Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer architecture) - Chương I : Giới thiệu

Nội dung text: Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer architecture) - Chương I : Giới thiệu

1. KIN TRÚC MÁY TÍNH (Computer architecture) Editor: Trn Sơn Hi This slide is heavily reference to UIT slides 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 1
2. KIN TRÚC MÁY TÍNH (Computer architecture) Ni dung môn hc • Nguyên lý t chc và làm vic ca máy tính • Các b phn cơ bn ca mt máy tính • Các khái nim cơ bn v mch s • Nhng mch s logic cơ bn •B nh •B x lý 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 2
3. Mc ñích môn hc • Hiu bit cơ bn v máy tính •Nm bt các phn to nên máy tính • Cách np ráp mt máy tính ñ bàn •Np h ñiu hành và các chương trình ng dng • Nâng cp và bo hành máy tính 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 3
4. Chương I : Gii thiu Chương II : Mch S Chương III : Nhng mch logic s cơ bn Chương 4 : Thanh Ghi & B Nh Chương 5 : Biu Din D Liu Chương 6 : Vi Tác V Chương 7 : T Chc Máy Tính Chương 8 : Qui Trình Thc Hin Lnh 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 4
5. Chương I : Gii thiu Mc ñích nm bt cơ bn v: 1.Lch s phát trin ca máy tính 2. Các b phn cơ bn ca máy tính -B x lý (CPU) -Bn mch chính (mainboard) - mm (FDD) - cng (HDD) - CD và DVD -B nh RAM - Bàn phím (keyboard) - Chut (mouse) - Card màn hình (VGA Card) - Màn hình (Monitor) - Card mng (Network adapter) - Modem 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 5
6. Lch s phát trin máy tính ThTh hh zerozero ––mmááyy ttíínhnh cơcơ hhcc (1642(16421945)1945) Năm 1642 Pascal phát minh ra máy tính ñu tiên vi 2 phép tính + và - 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 6
7. 2. Năm 1672 Gotfrid vilgelm Lejbnits ch to ra máy tính vi 4 phép tính cơ bn (+ - * /) 3. 1834 Bebbidzh (Anh) – máy tính có 4 b phn: b nh, b tính toán,thit b nhp, thit b xut 4. 1936 К. Zus (ðc) máy trên cơ s rơle (relay) 5. 1944 G. Iken (M) – Mark I - nng 5 tn, - cao 2.4 m, - dài 15 m, - cha 800 km dây ñin 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 7
8. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 8
9. ThTh hh II –– bbóóngng ññèènn ñiñinn (1945(19451955)1955) 1. 1943 máy tính COLOSSUS (Anh) Bóng ñèn chân không (2000) 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 9
10. COLOSSUS 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 10
11. 2. D án ch to máy ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer) ñưc BRL (Ballistics Research Laboratory – Phòng nghiên cu ñn ño quân ñi M) bt ñu vào năm 1943 dùng cho vic tính toán chính xác và nhanh chóng các bng s liu ñn ño cho tng loi vũ khí mi. Các thông s: -18000 bóng ñèn chân không - nng hơn 30 tn - Tiêu th mt lưng ñin năng vào khong 140kW và chim mt din tích xp x 1393 m2 . - 5000 phép cng/ 1s - ðc bit s dng h ñm thp phân 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 11
12. B nh - 20 "b tích lũy", -Mi b có kh năng lưu gi mt s thp phân có 10 ch s. -Mi ch s ñưc th hin bng mt vòng gm 10 ñèn chân không. Máy ENIAC bt ñu hot ñng vào tháng 11/1945 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 12
13. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 13
14. 3. Nhà toán hc John von Neumann, mt c vn ca d án ENIAC, ñưa ra ngày 8/11/1945, trong mt bn ñ xut v mt loi máy tính mi có tên gi EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer – cha 2500 ñèn ñin t). Máy tính này cho phép nhiu thut toán khác nhau có th ñưc tin hành trong máy tính mà không cn phi ni dây li như máy ENIAC. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 14
15. John von Neumann 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 15
