intTypePromotion=1

Giáo trình Kiến trúc máy tính - TS. Vũ Đức Lung

Chia sẻ: Fgjỉ Guygh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:143

0
1.479
lượt xem
561
download

Giáo trình Kiến trúc máy tính - TS. Vũ Đức Lung

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

Giáo trình Kiến trúc máy tính trình bày các vấn đề chung nhất, các thành phần cơ bản nhất cấu thành máy tính hiện đại nhằm trang bị cho sinh viên các nội dung chủ yếu trong 8 chương: trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các nguyên lý và hoạt động chung và các tính chất cơ bản của các bộ phận chính yếu trong máy tính, cách biến đổi cơ bản của hệ thống số, nguyên lý hoạt động của các mạch, giới thiệu kiến trúc của bộ xử lý trung tâm, các cấp bộ nhớ; thiết kế và nguyên lý hoạt động của các loại bộ nhớ.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kiến trúc máy tính - TS. Vũ Đức Lung

  1. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com L I NÓI ð U ð I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH TRƯ NG ð I H C CÔNG NGH THÔNG TIN ----------o0o---------- 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 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 Giáo trình hi n ñ i nh m trang b cho sinh viên các n i dung ch y u trong 8 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 KI N TRÚC MÁY TÍNH 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. Biên so n: TS. Vũ ð c Lung 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. 2009 1
  2. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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. Chương VIII: Trình bày các c p b nh , thi t k và nguyên lý ho t ñ ng c a các lo i b nh . Phương pháp ñánh giá hi u năng c a các c p b nh . Các chi n thu t thay th kh i nh , trang nh cũng như các chi n thu t ghi vào b nh . 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
  3. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u phân ñư c dùng ngày nay trong máy tính ñi n t . Chương I: Gi i thi u 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 1.1. L ch s phát tri n c a máy tính 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: Trong quá trình phát tri n c a công ngh máy tính, con - b nh , ngư i ñã ch t o ra hàng ngàn lo i máy tính khác nhau. R t nhi u - b tính toán, trong s nh ng máy tính này ñã b quên lãng ñi, ch m t s ít còn - thi t b nh p ñ ñ c các phi u ñ c l , ñư c nh c l i cho ñ n ngày nay. ðó là các máy tính v i nh ng ý - thi t b xu t ñ khoan l lên các t m ñ ng. tư ng thi t k và nguyên lý ho t ñ ng ñ c ñáo t o nên m t t m nh Chính ý tư ng c a ông là ti n ñ cho các máy tính hi n ñ i hư ng l n ñ n các máy tính th h sau nó. ð giúp sinh viên có sau này. ñư c nh ng khái ni m cơ b n v máy tính và hi u rõ hơn b ng ð máy tính ho t ñ ng nó c n ph i có chương trình, và ông cách nào mà con ngư i ñã phát minh ra nh ng máy tính hi n ñ i, ñã thuê cô Ada làm chương trình cho máy tính này. Cô Ada chính d s d ng như ngày nay, trong ph n này s trình bày nh ng chi là l p trình viên ñ u tiên và ñ tư ng nh t i cô ta sau này Ada ti t quan tr ng v l ch s quá trình phát tri n c a máy tính. 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 Máy tính thư ng ñư c phân lo i thành các th h d a trên ngư i và k thu t chưa cho phép. n n t ng công ngh ph n c ng ñư c s d ng trong quá trình ch Năm 1936 К. Zus (ngư i ð c) ñã thi t k m t vài máy ñ m t o. L ch s phát tri n máy tính có th ñư c chia thành các th h t ñ ng trên cơ s rơle (relay). Tuy nhiên ông không bi t gì v máy máy tính sau: 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 1.1.1. Th h zero –máy tính cơ h c (1642-1945) nh ng phát minh c a ông ta ñã không nh hư ng ñ n s phát tri n M c l ch s máy tính ph i nh c ñ n ñ u tiên là khi nhà bác c a k thu t máy tính sau này. h c ngư i Pháp Blez Pascal (1626-1662) vào năm 1642 ñã phát Năm 1944 G. Iken (thu c ðH Havard M ) ñã ñ c v