Giáo trình kiến trúc máy tính I

Chia sẻ: Dangvanhiep Hiep | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

0
157
lượt xem
96
download

Giáo trình kiến trúc máy tính I

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo về kiến trúc máy tính

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kiến trúc máy tính I

  1. ð I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH TRƯ NG ð I H C CÔNG NGH THÔNG TIN ----------o0o---------- Giáo trình KI N TRÚC MÁY TÍNH I Biên so n: Vũ ð c Lung 2007
  2. L I NÓI ð U V i m c tiêu ñưa các môn h c chuyên ngành công ngh thông tin vào h c ngay t nh ng h c kỳ ñ u trong trư ng ð i h c Công ngh thông tin, giáo trình Ki n trúc máy tính 1 ñư c biên so n ñ c bi t cho m c ñích này và ñư c ñ nh hư ng cho sinh viên nghành công ngh thông tin năm th nh t. Giáo trình Ki n trúc máy tính này trình bày các v n ñ chung nh t, các thành ph n cơ b n nh t c u thành nên máy tính hi n ñ i nh m trang b cho sinh viên các n i dung ch y u trong 7 chương sau: Chương I: Trình bày l ch s phát tri n c a máy tính cũng như các tích năng m i c a máy tính trong t ng giai ño n, các th h máy tính, ñ nh hư ng phát tri n c a máy tính và cách phân lo i máy tính. Chương II: Gi i thi u các nguyên lý ho t ñ ng chung và các tính ch t cơ b n c a các b ph n chính y u trong máy tính như: b x lý (CPU), b n m ch chính (Mainboard), các thi t b lưu tr d li u, các lo i b nh RAM, Card ñ h a, màn hình. Ngoài ra còn cho th y ñư c nh ng hình dáng và s tích h p c a các b ph n v i nhau nh m giúp sinh viên có th t mua s m, l p ráp m t máy tính cho mình. Chương III: Trình bày cách bi n ñ i cơ b n c a h th ng s (như h th p phân, h nh phân, h bát phân, h th p l c phân), các cách cơ b n ñ bi u di n d li u, cách th c hi n các phép tính s h c cho h nh phân. Chương IV: Các c ng và ñ i s Boolean, các ñ nh lý trong ñ i s Boolean, cách ñơn gi n các hàm Boolean cũng như các m ch s , cách bi u di n các m ch s qua các hàm Boolean và ngư c l i, các m ch t h p cơ b n, cách thi t k các m ch ñơn gi n. Chương V: Trình bày nguyên lý h at ñ ng c a các m ch l t, các flip-flop, qui trình thi t k m t m ch tu n t và ñưa ra ví d c th cho vi c thi t k này. 1
  3. Chương VI: Phân lo i ki n trúc b l nh, cách b trí ñ a ch b nh , các cách mã hóa t p l nh, các l nh cơ b n c a máy tính qua các l nh h p ng assembler Chương VII: Gi i thi u c u trúc c a b x lý trung tâm: t ch c, ch c năng và nguyên lý ho t ñ ng c a các b ph n bên trong b x lý như b tính toán logic s h c, b ñi u khi n, t p các thanh ghi. Ngoài ra còn trình bày cách t ch c ñư ng ñi d li u, di n bi n quá trình thi hành l nh và k thu t ng d n. Như ñã nói trên, giáo trình nh m gi ng d y cho sinh viên năm th nh t do ñó nh ng ki n th c ñưa ra ch là cơ b n. ð hi u sâu hơn m i v n ñ nên xem thêm trong các sách tham kh o cu i quy n giáo trình này. M c dù ñã c g ng biên so n r t công phu và k lư ng, tuy nhiên cũng khó tránh kh i nh ng thi u sót. Chúng tôi mong ñư c ñón nh n các ñóng góp ý ki n c a các Th y, các b n ñ ng nghi p, các b n sinh viên và các b n ñ c nh m ch nh s a giáo trình ñư c hoàn thi n hơn. Cu i cùng xin chân thành c m ơn nh ng góp ý quí giá c a các ñ ng nghi p khi biên so n giáo trình này. Vũ ð c Lung. 2
