Kiến trúc máy tính
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH
BÀI GIẢNG HỌC PHẦN:KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Theo chương trình đào tạo 150 TC
Số tín chỉ: 03
Thái Nguyên, năm 2014
Kiến trúc máy tính
2
GIÁO ÁN HỌC PHẦN:KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Theo chương trình đào tạo 150 TC
Số tín chỉ: 03
Thái Nguyên, ngày 22 tháng 5 năm 2014
Trưởng bộ môn Trưởng khoa
(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)
Kiến trúc máy tính
3
MỤC LỤC
Bài 1:
Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 14
I. Mục đích: .................................................................................................................................. 14
Giới thiệu về các khái niệm, nguyên lý cơ bản của Kiến trúc máy tính ............................ 14
1.1 Những khái niệm và nguyên lý cơ bản ........................................................................... 14
1.2 Lịch sử phát triển của máy tính ....................................................................................... 19
1.2.1 Thế hệ số không – máy tính cơ khí. .................................................................................. 19
1.2.2 Máy tính đèn điện tử - thế hệ thứ nhất ........................................................................... 20
1.2.3 Máy tính transistor – thế hệ thứ hai ................................................................................ 21
1.2.4 Máy tính IC – thế hệ thứ ba ............................................................................................. 21
1.2.5 Máy tính cá nhân và VLSI – thế hệ thứ tư ........................................................................ 22
1.3 Phân loại máy tính ........................................................................................................... 22
1.4 Các thành phần cơ bản trong hệ thống máy tính ........................................................... 28
1.4.1 CPU ................................................................................................................................... 29
1.4.2 Bộ nhớ trong .................................................................................................................... 29
1.4.3 Bộ nhớ ngoài .................................................................................................................... 31
1.4.4 Hệ thống vào ra (Input/Output System) .......................................................................... 31
1.4.5 Hệ thống bus .................................................................................................................... 32
1.5 Mô hình phân cấp của máy tính ...................................................................................... 32
CHƯƠNG 2 BIỂU DIỄN THÔNG TIN TRONG 35
MÁY TÍNH 35
2.1 Thông tin và mã hoá thông tin ........................................................................................ 36
2.1.1 Khái niệm về thông tin ..................................................................................................... 36
2.1.2 Mã hoá dữ liệu ................................................................................................................. 36
2.2 Biểu diễn số ...................................................................................................................... 37
2.2.1 Khái niệm hệ đếm ............................................................................................................ 37
2.2.2 Chuyển đổi giữa các hệ đếm ............................................................................................ 38
2.2.3 Biểu diễn số nguyên ......................................................................................................... 39
2.3 Các phép toán số học trong hệ nhị phân ........................................................................ 40
2.3.1 Phép cộng nhị phân .......................................................................................................... 40
2.3.2 Phép trừ nhị phân ............................................................................................................ 41
2.3.3 Phép nhân nhị phân ......................................................................................................... 42
Kiến trúc máy tính
4
2.3.4 Phép chia nhị phân ........................................................................................................... 43
2.4 Biểu diễn số dấu chấm động ........................................................................................... 43
2.4.1 Biểu diễn số thực dấu phẩy tĩnh ...................................................................................... 43
2.4.2 Biểu diễn số thực dấu phảy động ..................................................................................... 44
2.5 Biểu diễn ký tự ................................................................................................................. 46
CHƯƠNG 3 MỨC LOGIC SỐ 51
3.1 Giới thiệu về cổng và đại số logic .................................................................................... 52
3.1.1 Cổng (Gate) ...................................................................................................................... 52
3.1.2 Đại số logic ....................................................................................................................... 53
3.1.3 Thực hiện các hàm logic ................................................................................................... 54
3.1.4 Sự tương đương của các mạch ........................................................................................ 55
3.2 Các mạch logic số cơ bản ................................................................................................. 56
3.2.1 Mạch tích hợp .................................................................................................................. 56
3.2.2 Mạch tổ hợp ..................................................................................................................... 57