công minh ra máy tính toán ñ u tiên – máy tính cơ h c v i 6 bánh quay trình c a Babbage và ông ñã cho ra ñ i Mark I sau ñó là Mark II. và b d n ñ ng b ng tay. Máy c a ông ch cho phép th c hi n các Máy Mark I ra ñ i v i m c ñích chính là ph c v chi n tranh. Nó phép tính c ng và tr . n ng 5 t n, cao 2.4 m, dài 15 m, ch a 800 km dây ñi n. Tuy nhiên Sau 30 năm, vào năm 1672 m t nhà bác h c khác, Gotfrid vào th i ñi m ñó máy tính relay ñã qua th i và ñã b t ñ u k Vilgelm Leibnits ñã ch t o ra máy tính v i 4 phép tính cơ b n (+ - nguyên c a máy tính ñi n t . * /) s d ng 12 bánh quay. T khi còn là sinh viên cho ñ n h t cu c 1.1.2. Th h I – bóng ñèn ñi n (1945-1955) ñ i, ông ñã nghiên c u các tính ch t c a h nh phân và là ngư i Chi n tranh th gi i th 2 b t ñ u và vào ñ u th i kỳ chi n ñã ñưa ra các nguyên lý cũng như tranh tàu ng m c a ð c ñã phá h y nhi u tàu c a Anh, nh nh ng khái ni m cơ b n nh t cho h nh 3 4
  4. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u 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 Máy ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Anh ñã không th gi i mã ñư c. ð gi i mã ñòi h i m t s lư ng Computer), do John Mauchly và John Presper Eckert (ñ i h c tính toán r t l n và m t nhi u th i gian, trong khi chi n tranh thì Pensylvania, M ) thi t k và ch t o, là chi c máy s hoá ñi n t không cho phép ch ñ i. Vì v y chính ph Anh ñã cho thành l p ña năng ñ u tiên trên th gi i (hình 1.2). m t phòng thí nghi m bí m t nh m ch t o ra m t máy tính ñi n S li u k thu t: ENIAC là m t chi c máy kh ng l 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 v i hơn 18000 bóng ñèn chân không, n ng hơn 30 t n, su t 30 năm và nó ñã không th tr thành cơ s cho s phát tri 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 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 làm vi c nhanh hơn nhi u so v i các lo i máy tính ñi n dung c a Alain Turing và m t bóng ñèn chân không. cơ cùng th i v i kh năng th c hi n 5000 phép c ng trong m t giây ñ ng h . 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 Hình 1.2. Máy tính ENIAC Research Laboratory – Phòng nghiên c u ñ n ñ o quân ñ i M ) ði m khác bi t gi a ENIAC & các máy tính khác: trong vi c tính toán chính xác và nhanh chóng các b ng s li u ñ n ENIAC s d ng h ñ m th p phân ch không ph i nh ñ o cho t ng lo i vũ khí m i, d án ch t o máy ENIAC ñã ñư c phân như t t c các máy tính khác. V i ENIAC, các b t ñ u vào năm 1943. con s ñư c bi u di n dư i d ng th p phân và vi c tính 5 6
  5. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u toán cũng ñư c th c hi n trên h th p phân. B nh c a 1.3), m t c v n c a d án ENIAC, ñưa ra ngày 8/11/1945, trong máy g m 20 "b tích lũy", m i b có kh năng lưu gi m t b n ñ xu t v m t lo i máy tính m i có tên g i EDVAC m t s th p phân có 10 ch s . M i ch s ñư c th (Electronic Discrete Variable Computer – do Ekert và Moyshly ñã hi n b ng m t vòng g m 10 ñèn chân không, trong ñó b t ñ u làm r i ng ng l i ñi thành l p công ty, sau này là Unisys t i m i th i ñi m, ch có m t ñèn tr ng thái b t ñ th Corporation). Máy tính này cho phép nhi u thu t toán khác nhau hi n m t trong mư i ch s t 0 ñ n 9 c a h th p phân. có th ñư c ti n hành trong máy tính mà không c n ph i n i dây l i Vi c l p trình trên ENIAC là m t công vi c v t v vì như máy ENIAC nh vào khái ni m chương trình lưu tr . 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 John von Neumann kéo dài trong nhi u năm li n trư c ñó Hình 1.3. Von Neumann v i máy tính EDVAC Máy tính Von Neumann Máy IAS Như ñã ñ c p trên, vi c l p trình trên máy ENIAC là m t Ti p t c v i ý tư ng c a mình, vào năm 1946, von Neuman công vi c r t t nh t và t n kém nhi u th i gian. Công vi c này có cùng các ñ ng nghi p b t tay vào thi t k m t máy tính m i có l s ñơn gi n hơn n u chương trình có th ñư c bi u di n dư i chương trình ñư c lưu tr v i tên g i IAS (Institute for Advanced d ng thích h p cho vi c lưu tr trong b nh cùng v i d li u c n Studies) t i h c vi n nghiên c u cao c p Princeton, M . M c dù x lý. Khi ñó máy tính ch c n l y ch th b ng cách ñ c t b nh , mãi ñ n năm 1952 máy IAS m i ñư c hoàn t t, nó v n là mô hình ngoài ra chương trình có th ñư c thi t l p hay thay ñ i thông qua cho t t c các máy tính ña năng sau này. 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 C u trúc t ng quát c a máy IAS, như ñư c minh h a trên trình ñư c lưu tr ", do nhà toán h c John von Neumann (Hình hình 1.4, g m có: 7 8
