›
›

Giáo trình Kiến trúc máy tính I - Chương I: Giới thiệu - Vũ Đức Lung

pdf 30 trang phuongnguyen 1260
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kiến trúc máy tính I - Chương I: Giới thiệu - Vũ Đức Lung", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_kien_truc_may_tinh_i_chuong_i_gioi_thieu_vu_duc_l.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kiến trúc máy tính I - Chương I: Giới thiệu - Vũ Đức Lung

  1. ðIHCQUCGIATHÀNHPHHCHÍMINH TRƯNGðIHCCÔNGNGHTHÔNGTIN o0o Giáotrình KINTRÚCMÁYTÍNHI Biênson:VũðcLung 2007
  2. LINÓIðU Vimctiêuñưa cácmônhcchuyênngànhcôngngh thôngtinvàohcngaytnhnghckỳñutrongtrưngðihc Côngnghthôngtin,giáotrìnhKintrúcmáytính1ñưcbiên sonñcbitchomcñíchnàyvàñưcñnhhưngchosinhviên nghànhcôngnghthôngtinnămthnht. Giáotrình Kin trúc máytínhnày trình bàycácvnñ chungnht,cácthànhphncơbnnhtcuthànhnênmáytính hinñinhmtrangbchosinhviêncácnidungchyutrong7 chươngsau: ChươngI:Trìnhbàylchspháttrincamáytínhcũng nhưcáctíchnăngmicamáytínhtrongtnggiaiñon,cácth hmáytính,ñnhhưngpháttrincamáytínhvàcáchphânloi máytính. ChươngII:Giithiucácnguyênlýhotñngchungvà các tính cht cơ bn ca các b phn chính yu trong máy tính như:bx lý (CPU),bnmch chính(Mainboard),cácthitb lưutrdliu,cácloibnhRAM,Cardñha,mànhình. Ngoàiracònchothyñưcnhnghìnhdángvàstíchhpca cácbphnvinhaunhmgiúpsinhviêncóthtmuasm,lp rápmtmáytínhchomình. ChươngIII:Trìnhbàycáchbinñicơbncahthng s(nhưhthpphân,hnhphân,hbátphân,hthplcphân), cáccáchcơbnñbiudindliu,cáchthchincácphéptính shcchohnhphân. ChươngIV:CáccngvàñisBoolean,cácñnhlýtrong ñi s Boolean, cách ñơn gin các hàm Boolean cũng như các mch s, cách biu din các mch s qua các hàm Boolean và ngưcli, cácmcht hpcơ bn,cách thitkcácmchñơn gin. ChươngV:Trìnhbàynguyênlýhatñngcacácmch lt,cácflipflop,quitrìnhthitkmtmchtuntvàñưaraví dcthchovicthitknày. 1
  3. Chương VI: Phân loi kin trúcb lnh,cách btríña chbnh,cáccáchmãhóatplnh,cáclnhcơbncamáy tínhquacáclnhhpngassembler ChươngVII:Giithiucutrúccabxlýtrungtâm: tchc,chcnăngvànguyênlýhotñngcacácbphnbên trongbxlýnhưbtínhtoánlogicshc,bñiukhin,tp cácthanhghi.Ngoàiracòntrìnhbàycáchtchcñưngñid liu,dinbinquátrìnhthihànhlnhvàkthutngdn. Nhưñãnóitrên,giáotrìnhnhmgingdychosinhviên nămthnhtdoñónhngkinthcñưarachlàcơbn.ðhiu sâu hơn mi vn ñ nên xem thêm trong các sách tham kho cuiquyngiáotrìnhnày. Mcdùñã cgngbiênsonrtcôngphuvàklưng, tuynhiêncũngkhótránhkhinhngthiusót.Chúngtôimong ñưcñónnhncácñónggópýkincacácThy,cácbnñng nghip, các bn sinh viên và các bn ñc nhm chnh sa giáo trìnhñưchoànthinhơn. Cuicùngxinchânthànhcmơnnhnggópýquígiáca cácñngnghipkhibiênsongiáotrìnhnày. VũðcLung. 2
  4. ChươngI:Giithiu ChươngI:Giithiu 1.1.Lchspháttrincamáytính Trong quá trình phát trin ca công ngh máy tính, con ngưiñãchtorahàngngànloimáytínhkhácnhau.Rtnhiu trongsnhngmáytínhnàyñãbquênlãngñi,chmtsítcòn ñưcnhclichoñnngàynay.ðólàcácmáytínhvinhngý tưngthitkvànguyênlýhotñngñcñáotonênmttmnh hưnglnñncác máytính thhsaunó.ð giúpsinhviên có ñưc nhng khái nim cơ bn v máy tính và hiu rõ hơn bng cáchnàomàconngưiñãphátminhranhngmáytínhhinñi, dsdngnhưngàynay,trongphnnàystrìnhbàynhngchi titquantrngvlchsquátrìnhpháttrincamáytính. Máytínhthưngñưcphânloithànhcácthhdatrên nntngcôngnghphncngñưcsdngtrongquátrìnhch to.Lchspháttrinmáytínhcóthñưcchiathànhcácthh máytínhsau: 1.1.1.Thhzero–máytínhcơhc(16421945) Mclchsmáytínhphinhcñnñutiênlàkhinhàbác hc ngưi Pháp Blez Pascal (16261662) vào năm 1642 ñã phát minhramáytínhtoánñutiên–máytínhcơhcvi6bánhquay vàbdnñngbngtay.Máycaôngchchophépthchincác phéptínhcngvàtr. Sau30năm,vàonăm1672mtnhàbáchckhác,Gotfrid VilgelmLeibnitsñãchtoramáytínhvi4phéptínhcơbn(+ */)sdng12bánhquay.Tkhi cònlàsinhviênchoñnhtcuc ñi, ông ñã nghiên cu các tính chtcahnhphânvàlàngưi ñãñưaracácnguyênlýcũngnhư kháinimcơbnnhtchohnh 3