3.2.3 Các mạch số học ............................................................................................................... 59
3.3 Tổ chức bộ nhớ ................................................................................................................ 63
3.3.1 Khái quát .......................................................................................................................... 63
3.3.2 Phần tử nhớ 1 bit ............................................................................................................. 63
3.3.3 Tổ chức bộ nhớ ................................................................................................................ 66
CHƯƠNG 4 MỨC VI CHƯƠNG TRÌNH 71
4.1 Chức năng và hoạt động của bộ xử lý ............................................................................ 72
4.1.1 Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU) .............................................................................. 72
4.1.2 Đơn vị xử lý toán học và logic ( Arithmetic and logical Unit - ALU).................................. 73
4.1.3 Thanh ghi .......................................................................................................................... 73
4.1.4 Hệ thống BUS ................................................................................................................... 74
4.2 Cách thức hoạt động của CPU ......................................................................................... 78
4.3 Vi kiến trúc ....................................................................................................................... 79
4.3.1 Đường dữ liệu .................................................................................................................. 79
4.3.2 Vi chỉ thị ............................................................................................................................ 81
4.3.3 Định thời cho vi chỉ thị ..................................................................................................... 83
4.3.4 Định trình tự cho các vi chỉ thị ......................................................................................... 85
IV. Bài tập củng cố kiến thức ....................................................................................................... 86
CHƯƠNG 5 MỨC MÁY THÔNG THƯỜNG 87
Kiến trúc máy tính
5
5.1 Khuôn dạng lệnh .............................................................................................................. 88
5.1.1 Lệnh tham chiếu bộ nhớ .................................................................................................. 88
5.1.2 Lệnh tham chiếu thanh ghi ............................................................................................... 88
5.1.3 Lệnh tham chiếu vào ra .................................................................................................... 88
5.2 Mô hình phân cấp bộ nhớ ............................................................................................... 89
5.3 Bộ nhớ đệm (Cache) ........................................................................................................ 93
5.3.1 Tổng quan và ý nghĩa của cache ....................................................................................... 93
5.3.2 Cấu trúc của bộ nhớ cache ............................................................................................... 96
5.3.3 Các phương pháp ánh xạ cache ....................................................................................... 97
5.4 Bộ nhớ trong .................................................................................................................. 101
5.4.1 Bộ nhớ ROM ................................................................................................................... 101
5.4.2 Bộ nhớ RAM ................................................................................................................... 103
CHƯƠNG 6 CẤP HỆ ĐIỀU HÀNH
110
6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành ................................................................................ 110
6.2 Bộ nhớ ảo ....................................................................................................................... 111
6.2.1 Việc phân trang – Paging ................................................................................................ 112
6.2.2 Thực hiện việc phân trang .............................................................................................. 113
Hình 6-4 Ví dụ về địa chỉ ảo .................................................................................................... 115
6.2.3 Phương pháp cấp trang khi có yêu cầu và Mô hình tập làm việc .................................. 118
6.3 Chỉ thị vào/ra ảo ............................................................................................................ 120
6.3.1 Các chỉ thị vào/ra ảo đối với các file tuần tự .................................................................. 121
6.3.2 Các chỉ thị vào/ra ảo đối với các file truy cập ngẫu nhiên.............................................. 121
6.3.3 Việc cài đặt các chỉ thị vào/ra ảo .................................................................................... 121
CHƯƠNG 7 CẤP HỢP NGỮ
123
7.1 Vi hợp ngữ ..................................................................................................................... 123
7.2 Giới thiệu về hợp ngữ ................................................................................................... 124
7.2.1 Ngôn ngữ assembly là gì ? .............................................................................................. 125
7.2.2 Khuôn dạng chỉ thị ngôn ngữ assembly ......................................................................... 126
7.2.3 So sánh ngôn ngữ assembly và các ngôn ngữ bậc cao ................................................... 129
CHƯƠNG 8 HỆ THỐNG VÀO RA
132
8.1 Tổng quan về hệ thống vào ra ....................................................................................... 132