  6. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u M t b nh chính ñ lưu tr d li u và chương trình. 20. Dù v y, mãi ñ n cu i nh ng năm 50, các máy tính bán d n hóa M t b logic-s h c (ALU – Arithmetic and Logic Unit) hoàn toàn m i b t ñ u xu t hi n trên th trư ng máy tính. có kh năng thao tác trên d li u nh phân. Vi c s d ng ñèn bán d n trong ch t o máy tính ñã xác M t b ñi u khi n chương trình có nhi m v thông d ch ñ nh th h máy tính th hai, v i ñ i di n tiêu bi u là máy PDP-1 các ch th trong b nh và làm cho chúng ñư c th c thi. c a công ty DEC (Digital Equipment Corporation) và IBM 7094 Thi t b nh p/xu t ñư c v n hành b i ñơn v ñi u khi n. c a IBM. DEC ñư c thành l p vào năm 1957 và sau ñó 4 năm cho H u h t các máy tính hi n nay ñ u có chung c u ra ñ i s n ph m ñ u tiên c a mình là máy PDP-1 như ñã ñ c p trúc và ch c năng t ng quát như trên. Do v y chúng còn có trên. ðây là chi c máy m ñ u cho dòng máy tính mini c a DEC, tên g i chung là các máy von Neumann. 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 B microsecond, b nh 32 K word 16 bit. Hình 1.5 mô t m t c u Logic-s h c hình v i nhi u thi t b ngo i vi c a máy IBM 7094. Thi t ALU B b nh nh p Băng t chính xu t CPU B Phi u ñ c l Kênh d li u ñi u khi n CU Máy in dòng Hình 1.4. C u trúc c a máy IAS Kênh d li u B ñ c th 1.1.3. Th h II – transistor (1955-1965) B S thay ñ i ñ u tiên trong lĩnh v c máy tính ñi n t xu t Tr ng t dn hi n khi có s thay th ñèn chân không b ng ñèn bán d n. ðèn bán kênh d n nh hơn, r hơn, t a nhi t ít hơn trong khi v n có th ñư c s Kênh d li u ðĩa 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 Hypertape 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. Memory 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 Hình 1.5 M t c u trúc máy IBM 7094 9 10
  7. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Omnibus ñây có nhi u ñi m khác bi t so v i máy IAS mà chúng ta tính l n v i giá ch có 16000 ñô la M , so v i s ti n lên c n lưu ý. ði m quan tr ng nh t trong s ñó là vi c s d ng các ñ n hàng trăm ngàn ñô la ñ mua ñư c m t chi c máy System/360 kênh d li u. M t kênh d li u là m t module nh p/xu t ñ c l p c a IBM. Tương ph n v i ki n trúc chuy n trung tâm ñư c IBM s có b x lý và t p l nh riêng. Trên m t h th ng máy tính v i các d ng cho các h th ng 709, các ki u sau này c a máy PDP-8 ñã s thi t b như th , CPU s không th c thi các ch th nh p/xu t chi d ng m t c u trúc r t ph d ng hi n nay cho các máy mini và vi ti t. Nh ng ch th ñó ñư c lưu trong b nh chính và ñư c th c thi tính: c u trúc ñư ng truy n. Hình 1.6 minh h a c u trúc này. 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 ðư ng truy n PDP-8, ñư c g i là Omnibus, g m 96 ñư ng khi n ñ n kênh d li u, ra l nh cho nó th c thi m t dãy các ch th tín hi u riêng bi t, ñư c s d ng ñ mang chuy n tín hi u ñi u trong máy tính. Kênh d li u th c hi n nhi m v c a nó ñ c l p khi n, ñ a ch và d li u. Do t t c các thành ph n h th ng ñ u v i CPU và ch c n g i tín hi u báo cho CPU khi thao tác ñã hoàn dùng chung m t t p h p các ñư ng tín hi u, vi c s d ng chúng t t. Cách s p x p này làm gi m nh công vi c cho CPU r t nhi u. 