  5. ChươngI:Giithiu phânñưcdùngngàynaytrongmáytínhñint. Năm1834giáosưtoánhctrưngðHCambridge(Anh), CharlesBabbage(ngưiphátminhrañnghcôngtơmét)ñãthit kramáytínhvich2phéptính+và–nhưngcómtcutrúc ñángñýthibygi–máytínhcó4bphn: bnh, btínhtoán, thitbnhpññccácphiuñcl, thitbxutñkhoanllêncáctmñng. Chínhýtưngcaônglàtinñchocácmáytínhhinñi saunày. ðmáytínhhotñngnócnphicóchươngtrình,vàông ñãthuêcôAdalàmchươngtrìnhchomáytínhnày.CôAdachính làlptrìnhviênñutiênvàñtưngnhticôtasaunàyAda ñưc ñt tên cho 1 ngôn ng lp trình. Tuy nhiên máy tính ñã khônghotñngñưcvìñòihiquáphctpvàthibygicon ngưivàkthutchưachophép. Năm1936К.Zus(ngưiðc)ñãthitkmtvàimáyñm tñngtrêncơsrơle(relay).Tuynhiênôngkhôngbitgìvmáy tínhcaBabbagevàmáytínhcaôngñãbpháhytrongmttrn bomvàoBerlinkhichintranhthgiilnth21944.Vìvy nhngphátminhcaôngtañãkhôngnhhưngñnspháttrin cakthutmáytínhsaunày. Năm1944G.Iken(thucðHHavardM)ñãñcvcông trìnhcaBabbagevàôngñãchorañiMarkIsauñólàMarkII. MáyMarkIrañivimcñíchchínhlàphcvchintranh.Nó nng5tn,cao2.4m,dài15m,cha800kmdâyñin.Tuynhiên vào thi ñim ñó máy tính relay ñã qua thi và ñã bt ñu k nguyêncamáytínhñint. 1.1.2.ThhI–bóngñènñin(19451955) Chintranhthgiith2btñuvàvàoñuthikỳchin tranhtàungmcaðcñãpháhynhiutàucaAnh,nhnhng 4
  6. ChươngI:Giithiu tínhiumãhóañưcchuynñibithitbENIGMAmàquânñi Anhñãkhôngthgiimãñưc.ðgiimãñòihimtslưng tínhtoánrtlnvàmtnhiuthigian,trongkhichintranhthì khôngchophépchñi.VìvychínhphAnhñãchothànhlp mtphòngthínghimbímtnhmchtoramtmáytínhñin phcvchovicgiimãnhngthôngtinnày.Năm1943máytính COLOSSUSrañivi2000ñènchânkhôngvàñưcgibímt sut30nămvànóñãkhôngthtrthànhcơschospháttrin camáytính.MttrongnhngngưisánglpraCOLOSSUSlà nhàtoánhcnitingAlainTuring.Tronghình1.1làbcchân dungcaAlainTuringvàmtbóngñènchânkhông. Bóngñènchânkhông Hình1.1.AlainTuringvibóngñènchânkhông Chintranhthgiiñãcónhhưnglnñnpháttrink thutmáytínhM.QuânñiMcncácbngtínhtoánchopháo binhvàhàngtrămphnñãñưcthuêchovictínhtoánnàytrên cácmáytínhtay(ngưitachorngphntrongtínhtoáncnthn hơnnamgii).Tuynhiênquátrìnhtínhtoánnàyvnñòihithi gian khá lâu và nhm ñáp ng yêu cu ca BRL (Ballistics Research Laboratory – Phòng nghiên cu ñn ño quân ñi M) trongvictínhtoánchínhxácvànhanhchóngcácbngsliuñn ñochotngloivũkhími,dánchtomáyENIACñãñưc btñuvàonăm1943. 5
  7. ChươngI:Giithiu Máy ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), do John Mauchly và John Presper Eckert (ñi hc Pensylvania,M)thitkvàchto,làchicmáyshoáñint ñanăngñutiêntrênthgii(hình1.2).  S liu k thut: ENIAC là mt chic máy khng l vihơn18000bóngñènchânkhông,nnghơn30tn, tiêu th mt lưng ñin năng vào khong 140kW và chim mt din tích xp x 1393 m2. Mc dù vy, nó làmvicnhanhhơnnhiusovicácloimáytínhñin cơ cùng thi vi kh năng thc hin 5000 phép cng trongmtgiâyñngh. Hình1.2.MáytínhENIAC  ðim khác bitgia ENIAC& các máytính khác: ENIACsdnghñmthpphânchkhôngphinh phânnhưttccácmáytínhkhác.ViENIAC,các consñưcbiudindưidngthpphânvàvictính 6
  8. ChươngI:Giithiu toáncũngñưcthchintrênhthpphân.Bnhca máygm20"btíchlũy",mibcókhnănglưugi mtsthpphâncó10chs.Michsñưcth hinbngmtvònggm10ñènchânkhông,trongñó timithiñim,chcómtñèntrngtháibtñth hinmttrongmưichst0ñn9cahthpphân. Vic lp trình trên ENIAC là mt công vic vtvvì phithchinnidâybngtayquavicñóng/mcác côngtccũngnhưcmvàohocrútracácdâycápñin.  