  4. Chương I: Gi i thi u Chương I: Gi i thi u 1.1. L ch s phát tri n c a máy tính Trong quá trình phát tri n c a công ngh máy tính, con ngư i ñã ch t o ra hàng ngàn lo i máy tính khác nhau. R t nhi u trong s nh ng máy tính này ñã b quên lãng ñi, ch m t s ít còn ñư c nh c l i cho ñ n ngày nay. ðó là các máy tính v i nh ng ý tư ng thi t k và nguyên lý ho t ñ ng ñ c ñáo t o nên m t t m nh hư ng l n ñ n các máy tính th h sau nó. ð giúp sinh viên có ñư c nh ng khái ni m cơ b n v máy tính và hi u rõ hơn b ng cách nào mà con ngư i ñã phát minh ra nh ng máy tính hi n ñ i, d s d ng như ngày nay, trong ph n này s trình bày nh ng chi ti t quan tr ng v l ch s quá trình phát tri n c a máy tính. Máy tính thư ng ñư c phân lo i thành các th h d a trên n n t ng công ngh ph n c ng ñư c s d ng trong quá trình ch t o. L ch s phát tri n máy tính có th ñư c chia thành các th h máy tính sau: 1.1.1. Th h zero –máy tính cơ h c (1642-1945) M c l ch s máy tính ph i nh c ñ n ñ u tiên là khi nhà bác h c ngư i Pháp Blez Pascal (1626-1662) vào năm 1642 ñã phát minh ra máy tính toán ñ u tiên – máy tính cơ h c v i 6 bánh quay và b d n ñ ng b ng tay. Máy c a ông ch cho phép th c hi n các phép tính c ng và tr . Sau 30 năm, vào năm 1672 m t nhà bác h c khác, Gotfrid Vilgelm Leibnits ñã ch t o ra máy tính v i 4 phép tính cơ b n (+ - * /) s d ng 12 bánh quay. T khi còn là sinh viên cho ñ n h t cu c ñ i, ông ñã nghiên c u các tính ch t c a h nh phân và là ngư i ñã ñưa ra các nguyên lý cũng như khái ni m cơ b n nh t cho h nh 3
  5. Chương I: Gi i thi u phân ñư c dùng ngày nay trong máy tính ñi n t . Năm 1834 giáo sư toán h c trư ng ðH Cambridge (Anh), Charles Babbage (ngư i phát minh ra ñ ng h công tơ mét) ñã thi t k ra máy tính v i ch 2 phép tính + và – nhưng có m t c u trúc ñáng ñ ý th i b y gi – máy tính có 4 b ph n: - b nh , - b tính toán, - thi t b nh p ñ ñ c các phi u ñ c l , - thi t b xu t ñ khoan l lên các t m ñ ng. Chính ý tư ng c a ông là ti n ñ cho các máy tính hi n ñ i sau này. ð máy tính ho t ñ ng nó c n ph i có chương trình, và ông ñã thuê cô Ada làm chương trình cho máy tính này. Cô Ada chính là l p trình viên ñ u tiên và ñ tư ng nh t i cô ta sau này Ada ñư c ñ t tên cho 1 ngôn ng l p trình. Tuy nhiên máy tính ñã không ho t ñ ng ñư c vì ñòi h i quá ph c t p và th i b y gi con ngư i và k thu t chưa cho phép. Năm 1936 К. Zus (ngư i ð c) ñã thi t k m t vài máy ñ m t ñ ng trên cơ s rơle (relay). Tuy nhiên ông không bi t gì v máy tính c a Babbage và máy tính c a ông ñã b phá h y trong m t tr n bom vào Berlin khi chi n tranh th gi i l n th 2 - 1944. Vì v y nh ng phát minh c a ông ta ñã không nh hư ng ñ n s phát tri n c a k thu t máy tính sau này. Năm 1944 G. Iken (thu c ðH Havard M ) ñã ñ c v công trình c a Babbage và ông ñã cho ra ñ i Mark I sau ñó là Mark II. Máy Mark I ra ñ i v i m c ñích chính là ph c v chi n tranh. Nó n ng 5 t n, cao 2.4 m, dài 15 m, ch a 800 km dây ñi n. Tuy nhiên vào th i ñi m ñó máy tính relay ñã qua th i và ñã b t ñ u k nguyên c a máy tính ñi n t . 1.1.2. Th h I – bóng ñèn ñi n (1945-1955) Chi n tranh th gi i th 2 b t ñ u và vào ñ u th i kỳ chi n tranh tàu ng m c a ð c ñã phá h y nhi u tàu c a Anh, nh nh ng 4
