1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
SCMT-TC-MH12-KTMT
2
LỜI GIỚI THIỆU
Chìa khóa để hướng tới một xã hội thông tin là phát triển công nghệ thông tin
(CNTT), tuy nhiên để phát triển CNTT lâu dài và bền vững, không phải chỉ đào tạo
những kiến thức mới nhất, mà trong nội dung đào tạo cũng phải trang bị sinh viên
những kiến thức nền tảng, trên cơ sở đó tạo cho sinh viên phát huy tính sáng tạo, chủ
động trong việc tiếp thu nghiên cứu, ứng dụng CNTT. Do đó, trong các trường đào
tạo, sinh viên phải được trang bị các kiến thức nền tảng về CNTT và trong đó thể
thiếu là môn học Kiến trúc máy tính.
Giáo trình cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về Kiến trúc
máy tính, về tổ chức và hoạt động bộ vi xử lý, các thành phần phần trong hệ thống
máy tính và các biện pháp kĩ thuật cơ bản. Giáo trình bao gồm 7 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Kiến trúc phần mềm bộ xử lý
Chương 3: Tổ chức bộ xử lý
Chương 4: Bộ nhớ
Chương 5: Thiết bị nhập xuất
Chương 6: Ngôn ngữ Assembly
Trong mỗi chương đều có giới thiệu mục tiêu, nội dung và các câu hỏi bài tập.
Giáo trình có thể xem là nguồn tài liệu cung cấp thông tin cho các giáo viên giảng dạy,
đồng thời cũng là tài liệu học tập cho sinh viên.
Vì thời gian có hạn và đây cũng là lần đầu tiên giáo trình được soạn thảo nên
không thể tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc.
Cần Thơ, ngày 20 tháng 3 năm 2018
Tham gia biên soạn
1. Châu Mũi Khéo
3
MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ........................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 3
MÔN HỌC: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ...................................................................... 5
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN .......................................................................................... 7
1. Các thế hệ máy tính................................................................................................ 7
1.1 Thế hệ đầu tiên (1946-1957) .................................................................................. 7
1.2 Thế hệ thứ hai (1958-1964) ................................................................................... 8
1.3 Thế hệ thứ ba (1965-1971) .................................................................................... 8
1.4 Thế hệ thứ tư (1972) .............................................................................................. 8
1.5 Khuynh hướng hiện tại ........................................................................................... 8
2. Phân loại máy tính ................................................................................................. 9
2.1 Các siêu máy tính (Super Computer): ................................................................... 9
2.2 Các máy tính lớn (Mainframe): ............................................................................. 9
2.3 Máy tính mini (Minicomputer): ............................................................................. 9
2.4 Máy vi tính (Microcomputer) ................................................................................. 9
3. Thành quả của máy tính, qui luật Moore về sự phát triển của máy tính ....... 10
4. Thông tin và sự mã hóa thông tin ....................................................................... 12
4.1 Khái niệm thông tin .............................................................................................. 12
4.2 Lượng thông tin và sự mã hoá thông tin .............................................................. 12
4.3 Hệ thống số ......................................................................................................... 13
4.4 Biểu diễn thông tin ............................................................................................... 15
4.4.1. Số nguyên có dấu ............................................................................................. 15
4.5 Cách biểu diễn số thập phân................................................................................ 17
Biểu diễn các ký tự ..................................................................................................... 18
Chương 2: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM CỦA BỘ XỬ LÝ ....................................... 21
1. Các thành phần cơ bản của máy tính ................................................................. 21
1.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) .................................................................................... 21
1.2 Bo mạch chủ (Mainboard) ................................................................................... 22
1.3 Bộ nhớ trong ........................................................................................................ 24
1.4 Thiết bị lưu trữ ..................................................................................................... 24
1.5 Thiết bị nhập xuất ................................................................................................ 25
2. Định nghĩa kiến trúc máy tính ............................................................................ 25
3. Tập lệnh .............................................................................................................. 26
3.1 Tập các thanh ghi (của bộ vi xử lý 8086) ............................................................ 26
4. Kiến trúc RISC ..................................................................................................... 29
4.1 Giới thiệu ............................................................................................................. 29
4.2 Các kiểu định vị trong các bộ xử lý ..................................................................... 31
5. Toán hạng ............................................................................................................. 32
Chương 3: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ............................................................................. 34
1. Đường đi của dữ liệu ............................................................................................ 34
2. Bộ điều khiển ........................................................................................................ 36
2.1 Bộ điều khiển mạch điện tử. ................................................................................. 36