Hotñngthct:MáyENIACbtñuhotñngvào tháng11/1945vinhimvñutiênkhôngphilàtính toánñnño(vìchintranhthgiilnthhaiñãkt thúc)màñthchincáctínhtoánphctpdùngtrong vic xác ñnh tính kh thi ca bom H. Vic có th s dngmáyvàomcñíchkhácvimcñíchchtoban ñu cho thy tính ña năng ca ENIAC. Máy tip tc hotñngdưisqunlýcaBRLchoñnkhiñưc tháoriravàonăm1955. Vi s ra ñi và thành công ca máy ENIAC, năm 1946 ñưcxemnhưnămm ñuchoknguyênmáytínhñin t,ktthúcsnlcnghiêncucacácnhàkhoahcñã kéodàitrongnhiunămlintrưcñó MáytínhVonNeumann Như ñãñ cp trên, vic lptrình trên máy ENIAC là mt côngvicrttnhtvàtnkémnhiuthigian.Côngvicnàycó l s ñơn gin hơn nu chương trình có th ñưc biudindưi dngthíchhpchoviclưutrtrongbnhcùngvidliucn xlý.Khiñómáytínhchcnlychthbngcáchñctbnh, ngoàirachươngtrìnhcóthñưcthitlphaythayñithôngqua schnhsacácgiátrlưutrongmtphnnàoñócabnh. Ýtưngnày,ñưcbitñnvitêngi"khái nim chương trình ñưc lưu tr", do nhà toánhc John von Neumann (Hình 7
  9. ChươngI:Giithiu 1.3),mtcvncadánENIAC,ñưarangày8/11/1945,trong mt bn ñ xut v mt loi máy tính mi có tên gi EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer – do Ekert và Moyshlyñã btñulàmringngliñithànhlpcôngty,saunàylàUnisys Corporation).Máytínhnàychophépnhiuthuttoánkhácnhau cóthñưctinhànhtrongmáytínhmàkhôngcnphinidâyli nhưmáyENIAC. JohnvonNeumann Hình1.3.VonNeumannvimáytínhEDVAC MáyIAS Tip tc vi ý tưng ca mình, vào năm 1946, von Neuman cùng các ñng nghip bt tay vào thit k mt máy tính mi có chươngtrìnhñưclưutrvitêngiIAS (Institute for Advanced Studies) ti hc vin nghiên cu cao cp Princeton, M. Mc dù mãiñnnăm1952máyIASmiñưchoàntt,nóvnlàmôhình chottccácmáytínhñanăngsaunày. CutrúctngquátcamáyIAS,nhưñưcminhhatrên hình1.4,gmcó: 8
  10. ChươngI:Giithiu  Mtbnhchínhñlưutrdliuvàchươngtrình.  Mt ñơn v s hc – lun lý (ALU – Arithmetic and Logic Unit)cókhnăngthaotáctrêndliunhphân.  Mtñơnvñiukhincónhimvthôngdchcácch thtrongbnhvàlàmchochúngñưcthcthi.  Thitbnhp/xutñưcvnhànhbiñơnvñiukhin. Hu ht các máy tính hin nay ñu có chung cu trúcvàchcnăngtngquátnhưtrên.Dovychúngcòncó têngichunglàcácmáyvonNeumann. Hình1.4.CutrúccamáyIAS 1.1.3.ThhII–transistor(19551965) S thayñiñu tiên tronglĩnhvc máy tínhñintxut hinkhicósthaythñènchânkhôngbngñènbándn.ðènbán dnnhhơn,rhơn,tanhitíthơntrongkhivncóthñưcs dngtheocùngcáchthccañènchânkhôngñtonênmáytính. Khôngnhưñènchânkhôngvnñòihiphicódây,cóbngkim loi,cóbaothytinhvàchânkhông,ñènbándnlàmtthitb trngtháirnñưcch totsiliconcónhiutrongcáttrongt nhiên. ðèn bán dn là phátminhln ca phòng thí nghimBell Labstrong năm 1947biBardeen,Brattain và Shockley. Nó ñã toramtcuccáchmngñinttrongnhngnăm50cathk 9
  11. ChươngI:Giithiu 20.Dùvy,mãiñncuinhngnăm50,cácmáytínhbándnhóa hoàntoànmibtñuxuthintrênthtrưngmáytính. Vic s dng ñèn bán dn trong ch to máy tính ñãxác ñnhthhmáytínhthhai,viñidintiêubiulàmáyPDP1 cacôngtyDEC(DigitalEquipmentCorporation)vàIBM7094 caIBM.DECñưcthànhlpvàonăm1957vàsauñó4nămcho rañisnphmñutiêncamìnhlàmáyPDP1nhưñãñcp trên.ðâylàchicmáymñuchodòngmáytínhminicaDEC, vnrtphbintrongcácmáytínhthhthba. Các máy IBM709,7090,7094 có chu kỳ thi gian là 2 microsecond,bnh32Kword16bit.Hình1.5môt mt cu hìnhvinhiuthitbngoivicamáyIBM7094. Hình1.5MtcutrúcmáyIBM7094 10
  12. ChươngI:Giithiu ñâycónhiuñimkhácbitsovimáyIASmàchúngta cnlưuý.ðimquantrngnhttrongsñólàvicsdngcác kênhdliu.Mtkênhdliulàmtmodulenhp/xutñclp cóbxlývàtplnhriêng.Trênmththngmáytínhvicác thitbnhưth,CPUskhôngthcthicácchthnhp/xutchi tit.Nhngchthñóñưclưutrongbnhchínhvàñưcthcthi bimtbxlýchuyêndngtrongchínhkênhdliu.CPUch khiñngmtskintruynnhp/xutbngcáchgitínhiuñiu khinñnkênhdliu,ralnhchonóthcthimtdãycácchth trong máy tính.Kênhdliu thchinnhim vcanóñclp viCPUvàchcngitínhiubáochoCPUkhithaotácñãhoàn tt.CáchspxpnàylàmgimnhcôngvicchoCPUrtnhiu. Mtñctrưngkhácnalàbñacông,ñimktthúctrung tâmchocáckênhdliu,CPUvàbnh.Bñacônglplchcác truycpñnbnhtCPUvàcáckênhdliu,chophépnhng thitbnàyhotñngñclpvinhau.  