16. 1952 ra ñi IAS (Institute for Advanced Studies) ti hc vin nghiên cu cao cp Princeton, M. Cu trúc ca máy IAS 1952 máy tính Von Neumann ra ñi – c s cho 11/13/08kin trúc máy tính Tr ưhing ðnHSP ñ TPHCMi (bit 1,0). 16
17. B nh - 1000 v trí lưu tr, gi là word, - 1 word = 40 bit. -Mi s ñưc biu din bng 1 bit du và mt giá tr 39 bit. -Mt word có th cha 2 ch th 20 bit, vi mi ch th gm mt mã thao tác 8 bit (op code) ñc t thao tác s ñưc thc hin và mt ña ch 12 bit ñnh hưng ñn mt word trong b nh (ña ch này ñi t 0 ñn 999). 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 17
18. 11/13/08Các dng th Trưc ngb ðHSPnh TPHCM ca máy IAS 18
19. Khi các nưc XHCN -1950 ti trưng cơ khí chính xác và quang hc (CNTT bây gi): máy tính toán ñin c ln ñu tiên ra ñi vi mc ñích gii quyt các bài toán khoa hc và k thut phc tp. Năm 1967 cho ra ñi th h cui cùng và cũng là máy tính thành công nht ca Nga vi tc ñ lên ti 1 triu phép tính/ 1 giây. - 1953 ti ñi hc toán, vin hàn lâm – máy Strela - 1954 PC – Ural 1-16 Minsk, Kiev 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 19
20. ThTh hh IIII –– transistortransistor (1955(19551965)1965) S thay ñi ñu tiên trong lĩnh vc máy tính ñin t xut hin khi có s thay th ñèn chân không bng ñèn bán dn. ðèn bán dn nh hơn, r hơn, ta nhit ít hơn trong khi vn có th ñưc s dng theo cùng cách thc ca ñèn chân không ñ to nên máy tính Năm 1947 - Bardeen, Brattain và Shockley ca phòng thí nghim Bell Labs ñã phát minh ra transistor và ñã ñưc gii Nobel vt lý năm 1956. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 20
21. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 21
22. Trong th h này ni ting nht là 2 máy: PDP-1 ca DEC là máy tính nh gn nht thi by gi. DEC (Digital Equipment Corporation) ñưc thành lp vào năm 1957 và cũng trong năm ñó cho ra ñi sn phm ñu tiên ca mình là PDP-1. - 4 K word (1 word= 18 bit) - chu kỳ 5 ms - giá 120000$ và IBM 7094. - 32 K word (1 word = 16 bit) - chu kỳ 2 ms - giá 1 triu USD 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 22
23. 11/13/08Mt cu trúc Trư ngmáy ðHSP IBMTPHCM 7094 23
24. ThTh hh IIIIII –– mmchch ttííchch hhpp (1965(19651980)1980) năm 1958 Jack Kilby và Robert Noyce ñã cho ra ñi mt công ngh mi, công ngh mch tích hp (Integrated circuit – IC) 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 24
25. Máy IBM System 360 ñưc IBM ñưa ra vào năm 1964 là h máy tính công nghip ñu tiên ñưc sn xut mt cách có k hoch. ðc bit khái nim h máy tính bao gm các máy tính tương thích nhau là mt khái nim mi và ht sc thành công. Nh ñó mà mt chương trình ñưc vit cho máy này cũng s dùng ñưc trên nhng máy khác cùng h vi nó. Khái nim này ñã ñưc dùng cho ñn ngày nay. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 25
26. Máy DEC PDP-8 PDP-8 ñã s dng mt cu trúc rt ph dng hin nay cho các máy mini và vi tính: cu trúc ñưng truyn. ðưng truyn PDP-8, ñưc gi là Omnibus, gm 96 ñưng tín hiu riêng bit, ñưc s dng ñ mang chuyn tín hiu ñiu khin, ña ch và d liu. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 26
27. •1975 máy tính cá nhân ñu tiên (Portable computer) IBM 5100 ra ñi, tuy nhiên máy tính này ñã không gt hái ñưc thành công nào. - Băng t -Nng 23 Kg - 10000$ - Kh năng lp trình trên Basic -Màn hình 16 dòng, 64 ký t -B nh <=64Kbyte -1979 chương trình Sendmail ra ñi bi 1 sinh viên ðHTH California, Berkely university cho ra ñi BSD UNIX (Berkely Software Distribution) 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 27
28. ThTh hh IVIV –– mmááyy ttíínhnh ccáá nhânnhân (1980(1980?)?) S xut hin ca công ngh VLSI (very large scale integrated) cho phép trên mt bn mch có th sp sp hàng triu transistor. T ñây bt ñu k nguyên ca máy tính cá nhân 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 28
29. 