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 M t ñ c trưng khác n a là b ña công, ñi m k t thúc trung hình khác nhau. C u trúc ki u này c a DEC ñã ñư c s d ng trong tâm cho các kênh d li u, CPU và b nh . B ña công l p l ch các t t c các máy tính ngày nay. DEC ñã bán ñư c 50000 chi c PDP-8 truy c p ñ n b nh t CPU và các kênh d li u, cho phép nh ng và tr thành nhà cung c p máy tính mini ñ ng ñ u th gi i lúc b y thi t b này ho t ñ ng ñ c l p v i nhau. gi . Máy PDP-1 Máy PDP-1 có g n 4 K word, 1 (word=18 bit) và th i gian B ñi u khi n CPU B nh chính I/O I/O ••• cho 1 chu kỳ là 5 microsecond. Thông s này l n hơn g n g p 2 l n console 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 Omnibus 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 Hình 1.6 C u trúc ñư ng truy n PDP-8 tranh gi a các vì sao . M t máy tính cũng ñáng chú ý n a trong giai ño n này là Sau m t vài năm DEC cho ra ñ i m t hi n tư ng khác trong vào năm 1964, khi công ty CDC (Control Data Corporation) cho ra ngành công nghi p máy tính. ðó là máy PDP-8, máy tính 12 bít. ñ i máy tính 6600. Máy này có t c ñ cao hơn g p nhi u l n IBM- Vào lúc m t máy tính c trung cũng ñòi h i m t phòng có ñi u hòa 7094 và ñi m ñ c bi t c a máy tính này là s lý song song mà sau không khí, máy PDP-8 ñ nh ñ có th ñ t trên m t chi c gh dài này trong các siêu máy tính hay s d ng. 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 12
  8. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u chip. ði u này có nghĩa là giá c cho các m ch nh và 1.1.4. Th h III – m ch tích h p (1965-1980) 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 M t ñèn bán d n ñơn l thư ng ñư c g i là m t thành nhau hơn trên các chip nên kho ng cách gi a các ph n r i r c. Trong su t nh ng năm 50 và ñ u nh ng năm 60 c a nguyên t ng n hơn d n ñ n vi c gia tăng t c ñ chung th k 20, các thi t b ñi n t ph n l n ñư c k t h p t nh ng cho toàn b . thành ph n r i r c – ñèn bán d n, ñi n tr , t ñi n, v.v... Các thành - Máy tính s tr nên nh hơn, ti n l i hơn ñ b trí vào ph n r i r c ñư c s n xu t riêng bi t, ñóng gói trong các b ch a các lo i môi trư ng khác nhau. riêng, sau ñó ñư c dùng ñ n i l i v i nhau trên nh ng b ng m ch. - Có s gi m thi u trong nh ng yêu c u v b ngu n và Các b ng này l i ñư c g n vào trong máy tính, máy ki m tra dao thi t b làm mát h th ng. ñ ng, và các thi t b ñi n t khác n a. - 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 B t c khi nào m t thi t b ñi n t c n ñ n m t ñèn bán n i k t liên chip hơn. 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 Máy IBM System/360 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, Máy IBM System/360 ñư c IBM ñưa ra vào năm 1964 là h làm cho vi c s n xu t các máy m nh hơn, m i hơn g p r t nhi u máy tính công nghi p ñ u tiên ñư c s n xu t m t cách có k ho ch. khó khăn. ð gi i quy t nh ng v n ñ khó khăn này, năm 1958 Khái ni m h máy tính bao g m các máy tính tương thích nhau là Jack Kilby và Robert Noyce ñã cho ra ñ i m t công ngh m i, m t khái ni m m i và h t s c thành công. ðó là chu i các máy tính công ngh m ch tích h p (Integrated circuit - IC hay vi m ch - v i cùng m t ngôn ng Assembler. Chương trình vi t cho máy này CHIP). 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 S phát minh ra m ch tích h p vào năm 1958 ñã cách m ng nh ng thông s chính c a m t trong nh ng ñ i ñ u tiên c a h hóa ñi n t và b t ñ u cho k nguyên vi ñi n t v i nhi u thành t u IBM-360. 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 . 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 ð i v i nhà s n xu t máy tính, vi c s d ng nhi u IC ñư c này ñã tr thành tiêu chu n cho các máy tính l n khác. 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 14