  6. Chương I: Gi i thi u tín hi u mã hóa ñư c chuy n ñi b i thi t b ENIGMA mà quân ñ i Anh ñã không th gi i mã ñư c. ð gi i mã ñòi h i m t s lư ng tính toán r t l n và m t nhi u th i gian, trong khi chi n tranh thì không cho phép ch ñ i. Vì v y chính ph Anh ñã cho thành l p m t phòng thí nghi m bí m t nh m ch t o ra m t máy tính ñi n ph c v cho vi c gi i mã nh ng thông tin này. Năm 1943 máy tính COLOSSUS ra ñ i v i 2000 ñèn chân không và ñư c gi bí m t su t 30 năm và nó ñã không th tr thành cơ s cho s phát tri n c a máy tính. M t trong nh ng ngư i sáng l p ra COLOSSUS là nhà toán h c n i ti ng Alain Turing. Trong hình 1.1 là b c chân dung c a Alain Turing và m t bóng ñèn chân không. Bóng ñèn chân không Hình 1.1. Alain Turing v i bóng ñèn chân không Chi n tranh th gi i ñã có nh hư ng l n ñ n phát tri n k thu t máy tính M . Quân ñ i M c n các b ng tính toán cho pháo binh và hàng trăm ph n ñã ñư c thuê cho vi c tính toán này trên các máy tính tay (ngư i ta cho r ng ph n trong tính toán c n th n hơn nam gi i). Tuy nhiên quá trình tính toán này v n ñòi h i th i gian khá lâu và nh m ñáp ng yêu c u c a BRL (Ballistics Research Laboratory – Phòng nghiên c u ñ n ñ o quân ñ i M ) trong vi c tính toán chính xác và nhanh chóng các b ng s li u ñ n ñ o cho t ng lo i vũ khí m i, d án ch t o máy ENIAC ñã ñư c b t ñ u vào năm 1943. 5
  7. Chương I: Gi i thi u Máy ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), do John Mauchly và John Presper Eckert (ñ i h c Pensylvania, M ) thi t k và ch t o, là chi c máy s hoá ñi n t ña năng ñ u tiên trên th gi i (hình 1.2). S li u k thu t: ENIAC là m t chi c máy kh ng l v i hơn 18000 bóng ñèn chân không, n ng hơn 30 t n, tiêu th m t lư ng ñi n năng vào kho ng 140kW và chi m m t di n tích x p x 1393 m2. M c dù v y, nó làm vi c nhanh hơn nhi u so v i các lo i máy tính ñi n cơ cùng th i v i kh năng th c hi n 5000 phép c ng trong m t giây ñ ng h . Hình 1.2. Máy tính ENIAC ði m khác bi t gi a ENIAC & các máy tính khác: ENIAC s d ng h ñ m th p phân ch không ph i nh phân như t t c các máy tính khác. V i ENIAC, các con s ñư c bi u di n dư i d ng th p phân và vi c tính 6
  8. Chương I: Gi i thi u toán cũng ñư c th c hi n trên h th p phân. B nh c a máy g m 20 "b tích lũy", m i b có kh năng lưu gi m t s th p phân có 10 ch s . M i ch s ñư c th hi n b ng m t vòng g m 10 ñèn chân không, trong ñó t i m i th i ñi m, ch có m t ñèn tr ng thái b t ñ th hi n m t trong mư i ch s t 0 ñ n 9 c a h th p phân. Vi c l p trình trên ENIAC là m t công vi c v t v vì ph i th c hi n n i dây b ng tay qua vi c ñóng/m các công t c cũng như c m vào ho c rút ra các dây cáp ñi n. Ho t ñ ng th c t : Máy ENIAC b t ñ u ho t ñ ng vào tháng 11/1945 v i nhi m v ñ u tiên không ph i là tính toán ñ n ñ o (vì chi n tranh th gi i l n th hai ñã k t thúc) mà ñ th c hi n các tính toán ph c t p dùng trong vi c xác ñ nh tính kh thi c a bom H. Vi c có th s d ng máy vào m c ñích khác v i m c ñích ch t o ban ñ u cho th y tính ña năng c a ENIAC. Máy ti p t c ho t ñ ng dư i s qu n lý c a BRL cho ñ n khi ñư c tháo r i ra vào năm 1955. V i s ra ñ i và thành công c a máy ENIAC, năm 1946 ñư c xem như năm m ñ u cho k nguyên máy tính ñi n t , k t thúc s n l c