    1981 ra ñi máy IBM PC trên cơ s CPU Intel 8088 và dùng h ñiu hành MS-DOS ca Microsoft. - 1983 PC/XT (Extended Technology) vi HDD 10 MB hoc 20 MB vi giá ch có 1995$ 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 29
30. Các dòng Intel -1970 b CPU 4004 (4 bit) ca Intel -trên 1 chip ñu tiên ra ñi 1972 CPU Intel 8008 (8 bit) - 1974 CPU 8080, 1978 CPU 8086 (16 bit) - 1979 CPU 8088 (8 bit) - 1981 máy tính IBM PC ñu tiên ra ñi trên cơ s CPU Intel 8088 và h ñiu hành MS DOS - 1982 CPU 80286 (16 bit) -198511/13/08 CPU 80386 (32 Trbit),ưng ð89-486,HSP TPHCM 93-Pentium 30
31. Các b s lý ña lõi 1999 – CPU 2 lõi kép ñu tiên ra ñi (IBM Power4 cho máy ch) 2001 – bt ñu bán ra th trưng Power4 2002 – AMD và Intel cùng thông báo v vic thành lp CPU ña lõi ca mình. 2004 – CPU lõi kép ca Sun ra ñi UltraSPARS IV 2005 – Power5 03/2005 – CPU Intel lõi kép x86 ra ñi, AMD – Opteron, Athlon 64X2 20-25/05/2005 – AMD bt ñu bán Opteron 2xx, 26/05 Intel Pentium D, 31/05 AMD – bán Athlon 64X2 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 31
32. Presler 65nm 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 32
33. Yonah Dual Core 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 33
34. CPU Power5 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 34
35. • Trình bày v các th h máy tính (thi gian và công ngh s dng)?
36. Mt trong nhng siêu máy tính hàng ñu ca th gii (8192 CPU, 7,3 Tfops) K hoch ca IBM: supercomputer Blue Gene/L vi 128 dãy, 130 ngàn CPU, 360 Tfops, 267 triu USD. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 36
37. Các b phn cơ bn ca máy tính 1. B x lý (CPU) B vi x lý CPU (central processing unit) là ct lõi ca mt máy vi tính CPU 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit Công ty sn xut CPU – Intel, AMD, Cyrix, IBM, HP 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 37
38. B phn chính: Microprocessor Central Processing Unit - CPU Control Block ALU I/O devices Main Registers Disk Printer memory 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM Bus38
39. VÍ D: P4 2.8Ghz (511)/Socket 775/ Bus 533/ 1024K/ Prescott CPU - P4 - CPU Pentium 4, 2.8 Ghz - tc ñ xung ñng h ca vi x lý, 511 - cht lưng và v th ca con CPU trong toàn b các sn phm thuc cùng dòng. - Socket 775, ch loi khe cm ca CPU. - Bus 533, ch tc ñ "lõi" ca ñưng giao tip gia CPU và mainboard. - 1024K, ch b nh ñm ca vi x lý. ðây là vùng cha thông tin trưc khi ñưa vào cho vi x lý trung tâm (CPU) thao tác. - Prescott chính là tên mt dòng vi x lý ca Intel. Dòng vi x lý này có kh năng x lý video siêu vit nht trong các dòng vi x lý cùng công ngh ca Intel. Tuy nhiên, ñây là dòng CPU tương ñi nóng, tc ñ xung ñng h ti ña ñt 3.8 Ghz. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 39
40. 2. Bn mch chính (mainboard) -Bn mch chính cha ñng nhng linh kin ñin t và nhng chi tit quan trng nht ca mt máy tính cá nhân như: b vi x lý CPU (central processing unit), h thng bus và các vi mch h tr. Bn mch chính là nơi lưu tr các ñưng ni gia các vi mch, ñc bit là h thng bus. -Chun AT, ATX - Các loi Socket: 478, 775, 939 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 40
41. VÍ D: Mainboard :ASUS Intel 915GV P5GL- MX, Socket 775/ s/p 3.8Ghz/ Bus 800/ Sound& Vga, Lan onboard/PCI Express 16X/ Dual 4DDR400/ 3 PCI/ 4 SATA/ 8 USB 2.0. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 41
42. 
    mm (FDD) æ ®Üa mÒm bao gåm phÇn c¬ khÝ v phÇn ®iÖn tö ®iÒu khiÓn ®éng c¬ còng nh− bé phËn ®äc/ghi v gi¶i m. æ ®Üa ph¶i ®¶m b¶o tèc ®é quay chÝnh x¸c (300 hoÆc 360 vßng/phót víi sai sè 1 ®Õn 2%). Nã cßn cÇn cã kh¶ n¨ng ®Þnh vÞ ®Çu tõ chÝnh x¸c(vi micro met) trong thêi gian rÊt ng¾n (vi miligi©y). 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 42
43. Có 2 loi ñĩa mm: 5,25 inch và 3,5 inch. C hai ñu có th tích hp mt ñ ghi thp (Low Density - LD), hoc cao (High Density - HD). ðc tính LD 5,25 HD 5,25 LD 3,5 HD 3,5 Kính thưc 5,25 5,25 3,5 3,5 Dung lưng 360Kbyte 1,2 MB 720 Kbyte 1,44MB S ñưng 40 80 80 80 S sector trong 1 ñưng 9 15 9 18 S ñu ñc 2 2 2 2 S vòng quay/ 1 phút 300 300 300 300 Tc ñ truyn d liu Kbit/s 250 500 250 500 Nhng thông s chính ca 4 loi ñĩa mm 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 43
44. 