MáyPDP1 MáyPDP1cógn4Kword,1(word=18bit)vàthigian cho1chukỳlà5microsecond.Thôngsnàylnhơngngp2ln sovimáycùngdòngvinóIBM709,nhưngPDP1làmáytính nhgnnhanhnhtthibygivàcógiábán120000$,cònIBM 7090cógiábánti1triuUSD.MáyPDP1vimànhìnhkính c512ñimñưcchoñnðHcôngnghMassachusetvàtñây các sinh viên ñã vit trò chơi máy tính ñu tiên –chò trơi chin tranhgiacácvìsao. SaumtvàinămDECchorañimthintưngkháctrong ngànhcôngnghipmáytính.ðólàmáyPDP8,máytính12bít. Vàolúcmtmáytínhctrungcũngñòihimtphòngcóñiuhòa khôngkhí,máyPDP8ñnhñcóthñttrênmtchicghdài vnthưnggptrongphòngthínghimhocñkthpvàotrong cácthitbkhác.Nócóththchinmicôngviccamtmáy 11
  13. ChươngI:Giithiu tínhlnvigiáchcó16000ñôlaM,sovistinlênñnhàng trămngànñôlañmuañưcmtchicmáySystem/360caIBM. TươngphnvikintrúcchuyntrungtâmñưcIBMsdngcho cáchthng709,cáckiusaunàycamáyPDP8ñãsdngmt cutrúcrtphdnghinnaychocácmáyminivàvitính:cu trúcñưngtruyn.Hình1.6minhhacutrúcnày. ðưngtruynPDP8,ñưcgilàOmnibus,gm96ñưng tín hiu riêngbit,ñưcsdng ñ mang chuyn tín hiu ñiu khin,ñachvàd liu.Dottccácthànhphnhthngñu dùngchungmt tphpcácñưng tínhiu,vicsdngchúng phiñưcCPUñiukhin.Kintrúcnàycóñlinhhotcao,cho phépcácmoduleñưcgnvàoñưngtruynñtorartnhiucu hìnhkhácnhau.CutrúckiunàycaDECñãñưcsdngtrong ttccácmáytínhngàynay.DECñãbánñưc50000chicPDP8 vàtrthànhnhàcungcpmáytínhminiñngñuthgiilúcby gi. Hình1.6CutrúcñưngtruynPDP8 Mtmáytínhcũngñángchúýnatronggiaiñonnàylà vàonăm1964,khicôngtyCDC(ControlDataCorporation)chora ñimáytính6600.MáynàycótcñcaohơngpnhiulnIBM 7094vàñimñcbitcamáytínhnàylàslýsongsongmàsau nàytrongcácsiêumáytínhhaysdng. 12
  14. ChươngI:Giithiu 1.1.4.ThhIII–mchtíchhp(19651980) Mt ñèn bán dn ñơn l thưng ñưc gi là mt thành phnrirc.Trongsutnhngnăm50vàñunhngnăm60ca th k 20, các thit b ñin t phn ln ñưc kt hp tnhng thànhphnrirc–ñènbándn,ñintr,tñin,v.v Cácthành phnrircñưcsnxutriêngbit,ñónggóitrongcácbcha riêng,sauñóñưcdùngñnilivinhautrênnhngbngmch. Cácbngnàyliñưcgnvàotrongmáytính,máykimtradao ñng,vàcácthitbñintkhácna. Bt c khi nào mt thit b ñin t cn ñn mt ñèn bán dn,mtngkimloinhchamtmusiliconsphiñưchàn vàomtbngmch.Toànbquátrìnhsnxut,ñitñènbándn ñnbngmch,làmtquátrìnhtnkémvàkhônghiuqu.Các máytínhthhthhaibanñuchakhong10000ñènbándn. Consnàysauñóñãtănglênnhanhchóngñnhàngtrămngàn, làmchovicsnxutcácmáymnhhơn,mihơngprtnhiu khó khăn. ð gii quyt nhng vn ñ khó khăn này, năm 1958 JackKilbyvàRobertNoyceñãchorañi mtcôngngh mi, công ngh mch tích hp (Integrated circuit IC hay vi mch CHIP). Sphátminhramchtíchhpvàonăm1958ñãcáchmng hóañintvàbtñuchoknguyênviñintvinhiuthànhtu rcr.Mchtíchhpchínhlàyutxácñnhthhthbaca máy tính. Vi công ngh này nhiu transitor ñưc chovào trong mtchipnh. ðivinhàsnxutmáytính,vicsdngnhiuICñưc ñónggóimanglinhiuñimcóíchnhưsau: Giá chip gn như không thay ñi trong quá trình phát trin nhanh chóng v mt ñ ca các thành phn trên 13
  15. ChươngI:Giithiu chip.ðiunàycónghĩalàgiácchocácmchnhvà lunlýgimmtcáchñángk. Vì nhng thành phn lun lý và ô nh ñưc ñt gn nhau hơn trên các chip nên khong cách gia các nguyêntngnhơndnñnvicgiatăngtcñchung chotoànb. Máytínhstrnênnhhơn,tinlihơnñbtrívào cácloimôitrưngkhácnhau. Cósgimthiutrongnhngyêucuvbngunvà thitblàmmáththng. Sliênkttrênmchtíchhpñángtincyhơntrêncác nikthàn.Vinhiumchtrênmichip,scóíts niktliênchiphơn.  MáyIBMSystem/360 Máy IBM System/360ñưcIBMñưaravàonăm1964làh máytínhcôngnghipñutiênñưcsnxutmtcáchcókhoch. Kháinimhmáytínhbaogmcácmáytínhtươngthíchnhaulà mtkháinimmivàhtscthànhcông.ðólàchuicácmáytính vicùngmtngônngAssembler.Chươngtrìnhvitchomáynày cóthñưcdùngchomáykhácmàkhôngphivitli,ñâychính làưuñimnibtcanó.Ýtưngthànhlphmáytínhtrthành rtphbintrongrtnhiunămsauñó.Trongbng1.1chotathy nhng thông schính ca mt trongnhngñiñu tiên ca h IBM360. H máy IBM System/360 không nhng ñã quyt ñnh tươnglaivsaucaIBMmàcòncómtnhhưngsâuscñn toànbngànhcôngnghipmáytính.Nhiuñctrưngcahmáy nàyñãtrthànhtiêuchunchocácmáytínhlnkhác. 14
