Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu - Nguyễn Hằng Phương

+ 
 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
 MÔ TẢ MÔN HỌC 
 Môn học cơ sở ngành, cung cấp cho các sinh viên kiến thức nền tảng 
 về tổ chức và kiến trúc của máy tính 
 Thời lượng 
  Tổng số: 60 tiết 
  Lý thuyết: 45 tiết + Thực hành: 15 tiết. 
 Tài liệu học tập: 
1. Computer Organization and Architecture, William Stallings, 9th Edition 
2. Slide bài giảng 
 Đánh giá: 
Điểm môn học = Điểm quá trình x 40% + Thi trắc nghiệm hết môn x 60% 
+ 
 NỘI DUNG 
 Chương 1 – Giới thiệu 
 Chương 2 – Sự phát triển của máy tính và hiệu năng 
 Chương 3 – Tổng quan về chức năng và kết nối trong máy tính 
 Chương 4 – Bộ nhớ Cache 
 Chương 5 – Bộ nhớ trong 
 Chương 6 – Bộ nhớ ngoài 
 Chương 7 – Vào/Ra 
 Chương 8 – Các hệ đếm 
 Chương 9 – Bộ xử lý số học 
 Chương 10 – Tập lệnh: Các đặc tính và chức năng 
 Chương 11 – Tập lệnh: Chế độ địa chỉ và khuôn dạng 
 Chương 12 – Tổ chức và chức năng bộ vi xử lý 
+ Chương 1 
 Giới thiệu 
1. Kiến trúc máy tính và Tổ chức máy tính 
 Kiến trúc là những thuộc tính mà lập trình viên có thể nhìn thấy 
 được, hoặc những thuộc tính có tác động trực tiếp đến việc 
 thực hiện của một chương trình. 
  Bao gồm: Tập lệnh (tập các lệnh mã máy hoàn chỉnh có thể 
 hiểu và xử lý bởi bộ xử lý trung tâm); cách đánh địa chỉ bộ 
 nhớ; các thanh ghi; các định dạng địa chỉ và dữ liệu; cơ chế 
 I/O 
 Tổ chức là cách thực hiện các tính năng, hoặc các khối hoạt 
 động được kết nối như thế nào để thực hiện các đặc tính kiến 
 trúc. 
  Bao gồm: Chi tiết phần cứng; Tín hiệu điều khiển; Giao diện 
 giữa máy tính và thiết bị ngoại vi; Công nghệ bộ nhớ 
+ 
 Kiến trúc IBM System/370 
  Được giới thiệu vào năm 1970 
  Bao gồm nhiều model 
  Có thể nâng cấp lên model đắt tiền và tốc độ nhanh hơn 
 mà không cần bỏ đi các phần mềm gốc 
  Các model mới tung ra được cải tiến kĩ thuật nhưng giữ 
 nguyên kiến trúc do đó khách hàng không cần mua phần 
 mềm mới 
  Kiến trúc này được duy trì đến ngày nay trên các dòng 
 máy tính mainframe IBM 
+ 
 Kiến trúc Intel x86 
  Bộ vi xử lý Intel 8086 được giới thiệu vào năm 1978 
  Kiến trúc x86 gần như chiếm toàn bộ thị phần máy tính cá 
 nhân, máy workstation, server thậm chí siêu máy tính. 
  Các model mới tung ra được cải tiến kĩ thuật nhưng giữ nguyên 
 kiến trúc do đó khách hàng không cần mua phần mềm mới 
 Các model khác nhau trong 1 họ có cùng kiến trúc 
 Nhưng tổ chức khác nhau! 
+ 
 2. Cấu trúc và chức năng 
  Hệ thống cấp bậc 
  Cấu trúc 
  Là tập hợp các hệ thống 
 con có liên quan với nhau Cách thức các thành 
 phần liên quan đến nhau 
  Bản chất cấp bậc của các 
 hệ thống phức tạp là cần  Chức năng 
 thiết cho cả thiết kế và mô 
 tả của chúng. Hoạt động của từng 
 thành phần riêng của cấu 
  Nhà thiết kế chỉ cần làm trúc 
 việc với từng cấp cụ thể của 
 hệ thống 
  Mỗi cấp có cấu trúc và 
 chức năng riêng 
 Operating Environment
+ (source and destination of data)
 2.1 Chức năng 
 Data
 Movement
 Bốn chức năng cơ bản: Apparatus
 ● Xử lý dữ liệu (Data 
 processing) 
 ● Lưu trữ dữ liệu (Data 
 storage) 
 ● Di chuyển dữ liệu Control
 Mechanism
 (Data movement) 
 ● Điều khiển (Control) 
 Data Data
 Storage Processing
 Facility Facility
 Figure 1.1 A Functional View of the Computer
+ 
 Movement MovementDi Movement Movement
 chuyển 
Hoạt động 
 Control Control
 (a) Storage Processing Storage Processing
 Di chuyển dữ liệu (a) (b)
 ContrĐiềuol Control
 (Data movement) khiển 
 Movement Movement
 LưuControl Control
 Storage Processing Storage Processing
Máy tính phải có khả năng trữ Xử lý 
di chuyển dữ liệu giữa nó 
 Storage Processing Storage Processing
và thế giới bên ngoài. 