nghiên c u c a các nhà khoa h c ñã kéo dài trong nhi u năm li n trư c ñó Máy tính Von Neumann Như ñã ñ c p trên, vi c l p trình trên máy ENIAC là m t công vi c r t t nh t và t n kém nhi u th i gian. Công vi c này có l s ñơn gi n hơn n u chương trình có th ñư c bi u di n dư i d ng thích h p cho vi c lưu tr trong b nh cùng v i d li u c n x lý. Khi ñó máy tính ch c n l y ch th b ng cách ñ c t b nh , ngoài ra chương trình có th ñư c thi t l p hay thay ñ i thông qua s ch nh s a các giá tr lưu trong m t ph n nào ñó c a b nh . Ý tư ng này, ñư c bi t ñ n v i tên g i "khái ni m chương trình ñư c lưu tr ", do nhà toán h c John von Neumann (Hình 7
  9. Chương I: Gi i thi u 1.3), m t c v n c a d án ENIAC, ñưa ra ngày 8/11/1945, trong m t b n ñ xu t v m t lo i máy tính m i có tên g i EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer – do Ekert và Moyshly ñã b t ñ u làm r i ng ng l i ñi thành l p công ty, sau này là Unisys Corporation). Máy tính này cho phép nhi u thu t toán khác nhau có th ñư c ti n hành trong máy tính mà không c n ph i n i dây l i như máy ENIAC. John von Neumann Hình 1.3. Von Neumann v i máy tính EDVAC Máy IAS Ti p t c v i ý tư ng c a mình, vào năm 1946, von Neuman cùng các ñ ng nghi p b t tay vào thi t k m t máy tính m i có chương trình ñư c lưu tr v i tên g i IAS (Institute for Advanced Studies) t i h c vi n nghiên c u cao c p Princeton, M . M c dù mãi ñ n năm 1952 máy IAS m i ñư c hoàn t t, nó v n là mô hình cho t t c các máy tính ña năng sau này. C u trúc t ng quát c a máy IAS, như ñư c minh h a trên hình 1.4, g m có: 8
  10. Chương I: Gi i thi u M t b nh chính ñ lưu tr d li u và chương trình. M t ñơn v s h c – lu n lý (ALU – Arithmetic and Logic Unit) có kh năng thao tác trên d li u nh phân. M t ñơn v ñi u khi n có nhi m v thông d ch các ch th trong b nh và làm cho chúng ñư c th c thi. Thi t b nh p/xu t ñư c v n hành b i ñơn v ñi u khi n. H u h t các máy tính hi n nay ñ u có chung c u trúc và ch c năng t ng quát như trên. Do v y chúng còn có tên g i chung là các máy von Neumann. Hình 1.4. C u trúc c a máy IAS 1.1.3. Th h II – transistor (1955-1965) S thay ñ i ñ u tiên trong lĩnh v c máy tính ñi n t xu t hi n khi có s thay th ñèn chân không b ng ñèn bán d n. ðèn bán d n nh hơn, r hơn, t a nhi t ít hơn trong khi v n có th ñư c s d ng theo cùng cách th c c a ñèn chân không ñ t o nên máy tính. Không như ñèn chân không v n ñòi h i ph i có dây, có b ng kim lo i, có bao th y tinh và chân không, ñèn bán d n là m t thi t b tr ng thái r n ñư c ch t o t silicon có nhi u trong cát trong t nhiên. ðèn bán d n là phát minh l n c a phòng thí nghi m Bell Labs trong năm 1947 b i Bardeen, Brattain và Shockley. Nó ñã t o ra m t cu c cách m ng ñi n t trong nh ng năm 50 c a th k 9
  11. Chương I: Gi i thi u 20. Dù v y, mãi ñ n cu i nh ng năm 50, các máy tính bán d n hóa hoàn toàn m i b t ñ u xu t hi n trên th trư ng máy tính. Vi c s d ng ñèn bán d n trong ch t o máy tính ñã xác ñ nh th h máy tính th hai, v i ñ i di n tiêu bi u là máy PDP-1 c a công ty DEC (Digital Equipment Corporation) và IBM 7094 c a IBM. DEC ñư c thành l p vào năm 1957 và sau ñó 4 năm cho ra ñ i s n ph m ñ u tiên c a mình là máy PDP-1 như ñã ñ c p trên. ðây là chi c máy m ñ u cho dòng máy tính mini c a DEC, v n r t ph bi n trong các máy tính th h th ba. Các máy IBM-709,7090,7094 có chu kỳ th i gian là 2 microsecond, b nh 32 K word 16 bit. Hình 1.5 mô t m t c u hình v i nhi u thi t b ngo i vi c a máy IBM 7094. Hình 1.5 M t c u trúc máy IBM 7094 10