  16. ChươngI:Giithiu Thôngs Model Model Model50 Model 30 40 60 Tc ñ so sánh 1 3.5 10 21 giachúng Thigian1chukỳ, 1000 625 500 250 nanogiây Dunglưngbnh 64 256 256 512 tiña,Kbyte S byte ly t b 1 2 4 16 nhmichukỳ Skênhdliuti 3 3 4 6 ña Bng1.1.CácthôngshIBM360 Mtsctmcñángchúýnatronggiaiñonnàylà:  1975 máy tính cá nhân ñu tiên (Portable computer) IBM5100(hình1.7)rañi,tuynhiênmáytínhnàyñã không gt hái ñưc thành công nào. Nhng thông s chínhcanónhưsau: Bnhdùngbăngt Nng23Kg Cógiá10000$ KhnănglptrìnhtrênBasic Mànhình16dòng,64kýt Bnh<=64Kbyte  1979 chương trình Sendmail ra ñi bi 1 sinh viên ðHTH California, Berkely university cho ra ñi BSD UNIX(BerkelySoftwareDistribution). 15
  17. ChươngI:Giithiu Hình1.7.MáytínhIBM 5100 1.1.5.ThhIV–máytínhcánhân(1980ñnnay) SxuthincamchtíchhptlcaoVeryLargeScale Integrated(VLSI)circuitvàonhngnăm80chophépghéphàng triutransistortrênmtbnmch.ðiuñódnñnkhnăngthit knhngmáytínhcnh,nhưngvitcñcao. Trongphntiptheo,haithànhtutiêubiuvcôngngh camáytínhthhthtưsñưcgiithiumtcáchtómlưc.  Bnhbándn Vàokhongnhngnăm50ñn60cathknày,huhtb nhmáytínhñuñưcchtotnhngvòngnhlàmbngvt liustt, mivòngcóñưngkínhkhong1/16inch.Cácvòng nàyñưctreotrêncáclưitrênnhngmànnhbêntrongmáy tính. Khi ñưc t hóa theo mt chiu, mt vòng (gi là mt lõi) biuthgiátr1,cònkhiñưcthóatheochiungưcli,lõis ñidinchogiátr0.Bnhlõitkiunàylàmvickhánhanh. Nóchcnmtphntriugiâyññcmtbitlưutrongbnh. Nhưngnórtñttin,cngknh,vàsdngcơchhotñngloi tr:mtthaotácñơnginnhưñcmtlõisxóadliulưutrong lõiñó.Dovycnphicàiñtcácmchphchidliungaykhi nóñưclyrangoài. 16
  18. ChươngI:Giithiu Năm 1970, Fairchild ch to ra b nh bán dn có dung lưngtươngñiñutiên.Chipnàycókíchthưcbngmtlõiñơn, cóthlưu256bitnh,hotñngkhôngtheocơch loi tr và nhanhhơnbnhlõit.Nóchcn70phntgiâyññcramt bitdliutrongbnh.Tuynhiêngiáthànhchomibitcaohơn sovilõit. Ktnăm1970,bnhbándnñãñiqua11thh:1K,4K, 16K,64K,256K,1M,4M,16M,64M,256Mvàgiñâylà1Gbit trênmtchipñơn(1K=210,1M=220).Mithhcungcpkh năng lưu tr nhiu gp bn ln so vi th h trưc, cùng vi s gimthiugiáthànhtrênmibitvàthigiantruycp.  Bvixlý Vàonăm1971,hãngIntelchorañichip4004,chipñutiên cóchattcmithànhphncamtCPUtrênmtchipñơn.K nguyênbvixlýñãñưckhaisinhtñó.Chip4004cóthcng hais4bitvànhânbngcáchlpliphépcng.Theotiêuchun ngàynay,chip4004rõràngquáñơngin,nhưngnóñãñánhdu sbtñucamtquátrìnhtinhóaliêntcvdunglưngvàsc mnhcacácbvixlý.Bưcchuynbinktiptrongquátrình tinhóanóitrênlàsgiithiuchipIntel8008vàonăm1972.ðây làbvixlý8bitñutiênvàcóñphctpgpñôichip4004. ðnnăm1974,Intelñưarachip8080,bvixlýñadng ñu tiênñưc thit k ñ tr thành CPU ca mt máy vi tính ña dng.Sovichip8008,chip8080nhanhhơn,cótpchthphong phúhơnvàcókhnăngñnhñachlnhơn. Cũngtrongcùngthigianñó,cácbvixlý16bitñãbt ñuñưcpháttrin.Mcdùvy,mãiñncuinhngnăm70,các bvixlý16bitñadngmixuthintrênthtrưng.Sauñóñn năm1981,cBellLabvàHewlettpackardñuñãpháttrincácb 17
  19. ChươngI:Giithiu vixlýñơnchip32bit.Trongkhiñó,Intelgiithiubvixlý 32bitcariêngmìnhlàchip80386vàonăm1985.  ðimñánglưuýnhttronggiaiñonnàylàvàonăm1981 rañimáyIBMPCtrêncơsCPUIntel8088vàdùngh ñiuhànhMSDOScaMicrosoft(hình1.8). Hình1.8.MáytínhIBMPCñutiên 1.2.Khuynhhưnghinti Vicchuyntthhthtưsangthhth5cònchưarõ ràng.NgưiNhtñãvàñangñitiênphongtrongcácchươngtrình nghiên cu ñ cho ra ñi th h th 5 ca máy tính, th h ca nhngmáytínhthôngminh,datrêncácngônngtrítunhânto nhưLISPvàPROLOG, vànhnggiaodinngưimáythông minh.ðnthiñimnày,cácnghiêncuñãchoracácsnphm bưcñuvàgnñâynht(2004)làsramtsnphmngưimáy thôngminhgngingviconngưinht:ASIMO(Advanced Step Innovative Mobility: Bưc chân tiên tin ca ñi mi và chuyn ñng).Vihàngtrămnghìnmáymócñinttitânñttrongcơ th, ASIMO có th lên/xung cu thang mt cách uyn chuyn, 18