    cng (HDD) Nguyên tc hot ñng ca ñĩa cng hoàn toàn tương t ñĩa mm. Ðim khác nhau căn bn là ñĩa cng có dung lưng lưu tr ln hơn nhiu so vi ñĩa mm. Các thông s chính: -Tc ñ quay - dung lưng - tc ñ ñc/ghi 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 44
45. Ðĩa cng ñưc làm t vt liu nn cng như nhôm, thy tinh hay gm. Lp vt liu nn ñưc ph mt lp tip xúc bám (nickel) phía trên lp tip xúc bám là màng t lưu tr d liu (Cobalt). B mt trên cùng ñưc ph mt lp chng ma sát (graphit hay saphia ). Thi gian truy nhp ñưc phân loi như sau: - Chm: t > 40ms, - Trung bình: 28ms < t < 40ms. - Nhanh: 18ms < t <28ms. -Cc nhanh: t < 18ms. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 45
46. 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 46
47. Ví d các thông s chính ca HDD 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 47
48. 
    CD, CDR/W, DVD và DVD R/W Thông tin dưc lưu tr trên ñĩa quang dưi dng thay ñi tính cht quang trên b mt ñĩa. Tính cht này ñưc phát hin qua cht lưng phn x mt tia sáng ca b mt ñĩa. Tia sáng này thưng là mt tia LASER vi bưc sóng c ñnh (790nm ñn 850nm). B mt ñĩa ñưc thay ñi khi ghi ñ có th phn x tia laser tt hoc kém. • CDROM (compact disk read only memory): • CDR(RECORDABLE COMPACT DISK) • CDWR (writeable/readable compact disk) • DVD (Digital versatile disc) và DVD R/W 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 48
49. BB nhnh RAMRAM DRAM, SDRAM, DDR SDRAM sc cha tc ñ truy cp interface Bàn phím (keyboard) - Thông dng nht là các loi MF 101, MF102 - Các cng bàn phím: COM, PS/2, USB 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 49
50. Chut (mouse) Có 3 loi chut: cơ, quang và cơ quang Dùng các cng: LPT, COM, PS/2, IR, USB 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 50
51. Card màn hình (VGA Card) Năm Chun ý nghĩa Kích thưc S màu 640 x 200 Không, 1981 CGA Colour Graphics Adaptor 160 x 200 16 1984 EGA Enhanced Graphics Adaptor 640 x 350 64 VGA Video Graphics Array 640 x 480 262144 320 x 200 256 1987 XGA Extended Graphics Array 800 x 600 16.7 triu 1024x768 65536 1990 SXGA Super Extended Graphics Array 1280x 1024 65,536 UXGA Ultra XGA 1600 x 1200 65,536 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 51
52. Màn hình (Monitor) • Màn hình tia âm cc (cathode ray tube), • Màn hình tinh th lng (liquid crystal display), • Màn hình plasma (plasma display), • Màn hình công ngh mi. Ð phân gii - kích thưc chi tit nh nht và ño ñưc ca mt thit b hin th. mt ñ ñim nh - s ñim nh trên mt ñơn v chiu dài (dpi - dot per inch). Ð phân gii ñưc phân loi như sau: Phân gii thp ( l20 dpi) Trưng ðHSP TPHCM 52
53. Kích thưc màn hình thưng là 640x480, 800x600 hay 1024x768. Kích thưc ñim nh cn ñưc thit k ñ t l chiu ngang và chiu dc ca màn hình là 4:3. Mt màu bt kỳ có th biu din qua ba màu cơ bn: ñ, xanh lc, xanh nưc bin tuỳ theo ñ ñm nht (gray scale). Ð sâu màu (color depth) là s màu có th hin th ñưc cho mt ñim nh. Tuỳ theo s bit ñưc dùng ñ hin th màu ta phân loi màn hình theo mu như sau: Ðen trng 1 bit (2 màu), Màu CGA 4 bit (16 màu), Màu gi (pseudo color) 8 bit (256 màu), Màu (high color) 16 bit, Màu tht (true color) 24 bit Màu siêu tht (highest color) 32 bit 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 53
54. Card mng (Network adapter) Dùng ñ kt ni 1 máy tính vào 1 mng LAN Modem Kt ni máy tính vi Internet thông qua ñưng dây ñin thoi 11/13/08 Trưng ðHSP TPHCM 54
55. Câu hi ôn tp • Lit kê các thit b – Nhâp? – Xut? –X lý? –Lưu tr? •Bn hãy ñ xut mt cu hình máy tính ti ưu vi s tin 1000USD (v nhà).