  12. Chương I: Gi i thi u ñây có nhi u ñi m khác bi t so v i máy IAS mà chúng ta c n lưu ý. ði m quan tr ng nh t trong s ñó là vi c s d ng các kênh d li u. M t kênh d li u là m t module nh p/xu t ñ c l p có b x lý và t p l nh riêng. Trên m t h th ng máy tính v i các thi t b như th , CPU s không th c thi các ch th nh p/xu t chi ti t. Nh ng ch th ñó ñư c lưu trong b nh chính và ñư c th c thi b i m t b x lý chuyên d ng trong chính kênh d li u. CPU ch kh i ñ ng m t s ki n truy n nh p/xu t b ng cách g i tín hi u ñi u khi n ñ n kênh d li u, ra l nh cho nó th c thi m t dãy các ch th trong máy tính. Kênh d li u th c hi n nhi m v c a nó ñ c l p v i CPU và ch c n g i tín hi u báo cho CPU khi thao tác ñã hoàn t t. Cách s p x p này làm gi m nh công vi c cho CPU r t nhi u. M t ñ c trưng khác n a là b ña công, ñi m k t thúc trung tâm cho các kênh d li u, CPU và b nh . B ña công l p l ch các truy c p ñ n b nh t CPU và các kênh d li u, cho phép nh ng thi t b này ho t ñ ng ñ c l p v i nhau. Máy PDP-1 Máy PDP-1 có g n 4 K word, 1 (word=18 bit) và th i gian cho 1 chu kỳ là 5 microsecond. Thông s này l n hơn g n g p 2 l n so v i máy cùng dòng v i nó IBM-709, nhưng PDP-1 là máy tính nh g n nhanh nh t th i b y gi và có giá bán 120000$, còn IBM- 7090- có giá bán t i 1 tri u USD. Máy PDP-1 v i màn hình kính c 512 ñi m ñư c cho ñ n ðH công ngh Massachuset và t ñây các sinh viên ñã vi t trò chơi máy tính ñ u tiên – chò trơi chi n tranh gi a các vì sao . Sau m t vài năm DEC cho ra ñ i m t hi n tư ng khác trong ngành công nghi p máy tính. ðó là máy PDP-8, máy tính 12 bít. Vào lúc m t máy tính c trung cũng ñòi h i m t phòng có ñi u hòa không khí, máy PDP-8 ñ nh ñ có th ñ t trên m t chi c gh dài v n thư ng g p trong phòng thí nghi m ho c ñ k t h p vào trong các thi t b khác. Nó có th th c hi n m i công vi c c a m t máy 11
  13. Chương I: Gi i thi u tính l n v i giá ch có 16000 ñô la M , so v i s ti n lên ñ n hàng trăm ngàn ñô la ñ mua ñư c m t chi c máy System/360 c a IBM. Tương ph n v i ki n trúc chuy n trung tâm ñư c IBM s d ng cho các h th ng 709, các ki u sau này c a máy PDP-8 ñã s d ng m t c u trúc r t ph d ng hi n nay cho các máy mini và vi tính: c u trúc ñư ng truy n. Hình 1.6 minh h a c u trúc này. ðư ng truy n PDP-8, ñư c g i là Omnibus, g m 96 ñư ng tín hi u riêng bi t, ñư c s d ng ñ mang chuy n tín hi u ñi u khi n, ñ a ch và d li u. Do t t c các thành ph n h th ng ñ u dùng chung m t t p h p các ñư ng tín hi u, vi c s d ng chúng ph i ñư c CPU ñi u khi n. Ki n trúc này có ñ linh ho t cao, cho phép các module ñư c g n vào ñư ng truy n ñ t o ra r t nhi u c u hình khác nhau. C u trúc ki u này c a DEC ñã ñư c s d ng trong t t c các máy tính ngày nay. DEC ñã bán ñư c 50000 chi c PDP-8 và tr thành nhà cung c p máy tính mini ñ ng ñ u th gi i lúc b y gi . Hình 1.6 C u trúc ñư ng truy n PDP-8 M t máy tính cũng ñáng chú ý n a trong giai ño n này là vào năm 1964, khi công ty CDC (Control Data Corporation) cho ra ñ i máy tính 6600. Máy này có t c ñ cao hơn g p nhi u l n IBM- 7094 và ñi m ñ c bi t c a máy tính này là s lý song song mà sau này trong các siêu máy tính hay s d ng. 12