 (c) (a) (d) (b)
 Figure 1.2 Possible Computer Operations
 Movement Movement
 Control Control
 Storage Processing Storage Processing
 (c) (d)
 Figure 1.2 Possible Computer Operations
 + 
 Movement Movement
 Movement MovementDi 
 Hoạt động chuyển 
 Control Control
 (b) 
 Storage Processing Storage Processing
 Lưu trữ dữ liệu 
 (a) (b)
 Điều 
 Contr (Dataol storage) Control
 khiển 
 Movement Movement
 Control Control
 Máy tính phải tạm thời Lưu 
Storage Processing Storage PrXửocessing lý 
 lưu trữ những mẩu dữ trữ 
 liệu đang làm việc tại bất Storage Processing Storage Processing
 kỳ thời điểm nào. (c) (d)
 (a) (b)
 Figure 1.2 Possible Computer Operations
 Movement Movement
 Control Control
Storage Processing Storage Processing
 (c) (d)
 Figure 1.2 Possible Computer Operations
 Movement Movement
 Control Control
 Storage Processing Storage Processing
 (a) (b)
+ Di 
 Movement Movement Movement Movement
 Chuyển 
Hoạt động 
 Control Control
 Storage Processing Storage Processing
 (c) 
 (a) Điều (b)
 Xử lý dữ liệu vào/ra Control Control
 khiển 
(Processing from/to storage) 
 Movement Movement
 Control Control
 Lưu 
 Storage PrXửocessing lý Storage Processing
 trữ 
 Storage Processing Storage Processing
 (c) (c) (d) (d)
 Figure 1.2 Possible Computer Operations
 Figure 1.2 Possible Computer Operations
Movement Movement
Control Control
Storage Processing Storage Processing
 (a) (b)
Movement+ MovementDi 
 Movement chuyển Movement
 Hoạt động 
 Control Control
 (d) Storage Processing Storage Processing
 (a) Điều (b)
Contr ol Xử lý dữ liệu Control
 khiển 
 từ lưu trữ tới I/O 
 Movement Movement
 Control Control
 Lưu 
Storage Processing Storage PrXửocessing lý 
 • Dữ liệu có thể có nhiều trữ 
 dạng khác nhau và phạm Storage Processing Storage Processing
 vi yêu cầu xử lý rất rộng. (c) (d)
 (c) (d)
 Figure 1.2 Possible Computer Operations
Figure 1.2 Possible Computer Operations
MÁY TÍNH: 
- Lưu trữ 
- Xử lý 
 Máy tính 
2.2 Cấu trúc 
+  CPU – bộ xử lý trung tâm, điều 
 khiển hoạt động của máy tính và 
 thực hiện chức năng xử lý dữ liệu 
 Máy tính gồm có 
  Bộ nhớ chính: lưu trữ dữ liệu. 
 bốn phần chính: Là tập hợp các ô nhớ, mỗi ô nhớ 
 có một số bit nhất định và chứa 
 thông tin mã hoá số nhị phân. 
  I/O – bộ phận nhập xuất thông 
 tin – di chuyển dữ liệu giữa máy 
 tính và môi trường bên ngoài 
 Hệ thống kết nối (bus) – một số 
 cơ chế cung cấp cho việc truyền 
 đạt thông tin giữa CPU, bộ nhớ 
 chính và I/O 
+ 
 CPU  Bộ điều khiển (Control Unit - CU) 
  Điều khiển hoạt động của CPU và 
 cả máy tính 
 Thành phần cấu trúc 
 chính gồm:  Khối số học và logic (Arithmetic 
 and Logic Unit - ALU) 
  Thực hiện chức năng xử lý dữ liệu 
  Thanh ghi (Registers) 
  Cung cấp khả năng lưu trữ nội bộ 
 cho CPU 
  Các kết nối trong CPU 
  Một số cơ chế dùng để cung cấp 
 thông tin liên lạc giữa các khối CU, 
 ALU và thanh ghi. 
+ Tổng kết 
 Giới thiệu chung 
 Chương 1 
  Tổ chức máy tính  Cấu trúc 
  CPU 
  Kiến trúc máy tính 
  Bộ nhớ chính 
  Chức năng  I/O 
  Xử lý dữ liệu  Kết nối hệ thống 
  Lưu trữ dữ liệu 
  Thành phần cấu trúc CPU 
  Di chuyển dữ liệu 
  Bộ điều khiển CU 
  Điều khiển 
  Khối số học và logic ALU 
  Thanh ghi 
  Kết nối CPU 
+ 
 Internet Resources 
 Web sites to look for 
 • WWW Computer Architecture Home Page. 
 • CPU Info Center. 
 • Processor Emporium. 
 • ACM Special Interest Group on Computer Architecture. 
 • IEEE Technical Committee on Computer Architecture. 
 • Intel Technology Journal. 
 • Manufacturer’s sites: 
 ▫ Intel, IBM, etc. 
+ 
 https://sites.google.com/site/phuongnh20589 
+ 
 Câu hỏi chương 1 
 1. Phân biệt tổ chức máy tính và kiến trúc máy tính? 
 2. Phân biệt cấu trúc máy tính và chức năng máy tính? 
 3. Bốn chức năng chính của máy tính là gì? 
 4. Kể tên các thành phần cấu trúc chính của 1 máy tính? 
 5. Kể tên các thành phần cấu trúc chính của 1 bộ xử lý?