  9. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u 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 Hình 1.7. Máy tính IBM 5100 nh m i chu kỳ 1.1.5. Th h IV – máy tính cá nhân (1980-ñ n nay) S kênh d li u t i 3 3 4 6 ña S xu t hi n c a m ch tích h p t l cao Very Large Scale B ng 1.1. Các thông s h IBM - 360 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 M t s c t m c ñáng chú ý n a trong giai ño n này là: 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 1975 máy tính cá nhân ñ u tiên (Portable computer) c a máy tính th h th tư s ñư c gi i thi u m t cách tóm lư c. 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 B nh bán d n chính c a nó như sau: Vào kho ng nh ng năm 50 ñ n 60 c a th k này, h u h t b - B nh dùng băng t nh máy tính ñ u ñư c ch t o t nh ng vòng nh làm b ng v t - N ng 23 Kg li u s t t , m i vòng có ñư ng kính kho ng 1/16 inch. Các vòng - Có giá 10000$ này ñư c treo trên các lư i trên nh ng màn nh bên trong máy - Kh năng l p trình trên Basic tính. Khi ñư c t hóa theo m t chi u, m t vòng (g i là m t lõi) - Màn hình 16 dòng, 64 ký t bi u th giá tr 1, còn khi ñư c t hóa theo chi u ngư c l i, lõi s - B nh
  10. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Năm 1970, Fairchild ch t o ra b nh bán d n có dung vi x lý ñơn chip 32 bit. Trong khi ñó, Intel gi i thi u b vi x lý lư ng tương ñ i ñ u tiên. Chip này có kích thư c b ng m t lõi ñơn, 32 bit c a riêng mình là chip 80386 vào năm 1985. 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 ði m ñáng lưu ý nh t trong giai ño n này là vào năm 1981 bit d li u trong b nh . Tuy nhiên giá thành cho m i bit cao hơn ra ñ i máy IBM PC trên cơ s CPU Intel 8088 và dùng h so v i lõi t . ñi u hành MS-DOS c a Microsoft (hình 1.8). 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 Hình 1.8. Máy tính IBM PC ñ u tiên 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 1.2. Kh i các nư c XHCN và Vi t Nam là b vi x lý 8 bit ñ u tiên và có ñ ph c t p g p ñôi chip 4004. Nh c ñ n l ch s phát tri n c a máy tính, chúng ta cũng c n ð n năm 1974, Intel ñưa ra chip 8080, b vi x lý ña d ng hư ng t m nhìn ñ n các máy tính c a kh i XHCN phát minh mà ñ u tiên ñư c thi t k ñ tr thành CPU c a m t máy vi tính ña h u như trong các tài li u ít khi ñ c p ñ n. Vào kho ng gi a th k d ng. So v i chip 8008, chip 8080 nhanh hơn, có t p ch th phong 20, các nư c XHCN cũng ñã cho ra ñ i hàng lo t các máy tính v i phú hơn và có kh năng ñ nh ñ a ch l n hơn. các tính năng tương ñương v i các lo i máy tính c a kh i Tư b n. Chi c máy tính ñ u tiên b t ñ u ñư c xây d ng có th k ñ n ñó là Cũng trong cùng th i gian ñó, các b vi x lý 16 bit ñã b t vào năm 1950 t i trư ng Cơ khí chính xác và quang h c ( Nay là ñ u ñư c phát tri n. M c dù v y, mãi ñ n cu i nh ng năm 70, các trư ng ð i h c Công ngh thông tin và quang h c). M t năm sau b vi x lý 16 bit ña d ng m i xu t hi n trên th trư ng. Sau ñó ñ n ñó t i ñây ñã cho ra ñ i máy tính toán ñi n c l n ñ u tiên ra ñ i năm 1981, c Bell Lab và Hewlett-packard ñ u ñã phát tri n các b v i m c ñích gi i quy t các bài toán khoa h c và k thu t ph c t p. 17 18
  11. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Trong kho ng t năm 1959 ñ n 1966 ñã cho ra ñ i 4 th h ti p L ch s phát tri n máy tính c a Vi t Nam có th k ñ n b t theo c a máy này v i kh năng tính toán lên ñ n 10000 phép ñ u t năm 1968 khi chi c máy tính ñi n t do Liên Xô t ng v ñ n tính/giây. Cũng trong kho ng th i gian này t i m t trư ng khác là Vi t Nam và ñư c ñ t t i U Ban Khoa h c và K thu t Nhà nư c, Trư ng ð i h c Toán thu c Vi n Hàn lâm Khoa H c Liên Xô cũng 39 Tr n Hưng ð o, Hà N i. ti n hành xây d ng m t máy tính khác g i là Strela (Mũi tên) và cu i năm 1953 ñã cho ra ñ i máy này. Sau ñó các dòng h c a máy Máy tính ñi n t Minsk-22 là lo i máy tính thu c th h th này cũng ñã ñư c s n xu t hàng lo t. hai, ñư c ch t o t các linh ki n bán d n (chưa ph i là m ch t h p), k t h p k thu t cơ khí chính xác, nhưng vào th i ñi m ñó M t s các máy tính c a kh i XHCN th i b y gi có t m Minsk-22 là m t trong nh ng máy tính hi n ñ i nh t c a Liên Xô nh hư ng l n ñư c li t kê trong b ng 1.2. Trong ñó máy EC-1840, và các nư c ðông Âu, Vì v y c n ph i có m t di n tích kho ng 1841 tương ñương v i máy 8086, còn