  14. Chương I: Gi i thi u 1.1.4. Th h III – m ch tích h p (1965-1980) M t ñèn bán d n ñơn l thư ng ñư c g i là m t thành ph n r i r c. Trong su t nh ng năm 50 và ñ u nh ng năm 60 c a th k 20, các thi t b ñi n t ph n l n ñư c k t h p t nh ng thành ph n r i r c – ñèn bán d n, ñi n tr , t ñi n, v.v... Các thành ph n r i r c ñư c s n xu t riêng bi t, ñóng gói trong các b ch a riêng, sau ñó ñư c dùng ñ n i l i v i nhau trên nh ng b ng m ch. Các b ng này l i ñư c g n vào trong máy tính, máy ki m tra dao ñ ng, và các thi t b ñi n t khác n a. B t c khi nào m t thi t b ñi n t c n ñ n m t ñèn bán d n, m t ng kim lo i nh ch a m t m u silicon s ph i ñư c hàn vào m t b ng m ch. Toàn b quá trình s n xu t, ñi t ñèn bán d n ñ n b ng m ch, là m t quá trình t n kém và không hi u qu . Các máy tính th h th hai ban ñ u ch a kho ng 10000 ñèn bán d n. Con s này sau ñó ñã tăng lên nhanh chóng ñ n hàng trăm ngàn, làm cho vi c s n xu t các máy m nh hơn, m i hơn g p r t nhi u khó khăn. ð gi i quy t nh ng v n ñ khó khăn này, năm 1958 Jack Kilby và Robert Noyce ñã cho ra ñ i m t công ngh m i, công ngh m ch tích h p (Integrated circuit - IC hay vi m ch - CHIP). S phát minh ra m ch tích h p vào năm 1958 ñã cách m ng hóa ñi n t và b t ñ u cho k nguyên vi ñi n t v i nhi u thành t u r c r . M ch tích h p chính là y u t xác ñ nh th h th ba c a máy tính. V i công ngh này nhi u transitor ñư c cho vào trong m t chip nh . ð i v i nhà s n xu t máy tính, vi c s d ng nhi u IC ñư c ñóng gói mang l i nhi u ñi m có ích như sau: - Giá chip g n như không thay ñ i trong quá trình phát tri n nhanh chóng v m t ñ c a các thành ph n trên 13
  15. Chương I: Gi i thi u chip. ði u này có nghĩa là giá c cho các m ch nh và lu n lý gi m m t cách ñáng k . - Vì nh ng thành ph n lu n lý và ô nh ñư c ñ t g n nhau hơn trên các chip nên kho ng cách gi a các nguyên t ng n hơn d n ñ n vi c gia tăng t c ñ chung cho toàn b . - Máy tính s tr nên nh hơn, ti n l i hơn ñ b trí vào các lo i môi trư ng khác nhau. - Có s gi m thi u trong nh ng yêu c u v b ngu n và thi t b làm mát h th ng. - S liên k t trên m ch tích h p ñáng tin c y hơn trên các n i k t hàn. V i nhi u m ch trên m i chip, s có ít s n i k t liên chip hơn. Máy IBM System/360 Máy IBM System/360 ñư c IBM ñưa ra vào năm 1964 là h máy tính công nghi p ñ u tiên ñư c s n xu t m t cách có k ho ch. Khái ni m h máy tính bao g m các máy tính tương thích nhau là m t khái ni m m i và h t s c thành công. ðó là chu i các máy tính v i cùng m t ngôn ng Assembler. Chương trình vi t cho máy này có th ñư c dùng cho máy khác mà không ph i vi t l i, ñây chính là ưu ñi m n i b t c a nó. Ý tư ng thành l p h máy tính tr thành r t ph bi n trong r t nhi u năm sau ñó. Trong b ng 1.1 cho ta th y nh ng thông s chính c a m t trong nh ng ñ i ñ u tiên c a h IBM-360. H máy IBM System/360 không nh ng ñã quy t ñ nh tương lai v sau c a IBM mà còn có m t nh hư ng sâu s c ñ n toàn b ngành công nghi p máy tính. Nhi u ñ c trưng c a h máy này ñã tr thành tiêu chu n cho các máy tính l n khác. 14
