1. Trang Chủ
  2. Phần cứng
  3. Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 1 - Nguyễn Kim Khánh

Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 1 - Nguyễn Kim Khánh

Chương 1 - Giới thiệu chung. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Máy tính và phân loại máy tính, khái niệm kiến trúc máy tính, sự tiến hóa của công nghệ máy tính, hiệu năng máy tính. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hanoi University of Science and Technology om .c ng KIẾN TRÚC MÁY TÍNH co Computer Architecture an th o ng Nguyễn Kim Khánh du Bộ môn Kỹ thuật máy tính u Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông cu Department of Computer Engineering (DCE) School of Information

Thể loại Tài liệu miễn phí Phần cứng

Số trang 41

Ngày tạo 10/2/2021 1:12:37 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 3.49 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architectur... (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hanoi University of Science and Technology om .c ng KIẾN TRÚC MÁY TÍNH co Computer Architecture an th o ng Nguyễn Kim Khánh du Bộ môn Kỹ thuật máy tính u Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông cu Department of Computer Engineering (DCE) School of Information and Communication Technology (SoICT) Version: CA-2017 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  2. NKK-HUST Contact Information om n Address: 502-B1 .c Mobile: 091-358-5533 ng n co n e-mail: khanhnk@soict.hust.edu.vn an khanh.nguyenkim@hust.edu.vn th o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  3. NKK-HUST Mục tiêu học phần n Sinh viên được trang bị các kiến thức cơ sở về om kiến trúc tập lệnh và tổ chức của máy tính, cũng .c như những nguyên tắc cơ bản trong thiết kế ng máy tính. co n Sau khi học xong học phần này, sinh viên có an khả năng: th n Tìm hiểu kiến trúc tập lệnh của các bộ xử lý cụ thể o ng Lập trình hợp ngữ du n n Đánh giá hiệu năng máy tính và cải thiện hiệu năng u cu của chương trình n Khai thác và quản trị hiệu quả các hệ thống máy tính n Phân tích và thiết kế máy tính 2017 Kiến trúc máy tính 3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  4. NKK-HUST Tài liệu học tập n Bài giảng Kiến trúc máy tính ftp://dce.soict.hust.edu.vn/khanhnk/CA/ om n Sách tham khảo: .c [1] William Stallings ng Computer Organization and Architecture – 2013, 9th edition co [2] David A. Patterson, John L. Hennessy an Computer Organization and Design – 2012, Revised 4th edition th [3] David Money Harris, Sarah L. Harris ng Digital Design and Computer Architecture – 2013, 2nd edition o [4] Andrew S. Tanenbaum du Structured Computer Organization – 2013, 6th edition u cu n Phần mềm lập trình hợp ngữ và mô phỏng cho MIPS: MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator) download tại: http://courses.missouristate.edu/KenVollmar/MARS/ 2017 Kiến trúc máy tính 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  5. NKK-HUST Nội dung học phần Chương 1. Giới thiệu chung om Chương 2. Cơ bản về logic số .c Chương 3. Hệ thống máy tính ng co Chương 4. Số học máy tính an Chương 5. Kiến trúc tập lệnh th Chương 6. Bộ xử lý o ng Chương 7. Bộ nhớ máy tính du u Chương 8. Hệ thống vào-ra cu Chương 9. Các kiến trúc song song 2017 Kiến trúc máy tính 5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  6. NKK-HUST Content Chapter 1. Introduction om Chapter 2. The Basics of Digital Logic .c Chapter 3. Computer Systems ng co Chapter 4. Computer Arithmetic an Chapter 5. Instruction Set Architecture th Chapter 6. The Processors o ng Chapter 7. Computer Memory du u Chapter 8. Input-Output Systems cu Chapter 9. Parallel Architectures 2017 Kiến trúc máy tính 6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  7. NKK-HUST Kiến trúc máy tính om .c Chương 1 ng co GIỚI THIỆU CHUNG an th o ng du u cu Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2017 Kiến trúc máy tính 7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  8. NKK-HUST Nội dung của chương 1 om .c 1.1. Máy tính và phân loại máy tính ng 1.2. Khái niệm kiến trúc máy tính co 1.3. Sự tiến hóa của