2.2 Bộ điều khiển vi chương trình: ............................................................................ 37
3. Diễn tiến thi hành lệnh mã máy .......................................................................... 37
4. Ngắt (INTERRUPT) ........................................................................................... 39
5. Kỹ thuật ống dẫn (PIPELINE) ............................................................................... 39
4
5.1 Ống dẫn ................................................................................................................ 39
5.2 Khó khăn trong kỹ thuật ống dẫn ........................................................................ 40
6. Siêu ống dẫn, Ống dẫn, siêu vô hướng ............................................................... 42
Chương 4: BỘ NHỚ .................................................................................................... 44
1. Các loại bộ nhớ ..................................................................................................... 44
1.1 Bộ nhớ trong ........................................................................................................ 44
2. Các cấp bộ nhớ ..................................................................................................... 49
3. Truy cập dữ liệu trong bộ nhớ ............................................................................ 50
3.1 Truy nhập bộ nhớ và thiết bị vào/ ra ................................................................... 51
3.2 Truy nhập bộ nhớ chính ....................................................................................... 51
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 4 ....................................................... 57
Chương 5:THIẾT BỊ NHẬP XUẤT .......................................................................... 58
1. Đĩa từ ..................................................................................................................... 58
2. Đĩa quang .............................................................................................................. 60
3. Các loại thẻ nhớ .................................................................................................... 61
4. Băng từ .................................................................................................................. 62
5. Các chuẩn về BUS ............................................................................................... 62
6. An toàn dữ liệu trong lưu trữ .............................................................................. 64
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5 ....................................................... 67
Chương 6: NGÔN NGỮ ASSEMBLY ....................................................................... 68
1. Tổng quan ............................................................................................................. 68
1.1 Cấu trúc chung của một chương trình ................................................................. 68
1.2 Biến và khai báo biến ........................................................................................... 73
1.3 Các chế độ địa chỉ ............................................................................................... 75
2. Các Lệnh cơ bản ................................................................................................... 77
2.1 Các lệnh tính toán ................................................................................................ 77
2.2 Lệnh nhập và xuất. ............................................................................................... 78
3. Các lệnh điều khiển .............................................................................................. 78
3.1 Các lệnh điều kiện, lặp ........................................................................................ 78
3.2.Lệnh chuyển hướng chương trình ........................................................................ 85
4. Ngăn xếp và thủ tục.............................................................................................. 88
4.1 Ngăn xếp (stack) .................................................................................................. 88
4.2 Chương trình con ................................................................................................. 89
4.3 Truyền tham số cho chương trình con ................................................................. 90
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 6 ....................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 92
5
MÔN HỌC: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Mã số của môn học: MH 12
Thời gian thực hiện môn học: 45 giờ (Lý thuyết 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo
luận, bài tập: 28 giờ; Kiểm tra: 2 giờ)
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT MÔN HỌC:
- Vị trí:
+ Môn học được bố trí sau khi học sinh học xong các môn học chung, các môn
học cơ sở chuyên ngành đào tạo chuyên môn nghề.
- Tính chất:
+ Là môn học chuyên ngành bắt buộc.
II. MỤC TIÊU MÔN HỌC:
- Về kiến thức:
Biết về lịch sử của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại máy tính.
Hiểu các thành phần cơ bản của kiến trúc máy tính, các tập lệnh. Các kiểu kiến
trúc máy tính: mô tả kiến trúc, các kiểu định vị.
Hiểu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lý hoạt
động của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máy và
một số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng.
Hiểu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ.
Hiểu phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngoài.
- Về kỹ năng:
Lập trình được trên các tập lệnh cơ bản của Assembly.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Tự tin khi tiếp cận những công nghệ phần cứng mới.
III. NỘI DUNG MÔN HỌC:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Số
TT
Tên chương mục
Thời gian
Tổng
số
Lý
thuyết
Thực
hành
I
Tổng quan
Các thế hệ máy tính
Phân loại máy tính
Thành quả của máy tính
Thành quả của máy tính
4
1
1
1
1
0
0
0
0
0
4
1
1
1
1
II
Kiến trúc phần mềm bộ xử lý
Thành phần cơ bản của một máy tính
Định nghĩa kiến trúc máy tính
Tập lệnh
Thủ tục
Toán hạng
5
1
1
1
1
1
2
1
0
0
1
0
3
0
1
1
0
1
III
Tổ chức bộ xử lý
Đường đi dữ liệu
11
1
6
1
4
0