  16. Chương I: Gi i thi u Thông s Model Model Model 50 Model 30 40 60 T c ñ so sánh 1 3.5 10 21 gi a chúng Th i gian 1 chu kỳ, 1000 625 500 250 nano giây Dung lư ng b nh 64 256 256 512 t i ña, Kbyte S byte l y t b 1 2 4 16 nh m i chu kỳ S kênh d li u t i 3 3 4 6 ña B ng 1.1. Các thông s h IBM - 360 M t s c t m c ñáng chú ý n a trong giai ño n này là: 1975 máy tính cá nhân ñ u tiên (Portable computer) IBM 5100 (hình 1.7) ra ñ i, tuy nhiên máy tính này ñã không g t hái ñư c thành công nào. Nh ng thông s chính c a nó như sau: - B nh dùng băng t - N ng 23 Kg - Có giá 10000$ - Kh năng l p trình trên Basic - Màn hình 16 dòng, 64 ký t - B nh
  17. Chương I: Gi i thi u Hình 1.7. Máy tính IBM 5100 1.1.5. Th h IV – máy tính cá nhân (1980-ñ n nay) S xu t hi n c a m ch tích h p t l cao Very Large Scale Integrated (VLSI) circuit vào nh ng năm 80 cho phép ghép hàng tri u transistor trên m t b n m ch. ði u ñó d n ñ n kh năng thi t k nh ng máy tính c nh , nhưng v i t c ñ cao. Trong ph n ti p theo, hai thành t u tiêu bi u v công ngh c a máy tính th h th tư s ñư c gi i thi u m t cách tóm lư c. B nh bán d n Vào kho ng nh ng năm 50 ñ n 60 c a th k này, h u h t b nh máy tính ñ u ñư c ch t o t nh ng vòng nh làm b ng v t li u s t t , m i vòng có ñư ng kính kho ng 1/16 inch. Các vòng này ñư c treo trên các lư i trên nh ng màn nh bên trong máy tính. Khi ñư c t hóa theo m t chi u, m t vòng (g i là m t lõi) bi u th giá tr 1, còn khi ñư c t hóa theo chi u ngư c l i, lõi s ñ i di n cho giá tr 0. B nh lõi t ki u này làm vi c khá nhanh. Nó ch c n m t ph n tri u giây ñ ñ c m t bit lưu trong b nh . Nhưng nó r t ñ t ti n, c ng k nh, và s d ng cơ ch ho t ñ ng lo i tr : m t thao tác ñơn gi n như ñ c m t lõi s xóa d li u lưu trong lõi ñó. Do v y c n ph i cài ñ t các m ch ph c h i d li u ngay khi nó ñư c l y ra ngoài. 16
  18. Chương I: Gi i thi u Năm 1970, Fairchild ch t o ra b nh bán d n có dung lư ng tương ñ i ñ u tiên. Chip này có kích thư c b ng m t lõi ñơn, có th lưu 256 bit nh , ho t ñ ng không theo cơ ch lo i tr và nhanh hơn b nh lõi t . Nó ch c n 70 ph n t giây ñ ñ c ra m t bit d li u trong b nh . Tuy nhiên giá thành cho m i bit cao hơn so v i lõi t . K t năm 1970, b nh bán d n ñã ñi qua 11 th h : 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M và gi ñây là 1G bit trên m t chip ñơn (1K = 210, 1M = 220). M i th h cung c p kh năng lưu tr nhi u g p b n l n so v i th h trư c, cùng v i s gi m thi u giá thành trên m i bit và th i gian truy c p. B vi x lý Vào năm 1971, hãng Intel cho ra ñ i chip 4004, chip ñ u tiên có ch a t t c m i thành ph n c a m t CPU trên m t chip ñơn. K nguyên b vi x lý ñã ñư c khai sinh t ñó. Chip 4004 có th c ng hai s 4 bit và nhân b ng cách l p l i phép c ng. Theo tiêu chu n ngày nay, chip 4004 rõ ràng quá ñơn gi n, nhưng nó ñã ñánh d u s b t ñ u c a m t quá trình ti n hóa liên t c v dung lư ng và s c m nh c a các b vi x lý. Bư c chuy n bi n k ti p trong quá trình ti n hóa nói trên là s gi i thi u chip Intel 8008 vào năm 1972. ðây là b vi x lý 8 bit ñ u tiên và có ñ ph c t p g p ñôi chip 4004. ð n năm 1974, Intel ñưa ra chip 8080, b vi x lý ña d ng ñ u tiên ñư c thi t k ñ tr thành CPU c a m t máy vi tính ña d ng. So v i chip 8008, chip 8080 nhanh hơn, có t p ch th phong phú hơn và có kh năng ñ nh ñ a ch l n hơn. Cũng trong cùng th i gian ñó, các b vi x lý 16 bit ñã b t ñ u ñư c phát tri n. M c dù v y, mãi ñ n cu i nh ng năm 70, các b vi x lý 16 bit ña d ng m i xu t hi n trên th trư ng. Sau ñó ñ n năm 1981, c Bell Lab và Hewlett-packard ñ u ñã phát tri n các b 17