công nghệ máy tính an th 1.4. Hiệu năng máy tính o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 8 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  9. NKK-HUST 1.1. Máy tính và phân loại máy tính Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực om n hiện các công việc sau: .c Nhận dữ liệu vào, ng n Xử lý dữ liệu theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên co n trong, an th n Đưa dữ liệu (thông tin) ra. n o ng Dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ để yêu cầu du máy tính thực hiện công việc cụ thể gọi là chương trình (program). u cu à Máy tính hoạt động theo chương trình 2017 Kiến trúc máy tính 9 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  10. NKK-HUST Mô hình đơn giản của máy tính xử lý dữ liệu om .c Bộ xử lý ng trung tâm co (Central Các Processing Unit) Các an thiết bị vào thiết bị ra (Input (Output th Devices) Devices) o ngBộ nhớ chính (Main Memory) du u cu dữ liệu vào dữ liệu ra chương trình đang thực hiện 2017 Kiến trúc máy tính 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  11. NKK-HUST Phân loại máy tính kỷ nguyên PC n Máy tính cá nhân (Personal Computers) om n Desktop computers, Laptop computers Máy tính đa dụng .c n Máy chủ (Servers) – máy phục vụ ng n co n Dùng trong mạng để quản lý và cung cấp các dịch vụ an n Hiệu năng và độ tin cậy cao th n Hàng nghìn đến hàng triệu USD n Siêu máy tính (Supercomputers) o ng du n Dùng cho tính toán cao cấp trong khoa học và kỹ thuật u n Hàng triệu đến hàng trăm triệu USD cu n Máy tính nhúng (Embedded Computers) n Đặt ẩn trong thiết bị khác n Được thiết kế chuyên dụng 2017 Kiến trúc máy tính 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  12. NKK-HUST Phân loại máy tính kỷ nguyên sau PC n Thiết bị di động cá nhân (PMD - Personal Mobile om Devices) .c n Smartphones, Tablet ng n Kết nối Internet co n Điện toán đám mây (Cloud Computing) an th n Sử dụng máy tính qui mô lớn (Warehouse Scale ng Computers), gồm rất nhiều servers kết nối với nhau o Cho các công ty thuê một phần để cung cấp dịch vụ du n phần mềm u cu n Software as a Service (SaaS): một phần của phần mềm chạy trên PMD, một phần chạy trên Cloud n Ví dụ: Amazon, Google 2017 Kiến trúc máy tính 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  13. NKK-HUST 1.2. Khái niệm kiến trúc máy tính n Kiến trúc máy tính bao gồm: om n Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): .c nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập ng trình co n Tổ chức máy tính (Computer Organization) hay an Vi kiến trúc (Microarchitecture): nghiên cứu thiết kế th máy tính ở mức cao (thiết kế CPU, hệ thống nhớ, cấu trúc bus, ...) o ng du n Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi u tiết và công nghệ đóng gói của máy tính. cu n Cùng một kiến trúc tập lệnh có thể có nhiều sản phẩm (tổ chức, phần cứng) khác nhau 2017 Kiến trúc máy tính 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  14. NKK-HUST Phân lớp máy tính Phần mềm ứng dụng om n Được viết theo ngôn ngữ bậc cao .c Người n sử dụng Người lập trình n Phần mềm hệ thống ng Người Chương trình dịch (Compiler): dịch mã co n lập trình Phần mềm ứng dụng hệ thống ngôn ngữ bậc cao thành ngôn ngữ máy an n Hệ điều hành (Operating System) th Phần mềm hệ thống n Lập lịch cho các nhiệm vụ và chia sẻ tài o ng nguyên Quản lý bộ nhớ và lưu trữ du n Phần cứng n Điều khiển vào-ra u cu n Phần cứng n Bộ xử lý, bộ nhớ, mô-đun vào-ra 2017 Kiến trúc máy tính 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  15. language into computer instructions was one of the great breakthroughs in the early days of computing. Programmers today owe their productivity—and their sanity—to the creation of high-level programming languages and compilers NKK-HUST that translate programs in such languages into instructions. Figure 1.4 shows the relationships among these programs and languages, which are more examples of Các mức của mã chương trình the power of abstraction. high- High-level swap(int v[], int k) progr n Ngôn ngữ bậc cao language program {int temp; temp = v[k]; langu langu om (in