máy EC-1842, 1843 tương 100m² ñ ñ t máy. H th ng máy tính ñi n t Minsk-22 g m m t ñương v i 80286. Các th h sau ñó s d ng b vi x lý c a Intel. thi t b trung tâm có b nh kho ng 68K bites v i lõi Ferit t , t c ñ tính toán 5000 phép tính/giây. B nh ngoài b ng băng t , thi t b vào s li u dùng bìa và băng gi y. Ngôn ng s d ng là ngôn PC Năm b t ñ u SX Năm k t thúc SX S lư ng ng máy (n u so sánh ch c năng máy tính ñi n t Minsk-22 ch ЕС-1840 1986 1989 7461 tương ñương m t ph n nh c a m t dàn máy vi tính hi n ñ i). ЕС-1841 1987 1995 83937 Nh c ñ n vi c khai thác Minsk-22 không th nào quên các ЕС-1842 1988 1996 10193 nhóm cán b nghiên c u c a các Vi n, Trư ng, B , ngành mà tên ЕС-1843 1990 1993 3012 c a h g n bó thân thi t v i Minsk-22 như Tr n Bình, L i Huy ЕС-1849 1990 1997 4966 Phương, Nguy n Tri Niên, Nguy n ð c Hi u, Hoàng Ki m, Nguy n Bá Hào, Tr nh Văn Thư, Mai Anh, Bùi Khương… ЕС-1851 1991 1997 3142 ЕС-1863 1991 1997 3069 Máy tính Minsk-22 ñã ñư c dùng ñ tính toán phương án ВМ2001 1994 - 1074 s a c u Long Biên sau khi m y nh p c u b bom M ñánh s p, ñư c dùng trong bài toán d báo th i ti t ng n h n, gi i h phương B ng 1.2. Các máy tính tiêu bi u c a Liên Xô trình khí nhi t ñ ng h c ñ y ñ b ng phương pháp h th c tích phân; gi i các bài toán tính toán d báo thu tri u; phân tích ñánh M t trong nh ng máy tính có nh hư ng l n ñ n Vi t Nam giá quan h gi a phân b mưa v i các ñi u ki n hoàn lưu khí là máy MINSK-22 cũng ñư c ra ñ i trong kho ng th i gian này. quy n; tính hàm phân b gió bão… V sau, d báo th i ti t ti p t c Máy Minsk có nhi u th h như Minsk-1, Minsk-11, Minsk-12, ñư c x lý trên máy tính Minsk-32 c a quân ñ i và ñ t k t qu Minsk-14, Minsk-22,... v i kh năng tính toán lên ñ n 6000 phép ngày càng t t hơn. tính/giây. 19 20
  12. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u 1.3. Khuynh hư ng hi n t i 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. 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 M t s c t m c ñáng chú ý trong quá trình chuy n sang nghiên c u ñ cho ra ñ i th h th 5 c a máy tính, th h c a CPU ña lõi như sau: nh ng máy tính thông minh, d a trên các ngôn ng trí tu nhân t o – 1999 – CPU 2 lõi kép ñ u tiên ra ñ i (IBM Power4 cho máy như LISP và PROLOG,... và nh ng giao di n ngư i - máy thông ch ) minh. ð n th i ñi m này, các nghiên c u ñã cho ra các s n ph m – 2001 – b t ñ u bán ra th trư ng Power4 bư c ñ u và g n ñây nh t (2004) là s ra m t s n ph m ngư i máy – 2002 – AMD và Intel cùng thông báo v vi c thành l p thông minh g n gi ng v i con ngư i nh t: ASIMO (Advanced Step CPU ña lõi c a mình. Innovative Mobility: Bư c chân tiên ti n c a ñ i m i và chuy n – 2004 – CPU lõi kép c a Sun ra ñ i UltraSPARS IV ñ ng). V i hàng trăm nghìn máy móc ñi n t t i tân ñ t trong cơ – 2005 – Power5 th , ASIMO có th lên/xu ng c u thang m t cách uy n chuy n, – 03/2005 – CPU Intel lõi kép x86 ra ñ i, AMD – Opteron, nh n di n ngư i, các c ch hành ñ ng, gi ng nói và ñáp ng m t Athlon 64X2 s m nh l nh c a con ngư i. Th m chí, nó có th b t chư c c – 20-25/05/2005 – AMD b t ñ u bán Opteron 2xx, 26/05 ñ ng, g i tên ngư i và cung c p thông tin ngay sau khi b n h i, r t Intel Pentium D, 31/05 AMD – bán Athlon 64X2 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 T các c t m c ñó cho th y s c nh tranh gay g t gi a hai như: Vi n B o tàng Khoa h c năng lư ng và ð i m i qu c gia, công ty s n xu t CPU hàng ñ u. 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 M t thành qu ngày nay n a s ñư c ng d ng trong tương b ng hai chân. Cho t i nay, hãng ñã ch t o ñư c 50 robot ASIMO. lai g n là vi c cho ra ñ i các siêu máy tính. M t trong nh ng siêu máy tính hàng ñ u c a th gi i ngày nay là máy tính Blue Gene c a Các ti n b liên t c v m t ñ tích h p trong VLSI ñã cho IBM v i 8192 CPU và cho t c ñ tình toán lên ñ n 7,3 Tfops. Tuy phép th c hi n các m ch vi x lý ngày càng m nh (8 bit, 16 bit, 32 nhiên ch ng bao lâu sau nó cũng ch là chú rùa khi mà k ho ch bit và 64 bit v i vi c xu t hi n các b x lý RISC năm 1986 và các c a IBM s n xu t supercomputer Blue Gene/L v i 128 dãy, 130 b x lý siêu vô hư ng năm 1990). Chính các b x lý này giúp ngàn CPU, 360 Tfops, v i giá d ñ nh 267 tri u USD ñã thành th c hi n các máy tính song song v i t vài b x lý ñ n vài ngàn công vào 26/06/2007. 