  19. Chương I: Gi i thi u vi x lý ñơn chip 32 bit. Trong khi ñó, Intel gi i thi u b vi x lý 32 bit c a riêng mình là chip 80386 vào năm 1985. ði m ñáng lưu ý nh t trong giai ño n này là vào năm 1981 ra ñ i máy IBM PC trên cơ s CPU Intel 8088 và dùng h ñi u hành MS-DOS c a Microsoft (hình 1.8). Hình 1.8. Máy tính IBM PC ñ u tiên 1.2. Khuynh hư ng hi n t i Vi c chuy n t th h th tư sang th h th 5 còn chưa rõ ràng. Ngư i Nh t ñã và ñang ñi tiên phong trong các chương trình nghiên c u ñ cho ra ñ i th h th 5 c a máy tính, th h c a nh ng máy tính thông minh, d a trên các ngôn ng trí tu nhân t o như LISP và PROLOG,... và nh ng giao di n ngư i - máy thông minh. ð n th i ñi m này, các nghiên c u ñã cho ra các s n ph m bư c ñ u và g n ñây nh t (2004) là s ra m t s n ph m ngư i máy thông minh g n gi ng v i con ngư i nh t: ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility: Bư c chân tiên ti n c a ñ i m i và chuy n ñ ng). V i hàng trăm nghìn máy móc ñi n t t i tân ñ t trong cơ th , ASIMO có th lên/xu ng c u thang m t cách uy n chuy n, 18
  20. Chương I: Gi i thi u nh n di n ngư i, các c ch hành ñ ng, gi ng nói và ñáp ng m t s m nh l nh c a con ngư i. Th m chí, nó có th b t chư c c ñ ng, g i tên ngư i và cung c p thông tin ngay sau khi b n h i, r t g n gũi và thân thi n. Hi n nay có nhi u công ty, vi n nghiên c u c a Nh t thuê Asimo ti p khách và hư ng d n khách tham quan như: Vi n B o tàng Khoa h c năng lư ng và ð i m i qu c gia, hãng IBM Nh t B n, Công ty ñi n l c Tokyo. Hãng Honda b t ñ u nghiên c u ASIMO t năm 1986 d a vào nguyên lý chuy n ñ ng b ng hai chân. Cho t i nay, hãng ñã ch t o ñư c 50 robot ASIMO. Các ti n b liên t c v m t ñ tích h p trong VLSI ñã cho phép th c hi n các m ch vi x lý ngày càng m nh (8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit v i vi c xu t hi n các b x lý RISC năm 1986 và các b x lý siêu vô hư ng năm 1990). Chính các b x lý này giúp th c hi n các máy tính song song v i t vài b x lý ñ n vài ngàn b x lý. ði u này làm các chuyên gia v ki n trúc máy tính tiên ñoán th h th 5 là th h các máy tính x lý song song. ðó là vi c c a tương lai xa, còn hi n t i thì các công ty s n xu t máy tính ñang ñ nh hư ng phát tri n các máy tính v i nhi u b x lý nh m gi i quy t các bài toán song song ñ tăng cư ng t c ñ x lý chung c a máy tính. Thành qu c a vi c này là hàng lo t các b x lý ña lõi ñã ra ñ i và các siêu máy tính v i t c ñ không tư ng ñã cũng ñã ñư c các công ty ñua nhau gi i thi u. M t s c t m c ñáng chú ý trong quá trình chuy n sang CPU ña lõi như sau: – 1999 – CPU 2 lõi kép ñ u tiên ra ñ i (IBM Power4 cho máy ch ) – 2001 – b t ñ u bán ra th trư ng Power4 – 2002 – AMD và Intel cùng thông báo v vi c thành l p CPU ña lõi c a mình. – 2004 – CPU lõi kép c a Sun ra ñ i UltraSPARS IV – 2005 – Power5 19
Đồng bộ tài khoản