiến trúc máy tính Jan2014 NKK-HUST Định nghĩa của Hennessy/ Patterson ! Định nghĩa trước đây về kiến trúc máy tính: ! Là thiết kế kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture – ISA) ! Các thuộc tính của máy tính theo cách nhìn người lập trình (hardware/software interface) ! Là định nghĩa hẹp ! Kiến trúc máy tính bao gồm: ! Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập trình (hardware/software interface). ! Tổ chức máy tính (Computer Organization) hay Vi kiến trúc (Microarchitecture): nghiên cứu thiết kế máy tính ở mức cao, chẳng hạn như hệ thống nhớ, cấu trúc bus, thiết kế bên trong CPU. ! Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi tiết và công nghệ đóng gói của máy tính. ! Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức và phần cứng máy tính thay đổi rất nhanh. Jan2014 Computer Architecture 13 Jan2014 Computer Architecture 14 NKK-HUST Kiến trúc tập lệnh NKK-HUST Cấu trúc cơ bản của máy tính Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm: CPU Bộ nhớ chính ! Tập lệnh: tập hợp các chuỗi số nhị phân mã hoá cho các thao tác mà máy tính có thể thực hiện ! Các kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý Bus liên kết hệ thống Hệ thống vào-ra Jan2014 Computer Architecture 15 Jan2014 Computer Architecture 16 Nguyễn Kim Khánh DCE-HUST 4 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUST Các thành phần cơ bản của máy tính Jan2014 NKK-HUST Mô hình phân lớp của máy tính ! Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu. ! Bộ nhớ chính (Main Memory): Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng. ! Hệ thống vào-ra (Input/Output System): Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài. Người sử dụng Người lập trình Các phần mềm ứng dụng Người thiết Các phần mềm trung gian kế HĐH Hệ điều hành Phần mềm ứng dụng Phần mềm trung gian Hệ điều hành Kiến trúc tập lênh Vi kiến trúc Logic-số ! Bus liên kết hệ thống (System Interconnection Bus): Kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau. Phần cứng Mạch điện tử ! Phần cứng (Hardware): hệ thống vật lý của máy tính. ! Phần mềm (Software): các chương trình và dữ liệu. Jan2014 Computer Architecture 17 Jan2014 Computer Architecture 18 NKK-HUST 1.3. Sự tiến hóa của máy tính NKK-HUST ENIAC – Máy tính điện tử đầu tiên Các thế hệ máy tính ! Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1950s) ! Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor (1960s) ! Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI (1970s) ! Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI (1980s) ! Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSI, SoC (1990s-nay) ! Electronic Numerical Intergator and Computer ! Dự án của Bộ Quốc phòng Mỹ ! Do John Mauchly và John Presper Eckert ở Đại học Pennsylvania thiết kế. ! Bắt đầu từ 1943, hoàn thành 1946 ! Nặng 30 tấn ! 18000 đèn điện tử và 1500 rơle ! 5000 phép cộng/giây ! Xử lý theo số thập phân ! Bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu ! Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối. Jan2014 Computer Architecture 19 Jan2014 Computer Architecture 20 Nguyễn Kim Khánh DCE-HUST 5 ... - tailieumienphi.vn nguon tai.lieu . vn |