  20. ChươngI:Giithiu nhndinngưi,cáccchhànhñng,gingnóivàñápngmt s mnh lnh ca con ngưi. Thm chí, nó có th bt chưc c ñng,gitênngưivàcungcpthôngtinngaysaukhibnhi,rt gngũivàthânthin.Hinnaycónhiucôngty,vinnghiêncu ca Nht thuê Asimo tip khách và hưng dn khách tham quan như: Vin Bo tàng Khoa hc năng lưng và ði mi quc gia, hãngIBMNhtBn,CôngtyñinlcTokyo.HãngHondabtñu nghiêncuASIMOtnăm1986davàonguyênlýchuynñng bnghaichân.Chotinay,hãngñãchtoñưc50robotASIMO. CáctinbliêntcvmtñtíchhptrongVLSIñãcho phépthchincácmchvixlýngàycàngmnh(8bit,16bit,32 bitvà64bitvivicxuthincácbxlýRISCnăm1986vàcác bxlýsiêuvôhưngnăm1990).Chínhcácbxlýnàygiúp thchincácmáytínhsongsongvitvàibxlýñnvàingàn bxlý.ðiunàylàmcácchuyêngiavkintrúcmáytínhtiên ñoánthhth5làthhcácmáytínhxlýsongsong. ðólàviccatươnglaixa,cònhintithìcáccôngtysn xutmáytínhñangñnhhưngpháttrincácmáytínhvinhiu bxlýnhmgiiquytcácbàitoánsongsongñtăngcưngtc ñxlýchungcamáytính.Thànhqucavicnàylàhànglot cácbxlýñalõiñãrañivàcácsiêumáytínhvitcñkhông tưngñãcũngñãñưccáccôngtyñuanhaugiithiu. Mt s ct mc ñáng chú ý trong quá trình chuyn sang CPUñalõinhưsau: – 1999–CPU2lõiképñutiênrañi(IBMPower4chomáy ch) – 2001–btñubánrathtrưngPower4 – 2002–AMDvàIntelcùngthôngbáovvicthànhlp CPUñalõicamình. – 2004–CPUlõiképcaSunrañiUltraSPARSIV – 2005–Power5 19
  21. ChươngI:Giithiu – 03/2005–CPUIntellõiképx86rañi,AMD–Opteron, Athlon64X2 – 2025/05/2005–AMDbtñubánOpteron2xx,26/05 IntelPentiumD,31/05AMD–bánAthlon64X2 Tcácctmcñóchothyscnhtranhgaygtgiahai côngtysnxutCPUhàngñu. Mtthànhqungàynaynasñưcngdngtrongtương laignlàvicchorañicácsiêumáytính.Mttrongnhngsiêu máytínhhàngñucathgiingàynaylàmáytínhBlueGeneca IBMvi8192CPUvàchotcñtìnhtoánlênñn7,3Tfops.Tuy nhiênchngbaolâusaunócũngchlàchúrùa khimàkhoch caIBMsnxutsupercomputerBlueGene/Lvi128dãy,130 ngàn CPU, 360 Tfops, vi giá d ñnh 267 triu USD ñã thành côngvào26/06/2007. TuynhiênsiêumáytínhcaIBMvnchưañưcgi là nhanh nht th gii vì vào 06/2006 vin nghiên cu ca Nht RIKENthôngbáochorañimáytínhMDGRAPE3vitcñlên ñn1Petaflop, tcnhanhhơnti3lnmáyBlueGene/Lnhưng chdùng40.314CPU.MáytínhnàykhôngñưcspvàoTOP500 vìnókhôngñưcdùngchomcñíchchungmàphcvchovic nghiêncuvàmôphngcáchthngphctptrongmtchương trình chung ca các công ty Riken, Hitachi, Intel, and NEC subsidiarySGIJapan. 1.3.Phânloimáytính Davàokíchthưcvtlý,hiusut,giátinvàlĩnhvcs dng,thôngthưngmáytínhñưcphânthànhbnloichínhnhư sau: a)Các siêu máy tính(Super Computer): là cácmáy tính ñttinnhtvàtínhnăngkthutcaonht.Giábán mt siêumáytínhtvàitriuUSD.Cácsiêumáytínhthưnglà 20
  22. ChươngI:Giithiu các máy tính vectơ hay các máy tính dùng k thut vô hưng và ñưc thit k ñ tính toán khoa hc, mô phng cáchintưng.Cácsiêumáytínhñưcthitkvikthut xlýsongsongvirtnhiubxlý(hàngngànñnhàng trămngànbxlýtrongmtsiêumáytính). b)Cácmáytínhln(Mainframe)làloimáytínhñadng. Nócóthdùngchocácngdngqunlýcũngnhưcáctính toán khoa hc. Dùng k thut x lý song song và có h thngvàoramnh.Giámtmáytínhlncóthtvàitrăm ngànUSDñnhàngtriuUSD. c)Máytínhmini(Minicomputer)làloimáyctrung,giá mtmáytínhminicóthtvàichcUSDñnvàitrăm ngànUSD. d.Máyvitính(Microcomputer)làloimáytínhdùngbvi xlý,giámtmáyvitínhcóthtvàitrămUSDñnvài ngànUSD. 1.4.CácdòngIntel DothtrưngVitNamchyusdngbvixlýca hãng này, nên phn này s trình bày k hơn v quátrìnhphát trincácbxlýcaIntel. Intel là nhà tiên phong trong vic sn xut b vi x lý (BVXL)khitungraIntel4004vàonăm1971.Khnăngtínhtoán caIntel4004chdnglihaiphéptoán:cnghoctrvànóch cóthtínhtoánñưc4bitstimtthiñim.ðiuñángkinhngc ñâylàtoànb"cmáy"tínhtoánñưctíchhp"nm"gntrên mtchipñơnduynht(hình1.9).TrưckhichorañiIntel4004, cácksưñãchtoramáytínhhoclàtmtthpnhiuchip hoclàtcácthànhphnlinhkinrirc. 21
