BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT - DU LỊCH SÀI GÒN
TÀI LIỆU
MÔN HỌC: CẤU TRÚC MÁY TÍNH
NGÀNH: QUẢN TRỊ MẠNG MÁY TÍNH
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành theo Quyết định số /QĐ-STC, ngày tháng năm 2023 của Hiệu trưởng
Trường Cao đẳng Kỹ thuật – Du lịch Sài Gòn)
Tp. Hồ Chí Minh, Năm ban hành 2023
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Đây là tài liệu biên soạn bởi Ban Chủ nhiệm xây dựng tài liệu của trường Cao
đẳng Kỹ thuật - Du lịch Sài Gòn và được lưu hành nội bộ.
Tài liệu này được áp dụng vào giảng dạy và học tập tại trường Cao đẳng Kỹ
thuật - Du lịch Sài Gòn. Các nguồn thông tin trong tài liệu này có thể được phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo tại trường.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh sẽ
bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Cấu trúc máy tính là một thuật ngữ thường được sử dụng để nói về các vấn đề liên
quan đến tổ chức và thiết kế các máy tính điện tử số. Nội dung của nghiên cứu này gắn liền
với việc thiết kế phần cứng của các hệ thống máy tính cũng như việc thiết kế đó phụ thuộc
vào các hệ thống phần mềm.
Trong kỹ thuật máy tính, cấu trúc máy tính là mô tả các khái niệm và cấu trúc hoạt
động căn bản của một hệ thống máy tính. Nó là một bản mô tả có tính chất chức năng về
các yêu cầu và những sự hoạt động cho những bộ phận khác nhau của một máy tính - tập
trung chủ yếu vào cách tổ chức bên trong hệ thống máy tính, việc CPU hoạt động nội tại
như thế nào và truy cập các địa chỉ trong bộ nhớ bằng cách nào.
Nó cũng có thể được định nghĩa như là khoa học và nghệ thuật lựa chọn và kết nối
các thành phần phần cứng để tạo thành các máy tính đáp ứng được các mục đích về tính
năng, hiệu suất và giá cả.
Cấu trúc máy tính bao gồm:
• Vi kiến trúc (Microarchitecture), còn gọi là tổ chức máy tính (Computer
organization) là một mô tả bậc thấp, cụ thể hơn về hệ thống. Mô tả này nói về các bộ phận
cấu thành của hệ thống được kết nối với nhau như thế nào và chúng hoạt động tương hỗ
như thế nào để thực hiện kiến trúc tập lệnh.
• Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất cả các thành phần phần cứng khác
bên trong một hệ thống tính toán chẳng hạn:
- Các đường kết nối hệ thống như bus (máy tính) và switch
- Các bộ điều khiển bộ nhớ (memory controller) và các cấp bộ nhớ
- Các cơ chế CPU off-load như Direct memory access (truy nhập bộ nhớ trực tiếp)
- Các vấn đề như đa xử lý (multi-processing).
Nội dung bài giảng được phân bố gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về kiến trúc máy tính
Giới thiệu lịch sử và thành quả phát triển của các loại máy tính điện tử; các khái niệm
cơ bản về thông tin, phương pháp mã hóa thông tin trong máy tính điện tử
Chương 2: Bộ xử lý
Giới thiệu tổ chức, nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý nhằm
thực hiện nhiệm vụ mà kiến trúc phần mềm đã đề ra; các kỹ thuật nâng cao hiệu quả hoạt
động của các bộ xử lý hiện đại.
Chương 3: Các cấp bộ nhớ
Giới thiệu chức năng, nguyên lý hoạt động của các loại bộ nhớ, tổ chức các cấp bộ
nhớ và các kỹ thuật nâng cao hiệu quả hoạt động của bộ nhớ trong máy tính điện tử
Chương 4: Nhập – Xuất
Giới thiệu chức năng, nhiệm vụ các thiết bị nhập xuất trong hệ thống máy tính;
nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị lưu trữ thông dụng; giới thiệu hệ thống kết nối cơ
bản giữa các bộ phận trong máy tính và cách giao tiếp giữa ngoại vi và bộ xử lý; phương
pháp lưu trữ an toàn dữ liệu trên đĩa cứng.
Mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng trong việc biên soạn tài liệu này, song không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ các
bạn đọc để bài giảng ngày càng hoàn thiện hơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày……tháng….năm 2023
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên
2. ………….
3. ………….
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ................................ 1
1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản .............................................................. 1
1.1. Nguyên tắc tổ chức ...................................................................................... 1
1.2. Ngôn ngữ máy và cấp kiến trúc máy tính ................................................... 2
2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của máy tính điện tử ........................................ 4
2.1. Lịch sử phát triển ......................................................................................... 4
2.2. Phân loại máy tính ....................................................................................... 7
2.3. Các lĩnh vực ứng dụng của máy tính ........................................................... 8
3. Các hệ thống số .................................................................................................. 9
3.1. Nguyên lý của việc viết số .......................................................................... 9
3.2. Biến đổi qua lại giữa các hệ thống số ........................................................ 11
3.3. Các phép tính trong hệ nhị phân ................................................................ 17
4. Thông tin và mã hóa thông tin ......................................................................... 19
4.1. Số nguyên có dấu....................................................................................... 20
4.2. Cách biểu diễn số với dấu chấm động ....................................................... 22
4.3. Biểu diễn các số thập phân ........................................................................ 23
4.4. Biểu diễn các ký tự .................................................................................... 24
CHƯƠNG 2 : BỘ XỬ LÝ .................................................................................... 28
1. Các thành phần cơ bản của một máy tính ........................................................ 30
2. Kiến trúc CISC, RISC ...................................................................................... 31
2.1. Bộ điều khiển vi chương trình (CISC) ...................................................... 33
2.2. Bộ điều khiển mạch điện tử ....................................................................... 34
3. Tổ chức bộ xử lý trung tâm CPU ..................................................................... 35
3.1. Đường đi dữ liệu ........................................................................................ 35
3.2. Các yếu tố tác động đến hiệu suất của CPU .............................................. 35
3.3. Nguyên lý hoạt động của CPU .................................................................. 38
3.4. Phân loại CPU ........................................................................................... 38