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. Tuy nhiên siêu máy tính c a IBM v n chưa ñư c g i là nhanh nh t th gi i vì vào 06/2006 vi n nghiên c u c a Nh t ðó là vi c c a tương lai xa, còn hi n t i thì các công ty s n RIKEN thông báo cho ra ñ i máy tính MDGRAPE-3 v i t c ñ lên xu t máy tính ñang ñ nh hư ng phát tri n các máy tính v i nhi u ñ n 1 Petaflop, t c nhanh hơn t i 3 l n máy Blue Gene/L nhưng b x lý nh m gi i quy t các bài toán song song ñ tăng cư ng t c ch dùng 40.314 CPU. Máy tính này không ñư c s p vào TOP500 ñ x lý chung c a máy tính. Thành qu c a vi c này là hàng lo t vì nó không ñư c dùng cho m c ñích chung mà ph c v cho vi c 21 22
  13. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u nghiên c u và mô ph ng các h th ng ph c t p trong m t chương trình chung c a các công ty Riken, Hitachi, Intel, and NEC 1.4. Các dòng Intel subsidiary SGI Japan. Do th trư ng Vi t Nam ch y u s d ng b vi x lý c a 1.3. Phân lo i máy tính hãng này, nên ph n này s trình bày k hơn v quá trình phát tri n các b x lý c a Intel. D a vào kích thư c v t lý, hi u su t, giá ti n và lĩnh v c s d ng, thông thư ng máy tính ñư c phân thành b n lo i chính như Intel là nhà tiên phong trong vi c s n xu t b vi x lý sau: (BVXL) khi tung ra Intel 4004 vào năm 1971. Kh năng tính toán c a Intel 4004 ch d ng l i hai phép toán: c ng ho c tr và nó ch a) Các siêu máy tính (Super Computer): là các máy tính có th tính toán ñư c 4 bits t i m t th i ñi m. ði u ñáng kinh ng c ñ t ti n nh t và tính năng k thu t cao nh t. Giá bán m t ñây là toàn b "c máy" tính toán ñư c tích h p "n m" g n trên siêu máy tính t vài tri u USD. Các siêu máy tính thư ng là m t chip ñơn duy nh t (hình 1.9). Trư c khi cho ra ñ i Intel 4004, các máy tính vectơ hay các máy tính dùng k thu t vô các k sư ñã ch t o ra máy tính ho c là t m t t h p nhi u chip hư ng và ñư c thi t k ñ tính toán khoa h c, mô ph ng ho c là t các thành ph n linh ki n r i r c. các hi n tư ng. Các siêu máy tính ñư c thi t k v i k thu t x lý song song v i r t nhi u b x lý (hàng ngàn ñ n hàng Th nhưng BVXL ñ u tiên "ñ t chân" vào ngôi nhà s c a trăm ngàn b x lý trong m t siêu máy tính). chúng ta hi n nay l i không ph i là Intel 4004 mà là BVXL th h b) Các máy tính l n (Mainframe) là lo i máy tính ña d ng. k ti p c a nó - Intel 8080, m t máy tính 8-bit hoàn h o trên m t Nó có th dùng cho các ng d ng qu n lý cũng như các tính chip duy nh t, ñư c gi i thi u vào năm1974. Trong khi ñó, Intel toán khoa h c. Dùng k thu t x lý song song và có h 8088 m i là th h BVXL ñ u tiên "loé sáng" th c s trên th th ng vào ra m nh. Giá m t máy tính l n có th t vài trăm trư ng. ðư c gi i thi u năm 1979 và sau ñó ñư c tích h p vào các ngàn USD ñ n hàng tri u USD. máy tính cá nhân IBM xu t hi n trên th trư ng vào năm 1982, Intel 8088 có th ñư c xem như "ngư i ti n nhi m chính" c a các c) Máy tính mini (Minicomputer) là lo i máy c trung, giá b x lý th h ti p theo: Intel 80286, 80386, 80486 r i ñ n Intel m t máy tính mini có th t vài ch c USD ñ n vài trăm Pentium, Pentium Pro, Pentium II, III và IV. Do t t c ñ u ñư c c i ngàn USD. ti n d a trên thi t k cơ b n c a Intel 8088. Ngày nay, BVXL Intel Pentium 4 có th th c hi n b t kỳ ño n mã nào ñã ch y trên BVXL d) Máy vi tính (Microcomputer) là lo i máy tính dùng b vi Intel 8088 nguyên thu nhưng v i t c ñ nhanh hơn g p nhi u x lý, giá m t máy vi tính có th t vài trăm USD ñ n vài nghìn l n. ngàn USD. 23 24