C) v[k] = v[k+1]; Java, o n High-level language – HLL } v[k+1] = temp; is com and a .c that c n Mức trừu tượng gần với a com langu vấn đề cần giải quyết ng Compiler co n Hiệu quả và linh động Assembly swap: an n Hợp ngữ language program multi add $2, $5,4 $2, $4,$2 th (for MIPS) lw $15, 0($2) n Assembly language lw sw $16, 4($2) $16, 0($2) n Mô tả lệnh dưới dạng text o ng sw jr $15, 4($2) $31 du n Ngôn ngữ máy Assembler u n Machine language cu n Mô tả theo phần cứng Binary machine 00000000101000100000000100011000 language 00000000100000100001000000100001 n Các lệnh và dữ liệu được program (for MIPS) 10001101111000100000000000000000 10001110000100100000000000000100 mã hóa theo nhị phân 10101110000100100000000000000000 10101101111000100000000000000100 00000011111000000000000000001000 2017 Kiến trúc máy tính 15 FIGURE 1.4 C program compiled into assembly language and then assembled into binary machine language. Although the translation from high-level language to binary machine language is CuuDuongThanCong.com shown in two steps, some compilers cut out the middleman and produce binary machine language directly. https://fb.com/tailieudientucntt
  16. NKK-HUST Các thành phần cơ bản của máy tính n Giống nhau với tất cả các loại om máy tính Bộ xử lý trung tâm (Central .c n CPU Bộ nhớ chính Processing Unit – CPU) ng co n Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu an Bus hệ thống Bộ nhớ chính (Main Memory) th n ng n Chứa các chương trình đang thực hiện o du Hệ thống vào-ra n Hệ thống vào-ra (Input/Output) u Trao đổi thông tin giữa máy tính cu n với bên ngoài n Bus hệ thống (System bus) n Kết nối và vận chuyển thông tin 2017 Kiến trúc máy tính 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  17. NKK-HUST 1.3. Sự tiến hóa của công nghệ máy tính n Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1950s) om n Máy tính ENIAC: máy tính đầu tiên (1946) .c n Máy tính IAS: máy tính von Neumann (1952) ng n Máy tính dùng transistors (1960s) co n Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI (1970s) an SSI - Small Scale Integration th n n o ng MSI - Medium Scale Integration LSI - Large Scale Integration du n Máy tính dùng vi mạch VLSI (1980s) u n cu n VLSI - Very Large Scale Integration n Máy tính dùng vi mạch ULSI (1990s-nay) n ULSI - Ultra Large Scale Integration 2017 Kiến trúc máy tính 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  18. NKK-HUST Máy tính đầu tiên: ENIAC và IAS om .c ng co an th o ng n Electronic Numerical Intergator n Thực hiện tại Princeton Institute du and Computer for Advanced Studies u n Dự án của Bộ Quốc phòng Mỹ n Do John von Neumann thiết kế cu n Do John Mauchly ở đại học theo ý tưởng “stored program” Pennsylvania thiết kế n Xử lý theo số nhị phân n 30 tấn n Trở thành mô hình cơ bản của n Xử lý theo số thập phân máy tính 2017 Kiến trúc máy tính 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  19. NKK-HUST Máy tính ngày nay Massive Cluster om Clusters Gigabit Ethernet .c ng co an Refrigerators th ng o du Sensor u Nets cu Cars RobotsRobots Routers Routers 2017 Kiến trúc máy tính 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  20. NKK-HUST Một số loại vi mạch số điển hình n Bộ vi xử lý (Microprocessors) om n Một hoặc một vài CPU được chế tạo trên một chip Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset) .c n ng n Vi mạch thực hiện các chức năng nối ghép các thành co phần của máy tính với nhau Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory) an n th n ROM, RAM, Flash memory n o ng Hệ thống trên chip (SoC – System on Chip) hay du Bộ vi điều khiển (Microcontrollers) u Tích hợp các thành phần chính của máy tính trên một cu n chip vi mạch n Được sử dụng chủ yếu trên smartphone, tablet và các máy tính nhúng 2017 Kiến trúc máy tính 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
nguon tai.lieu . vn
Tin học văn phòng Đồ họa - Thiết kế - Flash Quản trị Web Cơ sở dữ liệu Quản trị mạng Kỹ thuật lập trình Hệ điều hành Phần cứng An ninh - Bảo mật Chứng chỉ quốc tế Thủ thuật máy tính Điện - Điện tử Kinh tế học Hoá học Xã hội học Môi trường