Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu chung - Ngô Lam Trung
IT3030 - Kiến trúc má y tí nh
(Dựa trên bài giảng của TS. Nguyễn Kim Khá nh, bộ mô n KTMT)
Ngô Lam Trung
Bộ mô n Kỹ thuật Má y tí nh
Viện Cô ng nghệ thô ng tin và Truyền thô ng
Đại học Bá ch khoa Hà Nội
E-mail: trungnl@soict.hust.edu.vn
1
CA, NLT2020
Tại sao cần học Kiến trúc má y tí nh?
❑ Kiến trúc má y tí nh rất quan trọng với kỹ sư CNTT
l Software developer: để viết chương trì nh tốt hơn
l Hardware designer: để thiết kế má y tí nh tốt hơn
❑ Sau khi học xong: kiến thức cơ sở về kiến trúc tập lệnh
và tổ chức của máy tính, các vấn đề cơ bản trong thiết
kế máy tính
l Tìm hiểu kiến trúc tập lệnh của một bộ xử lý cụ thể
l Lập trình hợp ngữ trên một số kiến trúc
l Đánh giá hiệu năng của các họ máy tính
l Khai thác và quản trị hiệu quả các hệ thống máy tính
l Phân tích và thiết kế máy tính
2
CA, NLT2020
Thô ng tin học phần
❑ Giảng viên: Ngo Lam Trung
505 B1, SoICT, HUST
❑ Tài liệu:
[Tham khảo] Computer Organization and
Design, 4th edition revised printing,
Patterson & Hennessy 2012.
[Cần có ] Computer Organization and
Architecture, 8th Edition, William Stalling
❑ Slides:
pdf
❑ MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator)
3
CA, NLT2020
Nội dung
❑ Chương 1. Giới thiệu chung
❑ Chương 2. Cơ bản về logic số
❑ 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
4
CA, NLT2020
Cần biết trước khi học Kiến trúc má y tí nh
❑ Đã sử dụng thành thạo má y tí nh
l VD: RAM, ROM, HDD, KB là gì ?
❑ Kiến thức về thiết kế logic
❑ Khả năng lập trì nh (C/C++, assembly)
5
CA, NLT2020
Chương 1: Giới thiệu chung
1.1 Máy tính và phân loại
1.2. Khái niệm kiến trúc máy tính
1.3. Sơ lược lịch sử má y tí nh
1.4. Hiệu năng máy tính
6
CA, NLT2020
1.1 Máy tính và phân loại
❑ Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện
các công việc sau:
l Nhận thông tin vào,
l Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên
trong,
l 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
trì nh (program)
→ Máy tính hoạt động theo chương trình được lưu
trữ (stored program), chương trình có thể thay đổi
được.
7
CA, NLT2020
Mô hình cơ bản của máy tính
❑ Các thành phần cơ bản
8
CA, NLT2020
Phân loại máy tính
❑ Phân loại truyền thống
l Má y vi tí nh (Microcomputers)
l Máy tính nhỏ (Minicomputers)
l Máy tính lớn (Mainframe Computers)
l Siêu má y tí nh (Supercomputers)
9
CA, NLT2020
Phân loại máy tính hiện đại
❑ Thiết bị di động cá nhân (Personal Mobile Devices):
l Smartphones, Tablet
❑ Máy tính cá nhân, máy trạm (PC, Workstation)
l Desktop computers, Laptop computers
❑ Máy chủ (Servers)
l Thực chất là Máy phục vụ
l Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server
❑ Máy tính cụm/máy tính qui mô lớn
l Sử dụng tại các trung tâm tính toán, trung tâm dữ liệu
❑ Supercomputers
❑ Má y tí nh nhúng (Embedded Computers)
l Đặt ẩn trong thiết bị khác
l Được thiết kế chuyên dụng
10
CA, NLT2020
Look and feel
Embedded
PC
Server
Super computer
11
CA, NLT2020
Giá thành/hiệu năng của cá c loại má y tí nh
$Millions
$100s Ks
$10s Ks
Tương đối
giống nhau
$1000s
$100s
$10s
12
CA, NLT2020
Kỷ nguyên hậu PC (Post-PC era)
❑ Xu hướng cô ng nghệ khi khối lượng tí nh toá n khô ng cò n
chỉ được thực hiện trên PC truyền thống
❑ Được đưa ra bởi Bill Gates (PC Plus, 1999) và Steve
Jobs (post-PC device, 2007).
❑ Thiết bị di động: tablet, mobile phones, handheld, smart
watch, wearable devices…
❑ Cloud Services: Azure, EC2…
13
CA, NLT2020
1.2 Khái niệm kiến trúc máy tính
❑ Kiến trúc máy tính bao gồm:
l Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture):
nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập
trì nh (hardware/software interface).
l 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.
l Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi
tiết và công nghệ đóng gói của máy tính.
❑ Nhận xét: cùng một kiến trúc tập lệnh có thể có
nhiều sản phẩm (tương ứng tổ chức, phần
cứng) khá c nhau.
14
CA, NLT2020
Kiến trúc tập lệnh
❑Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm:
l Tập lệnh: tập hợp các chuỗi số nhị phân mã
hoá cho các thao tác mà máy tính có thể thực
hiện
l Các kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu mà máy
tính có thể xử lý
15
CA, NLT2020
Cấu trúc cơ bản của máy tính
16
CA, NLT2020
Các thành phần cơ bản
❑ Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit):
l Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu.
❑ Bộ nhớ chính (Main Memory):
l Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng.
❑ Hệ thống vào-ra (Input/Output System):
l Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài.
❑ Bus liên kết hệ thống (System Interconnection Bus):
l Kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau.
17
CA, NLT2020
Mô hình phân lớp của máy tính
18
CA, NLT2020
1.3 Sự tiến hóa của máy tính
Thế hệ
Cô ng nghệ
Bộ nhớ Thiết bị vào look & feel
chế tạo
ra
0 (1600s)
1 (1950s)
2 (1960s)
3 (1970s)
(Điện-)Cơ khí Wheel, card
Cần gạt, quay Factory
số
equipment
Đèn điện tử
châ n khô ng
Magnetic
drum
Băng từ
Hall-size
cabinet
Transistor
Magnetic
core
Trống từ, má y Room-size
in, đầu cuối
mainframe
Vi mạch
SSI/MSI
RAM/ROM
chip
Đĩa từ, màn
hì nh, bàn
phí m
Desk-size
mini
4 (1980s)
5 (1990s)
Vi mạch
SRAM/DRAM Nối mạng, â m Desktop/
thanh, chuột, laptop micro
CD, đồ họa
LSI/VLSI
ULSI/GSI/
WSI, SOC
SDRAM,
flash
Cảm biến,
giao diện
thô ng minh
Invisible,
embedded
19
CA, NLT2020
Cá c má y tí nh đầu tiên
IAS, Von Newmann, 1952
(stored program concept)
→ Mô hì nh cơ bản của má y
tí nh hiện đại
ENIAC, 1947
20
CA, NLT2020
Tải về để xem bản đầy đủ
45 trang
26/04/2022
8880
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu chung - Ngô Lam Trung", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_kien_truc_may_tinh_chuong_1_gioi_thieu_chung_ngo_l.pdf