  23. ChươngI:Giithiu ThnhưngBVXLñutiên"ñtchân"vàongôinhàsca chúngtahinnaylikhôngphilàIntel4004màlàBVXLthh ktipcanóIntel8080,mtmáytính8bithoànhotrênmt chip duynht, ñưcgiithiu vào năm1974. Trong khiñó, Intel 8088 mi là th h BVXL ñu tiên "loé sáng" thc s trên th trưng.ðưcgiithiunăm1979vàsauñóñưctíchhpvàocác máy tính cá nhân IBM xut hin trên th trưng vào năm 1982, Intel8088cóthñưcxemnhư"ngưitinnhimchính"cacác bxlýthhtiptheo:Intel80286,80386,80486riñnIntel Pentium,PentiumPro,PentiumII,IIIvàIV.Dottcñuñưcci tindatrênthitkcơbncaIntel8088.Ngàynay,BVXLIntel Pentium4cóththchinbtkỳñonmãnàoñãchytrênBVXL Intel 8088 nguyên thu nhưng vi tc ñ nhanh hơn gp nhiu nghìnln. Hình1.9.Bvixlý4004ñutiêncaIntel ðcócáinhìnbaoquáthơn,chúngtaxemQuátrìnhphát trincaCPUInteltrongcacthikỳnhưsau: Năm1971:Bvixlý4004 4004là b vi x lý ñutiêncaIntel. Phát minhñt phá nàynhmtăngscmnhchomáytínhBusicomvàdnñưngcho khnăngnhúngtríthôngminhcaconngưivàotrongcácthitb vôtricũngnhưcáchthngmáytínhcánhân. Slưngbóngbándn:2.300 22
  24. ChươngI:Giithiu Tcñ:108KHz Năm1972:Bvixlý8008 Bvixlý8008mnhgpñôibvixlý4004.Thitb Mark8ñưcbitñnnhưlàmttrongnhnghthngmáytính ñutiêndànhchongưisdnggiañình–mththngmàtheo các tiêu chun ngày nay thì rt khó ñ xây dng, bo trì và vn hành. Slưngbóngbándn:3.500 Tcñ:200KHz Năm1974:Bvixlý8080 Bvixlý8080ñãtrthànhbnãocahthngmáytính cánhânñutiên–Altair. Slưngbóngbándn:6.000 Tcñ:2MHz Năm1978:Bvixlý80868088 Mthpñngcungcpsnphmquantrngchobphn máytínhcánhânmithànhlpcaIBMñãbinbvixlý8088 trthànhbnãocasnphmchñomicaIBM—máy tính IBMPC. Slưngbóngbándn:29.000 Tcñ:5MHz,8MHz,10MHz Năm1982:Bvixlý286 Bvixlý286,cònñưcbitñnvicáitênlà80286,là bvixlýIntelñutiêncóthchyttccácphnmmñưcvit chonhngbvixlýtrưcñó.Tínhtươngthíchvphnmmnày vnluônlàmttiêuchunbtbuctronghcácbvixlýca Intel Slưngbóngbándn:134.000 Tcñ:6MHz,8MHz,10MHz,12,5MHz Năm1985:BvixlýIntel386 23
  25. ChươngI:Giithiu BvixlýIntel386có275.000bóngbándn–nhiuhơn 100lnsovibvixlý4004banñu.ðâylàmtchip32bitvà cókhnăngxlý“ñatácv”,nghĩalànócóthchynhiucác chươngtrìnhkhácnhaucùngmtlúc. Slưngbóngbándn:275.000 Tcñ:16MHz,20MHz,25MHz,33MHz Năm1989:BvixlýCPUIntel486DX Thhbvixlý486thcscóýnghĩakhigiúpchúngta thoátkhimtmáytínhphigõlnhthcthivàchuynsangñin toánchvànhn(pointandclick). Slưngbóngbándn:1,2triu Tcñ:25MHz,33MHz,50MHz Năm1993:BvixlýPentium® BvixlýPentium®chophépcácmáytínhddànghơn trongvictíchhpnhngdliu‘thgiithc”nhưgingnói,âm thanh,kýtvittayvàcácnhñha Slưngbóngbándn:3,1triu Tcñ:60MHz,66MHz Năm1997:BvixlýPentium®II BvixlýPentium®IIcó7,5triubóngbándnnàyñưc tíchhpcôngnghIntelMMX,mtcôngnghñưcthitkñc bitñxlýcácdliuvideo,audiovàñhamtcáchhiuqu. Slưngbóngbándn:7,5triu Tcñ:200MHz,233MHz,266MHz,300MHz Năm1999:BvixlýPentium®III BvixlýPentium®IIIcó70lnhxlými–nhngm rng Internet Streaming SIMD – giúp tăng cưng mnh m hiu suthotñngcacácngdngxlýnhtiêntin,3D,streaming audio, video và nhn dng ging nói. B vi x lý nàyñưcgii thiusdngcôngngh0,25micron. 24
