Giáo trình Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Phần 1

pdf

119

2 MB

0

24

4.3 (
16 lượt)

1192 MB

Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu

Đang xem trước 10 trên tổng 119 trang, để tải xuống xem rất đầy đủ hãy nhấn vào bên trên

Chủ đề tương quan

Tài liệu tương tự

Nội dung

BỘ TÀI CHÍNH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI CHÍNH – MARKETING

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

GIÁO TRÌNH

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH

LƯU HÀNH NỘI BỘ

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TÍNH
1. Máy tính và phân loại
1.1. Máy tính
•

Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau:
o Nhận thông tin vào
o Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên trong,
o 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 trình (program)
Máy tính hoạt động theo chương trình.
Máy tính ….

Mô hình phân lớp của máy tính:
Người
sử dụng

Người
Lập trình

Phần cứng (Hardware): hệ thống vật lý của máy tính.
Phần mềm (Software): các chương trình và dữ liệu.
1.2. Phân loại máy tính
•

Phân loại truyền thống:
o Máy vi tính (Microcomputers)

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 1

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

o Máy tính nhỏ (Minicomputers)
o Máy tính lớn (Mainframe Computers)
o Siêu máy tính (Supercomputers)
• Phân loại máy tính hiện đại
o Máy tính cá nhân (Personal Computers)
o Máy chủ (Server Computers)
o Máy tính nhúng (Embedded Computers)
Máy tính cá nhân PC
Là loại máy tính phổ biến nhất
• Các loại máy tính cá nhân:
Máy tính để bàn (Desktop)
Máy tính xách tay (Laptop)
• 1981 IBM giới thiệu máy tính IBM-PC sử dụng bộ xử lý Intel 8088
• 1984 Apple đưa ra Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola 68000
• Giá thành: hàng trăm đến hàng nghìn USD
Máy chủ (Server)
Thực chất là máy phục vụ
• Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server (Khách hàng/Người phục vụ)
• Tốc độ và hiệu năng tính toán cao
• Dung lượng bộ nhớ lớn
• Độ tin cậy cao
• Giá thành: hàng nghìn đến hàng chục triệu USD.
Máy tính nhúng (Embedded Computer)
Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc
• Được thiết kế chuyên dụng
• Ví dụ:
o Điện thoại di động
o Máy ảnh số
o Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hoà nhiệt độ
o Router – bộ định tuyến trên mạng
• Giá thành: vài USD đến hàng trăm nghìn USD.
2. Kiến trúc máy tính
Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh:
• Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách nhìn
của người lập trình
• Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu cấu trúc phần cứng máy tính
Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi rất nhanh.
Ví dụ:
Các máy tính PC dùng các bộ xử lý Pentium III và Pentium 4:
• cùng chung kiến trúc tập lệnh (IA-32)
• có tổ chức khác nhau
Kiến trúc tập lệnh
Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm:
• Tập lệnh: tập hợp các chuỗi số nhị phân mã hoá cho các thao tác mà máy tính có thể
thực hiện
• Các kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý
Cấu trúc cơ bản của máy tính

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 2

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

Các thành phần cơ bản của máy tính
• Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động của máy tính và
xử lý dữ liệu.
• Bộ nhớ chính (Main Memory): Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng.
• Hệ thống vào ra (Input/Output System): Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên
ngoài.
• Liên kết hệ thống (System Interconnection): Kết nối và vận chuyển thông tin giữa các
thành phần với nhau.
3. Lịch sử phát triển và hiệu suất của máy tính
•
•
•
•
•

Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1950s)
Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor (1960s)
Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI (1970s)
Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI (1980s)
Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSI, SoC (1990s)

3.1. Máy tính dùng đèn điện tử
•

ENIAC- Máy tính điện tử đầu tiên
o Electronic Numerical Intergator And Computer
o Dự án của Bộ Quốc phòng Mỹ
o Do John Mauchly và John Presper Eckert ở Đại học Pennsylvania thiết kế.
o Bắt đầu từ năm 1943, hoàn thành năm 1946
o Nặng 30 tấn
o 18000 đèn điện tử và 1500 rơle
o 5000 phép cộng/giây
o Xử lý theo số thập phân
o Bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu
o Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối.
Đèn điện tử

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 3

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

ENIAC

Máy tính von Neumann
• Đó là máy tính IAS:
o Princeton Institute for Advanced Studies
o Được bắt đầu từ 1947, hoàn thành1952
o Do John von Neumann thiết kế
o Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình được lưu trữ” (stored-program
concept) của von Neumann/Turing (1945)
Đặc điểm chính của máy tính IAS:
Bao gồm các thành phần: đơn vị điều khiển, đơn vị số học và logic (ALU), bộ nhớ chính và
các thiết bị vào-ra.
o Bộ nhớ chính chứa chương trình và dữ liệu
o Bộ nhớ chính được đánh địa chỉ theo từng ngăn nhớ, không phụ thuộc vào nội
dung của nó.
o ALU thực hiện các phép toán với số nhị phân
o Đơn vị điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện lệnh một cách
tuần tự.
o Đơn vị điều khiển điều khiển hoạt động của các thiết bị vào-ra
o Trở thành mô hình cơ bản của máy tính
John von Neumann và máy tính IAS:

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 4

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

Alan Turing

Các máy tính thương mại ra đời
• 1947 – Eckert-Mauchly Computer Corporation
• UNIVAC I (Universal Automatic Computer)
• 1950s – UNIVAC II
o Nhanh hơn
o Bộ nhớ lớn hơn
UNIVAC I:

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 5

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

UNIVAC II:

Hãng IBM
• IBM – International Business Machine
• 1953 – IBM 701
o Máy tính lưu trữ chương trình đầu tiên của IBM
o Sử dụng cho tính toán khoa học
• 1955 – IBM 702
o Các ứng dụng thương mại
IBM 701:

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 6

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

3.2. Máy tính dùng transistor
• Máy tính PDP-1 của DEC (Digital Equipment Corporation) máy tính mini đầu tiên
• IBM 7000
• Hàng trăm nghìn phép cộng trong một giây.
• Các ngôn ngữ lập trình bậc cao ra đời.
Máy tính DEC PDP-1 (1960):

IBM 7030 (1961):

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 7

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

3.3. Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI
•

Vi mạch (Integrated Circuit – IC): nhiều transistor và các phần tử khác được tích hợp
trên một chip bán dẫn.
o SSI (Small Scale Integration)
o MSI (Medium Scale Integration)
o LSI (Large Scale Integration)
o VLSI (Very Large Scale Integration) (thế hệ thứ tư)
o ULSI (Ultra Large Scale Integration) (thế hệ thứ năm)
o SoC (System on Chip)
• Siêu máy tính xuất hiện: CRAY-1, VAX
• Bộ vi xử lý (microprocessor) ra đời
o Bộ vi xử lý đầu tiên Intel 4004 (1971).
Luật Moore:
• Gordon Moore – người đồng sáng lập Intel
• Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng
• Giá thành của chip hầu như không thay đổi
• Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn
• Kích thước nhỏ hơn dẫn tới độ phức tạp tăng lên
• Điện năng tiêu thụ ít hơn
• Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, do đó tăng độ tin cậy
Tăng trưởng số transistor trong chip CPU:

IBM 360 Family:

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 8

Trường ĐH Tài Chính – Marketing

Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành

PDP-11 (1973):

VAX-11 (1981):

Micro VAX:

Nguyễn Thanh Trường – Khoa Công nghệ thông tin

Trang 9

Source: https://vh2.com.vn
Category : Ứng Dụng