  26. ChươngI:Giithiu Slưngbóngbándn:9,5triu Tcñ:650MHzti1,2GHz Năm2000:BvixlýPentium®4 Bvixlýnàyñưcgiithiuvi42triubóngbándn vàcácmch0,18micron.BvixPentium®4cótnshotñng là1,5gigahertz(1,5thertz),nhanhhơngp10nghìnlnsovi bvixlýñutiêncaIntel,bvixlý4004,chytcñ108 kilohertz(108.000hertz). Slưngbóngbándn:42triu Tcñ:1,30GHz,1,40GHz,1,50GHz,1,70GHz,1,80Ghz Tháng8năm2001:BvixlýPentium4ñtmc2GHz Tháng11năm2002:BvixlýIntelPentium4htrCôngngh Siêuphânlung IntelgiithiuCôngnghSiêuphânlungñtpháchob vixlýIntel®Pentium®4micótcñ3,06GHz.Côngngh Siêuphânlungcóthtăngtchiusuthotñngcamáytính lênti25%.Intelñtmctcñmichomáytínhvivicgii thiubvixlýPentium4tcñ3,06GHz.ðâylàbvixlý thươngmiñutiêncóthxlý3tchutrìnhmtgiâyvàñưc hin thc hóa thông qua vic s dng công ngh sn xut 0,13 microntiêntinnhtcangànhcôngnghip. Tháng 11 năm 2003: B vi x lý Intel® Pentium® 4 Extreme EditionhtrCôngnghSiêuphânlungtcñ3,20GHzñưc giithiu.Sdngcôngnghxlý0,13microncaIntel,bvix lýIntelPentium4ExtremeEditioncóbnhñmL2dunglưng 512kilobyte,mtbnhñmL3dunglưng2megabytevàmt kênhtruynhthngtcñ800Mhz.Bvixlýnàytươngthích vihchipsethintiIntel®865vàIntel®875cũngnhưbnh hthngchun. 25
  27. ChươngI:Giithiu Tháng6năm2004:BvixlýIntelPentium4htrCôngngh Siêuphânlungñtmc3,4GHz Tháng4năm2005:Giithiunntngsdngbvixlýhai nhânñutiêncaIntelgmbvixlýIntel®Pentium®Extreme Edition 840 chy tc ñ 3,2 GHz và mt chipset Intel® 955X Express. Các b vi x lý hai nhân hoc ña nhân ñưc phát trin bngcáchñưahaihaynhiunhânxlýhoànchnhvàotrongmt bvixlýñơnnhtgiúpqunlýñngthinhiutácv. Tháng5năm2005:BvixlýIntel®Pentium®Dvihainhân xlý–haycòngilà“cácbnão”–ñưcgiithiucùngvih chipsetIntel®945Expresscókhnănghtrnhngtínhnăngca cácthitbñinttiêudùngnhưâmthanhvòm,videocóñphân giicaovàcáckhnăngxlýñhatăngcưng. Tháng5năm2006:NhãnhiuIntelCore2Duoñưccôngbra thgii và sauñó5 tháng chính hãng Intel ñã ñnVitNamñ qungbáchosnphmminày. Tháng 7 năm2006:Tp ñoànIntelcông b 10 b vi x lý mi IntelCore2DuovàCoreExtremechocáchthngmáytínhñ bàn và máy tính xách. Nhng b vi x lý mi này nâng cao ti 40%hiusuthotñngvànhiuhơn40%hiuqutitkimñin năngsovibvixlýIntel®Pentium®ttnht.Cácbvixlý Core2Duocó291triubóngbándn. Bng dưi ñây (Bng 1.2) s giúp chúng ta hiu ñưc s khácbitgiacácbxlýmàIntelñãgiithiuquacácnăm: 26
  28. ChươngI:Giithiu Bng1.2.TngquanvCPUIntel Micros: là chiu rng, tính bng Microns, ca dây dn nhnht trênchip.ðdhìnhdung,chúngtahãyliêntưngñntócngưi cóñdàylà100microns.Vànhưchúngtathythìkíchthưcñc trưngcacácphntgimxungthìslưngtransistorsñưc tănglên. DataWidth: làchiu rngca b tính toán LogicShc ALU. MtALU8bitcóthcng/tr/nhân/ 2s8bit,trongkhimt ALU32bitcóthtínhtoáncács32bit.MtALU8bitsphi thchin4chlnhñcnghais32bit,trongkhimtALU32 bitcóthlàmvicnàychvimtchlnhduynht.Trongñas trưnghp,tuyndliungoicócùngñrngviALU,nhưng khôngphilúcnàocũngvy.TrongkhicácCPUPentiummitìm 27
  29. ChươngI:Giithiu npdliu64bitticùngmtthiñimchocácALU32bitca chúng MIPS: vit tt ca cm "millions of instructions per second", là thưcñotươngñichohiunăngcaCPU.CácCPUthhmi hinnaycóthlàmrtnhiuvickhácnhaukhinvicñánhgiá bngcácgiátrMIPSmtdnýnghĩacachúng.Thaythbng MIPS, ngày nay ngưi ta dùng MFLOPS (Mera Floating Point Operations Per Second) hoc TFLOPS (Tera Floating Point Operations Per Second)ññánhgiáhiunăngcamáytính.Tuy nhiên, chúng ta có th có ñưc phán ñoán chung v sc mnh tươngñicacácCPUtctcuitrongbng1.2. CÂUHIVÀBÀITPCHƯƠNGI 1.Davàotiêuchunnàongưitaphânchiamáytínhthànhcác thh? 2.Hãyñimquacácctmcquantrngvàñctrưngcơbnca cácmáytínhthhthnht? 3.HãynêuñimñcbitcamáytínhENIACsovicácmáytính rañitrưcnó.MáytínhVonNeumannkhácENIACñimnào chính? 4.Hãyñimquacácctmcquantrngvàñctrưngcơbnca cácmáytínhthhthhai? 5.Hãyñimquacácctmcquantrngvàñctrưngcơbnca cácmáytínhthhthba? 28
  30. ChươngI:Giithiu 6.Hãynêumtvàiưuñimcacôngnghmchtíchhp.ðim ñcbittrongcácmáytínhIBMSystem/360làgì? 7.Hãyñimquacácctmcquantrngvàñctrưngcơbnca cácmáytínhthhthtư? 8.Khuynhhưngpháttrincamáytínhñintngàynaylàgì? 9.Vic phân loi máy tính da vào tiêu chun nào?có máy loi máytính? 10.HinnaybvixlýnàocaIntelñangñưcbánrngrãith trưngVit Nam?Hãyñưara mtsloiCPUIntelthôngdng nhtngàynay. 29