  14. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u S lư ng bóng bán d n: 6.000 T c ñ : 2MHz Năm 1978: B vi x lý 8086-8088 M t h p ñ ng cung c p s n ph m quan tr ng cho b ph n máy tính cá nhân m i thành l p c a IBM ñã bi n b vi x lý 8088 tr thành b não c a s n ph m ch ñ o m i c a IBM—máy tính IBM PC. S lư ng bóng bán d n: 29.000 Hình 1.9. B vi x lý 4004 ñ u tiên c a Intel T c ñ : 5MHz, 8MHz, 10MHz ð có cái nhìn bao quát hơn, chúng ta xem Quá trình phát Năm 1982: B vi x lý 286 tri n c a CPU Intel trong cac th i kỳ như sau: B vi x lý 286, còn ñư c bi t ñ n v i cái tên là 80286, là b vi x lý Intel ñ u tiên có th ch y t t c các ph n m m ñư c vi t Năm 1971: B vi x lý 4004 cho nh ng b vi x lý trư c ñó. Tính tương thích v ph n m m này 4004 là b vi x lý ñ u tiên c a Intel. Phát minh ñ t phá v n luôn là m t tiêu chu n b t bu c trong h các b vi x lý c a này nh m tăng s c m nh cho máy tính Busicom và d n ñư ng cho Intel kh năng nhúng trí thông minh c a con ngư i vào trong các thi t b S lư ng bóng bán d n: 134.000 vô tri cũng như các h th ng máy tính cá nhân. T c ñ : 6MHz, 8MHz, 10MHz, 12,5MHz S lư ng bóng bán d n: 2.300 T c ñ : 108KHz Năm 1985: B vi x lý Intel 386 B vi x lý Intel 386 có 275.000 bóng bán d n – nhi u hơn Năm 1972: B vi x lý 8008 100 l n so v i b vi x lý 4004 ban ñ u. ðây là m t chip 32 bit và B vi x lý 8008 m nh g p ñôi b vi x lý 4004. Thi t b có kh năng x lý “ña tác v ”, nghĩa là nó có th ch y nhi u các Mark-8 ñư c bi t ñ n như là m t trong nh ng h th ng máy tính chương trình khác nhau cùng m t lúc. ñ u tiên dành cho ngư i s d ng gia ñình – m t h th ng mà theo S lư ng bóng bán d n: 275.000 các tiêu chu n ngày nay thì r t khó ñ xây d ng, b o trì và v n T c ñ : 16MHz, 20MHz, 25MHz, 33MHz hành. S lư ng bóng bán d n: 3.500 Năm 1989: B vi x lý CPU Intel 486 DX T c ñ : 200KHz Th h b vi x lý 486 th c s có ý nghĩa khi giúp chúng ta thoát kh i m t máy tính ph i gõ l nh th c thi và chuy n sang ñi n Năm 1974: B vi x lý 8080 toán ch và nh n (point-and-click). B vi x lý 8080 ñã tr thành b não c a h th ng máy tính S lư ng bóng bán d n: 1,2 tri u cá nhân ñ u tiên – Altair. T c ñ : 25MHz, 33MHz, 50MHz 25 26
  15. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Năm 1993: B vi x lý Pentium® Tháng 11 năm 2002: B vi x lý Intel Pentium 4 h tr Công ngh B vi x lý Pentium® cho phép các máy tính d dàng hơn Siêu phân lu ng trong vi c tích h p nh ng d li u ‘th gi i th c” như gi ng nói, âm Intel gi i thi u Công ngh Siêu phân lu ng ñ t phá cho b thanh, ký t vi t tay và các nh ñ h a vi x lý Intel® Pentium® 4 m i có t c ñ 3,06 GHz. Công ngh S lư ng bóng bán d n: 3,1 tri u Siêu phân lu ng có th tăng t c hi u su t ho t ñ ng c a máy tính T c ñ : 60MHz, 66MHz lên t i 25%. Intel ñ t m c t c ñ m i cho máy tính v i vi c gi i thi u b vi x lý Pentium 4 t c ñ 3,06 GHz. ðây là b vi x lý Năm 1997: B vi x lý Pentium® II thương m i ñ u tiên có th x lý 3 t chu trình m t giây và ñư c B vi x lý Pentium® II có 7,5 tri u bóng bán d n này ñư c hi n th c hóa thông qua vi c s d ng công ngh s n xu t 0,13 tích h p công ngh Intel MMX, m t công ngh ñư c thi t k ñ c micron tiên ti n nh t c a ngành công nghi p. bi t ñ x lý các d li u video, audio và ñ h a m t cách hi u qu . S lư ng bóng bán d n: 7,5 tri u Tháng 11 năm 2003: B vi x lý Intel® Pentium® 4 Extreme T c ñ : 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz Edition h tr Công ngh Siêu phân lu ng t c ñ 3,20 GHz ñư c gi i thi u. S d ng công ngh x lý 0,13 micron c a Intel, b vi x Năm 1999: B vi x lý Pentium® III lý Intel Pentium 4 Extreme Edition có b nh ñ m L2 dung lư ng B vi x lý Pentium® III có 70 l nh x lý m i – nh ng m 512 kilobyte, m t b nh ñ m L3 dung lư ng 2 megabyte và m t r ng Internet Streaming SIMD – giúp tăng cư ng m nh m hi u kênh truy n h th ng t c ñ 800 Mhz. B vi x lý này tương thích su t ho t ñ ng c a các ng d ng x lý nh tiên ti n, 3-D, streaming v i h chipset hi n t i Intel® 865 và Intel® 875 cũng như b nh audio, video và nh n d ng gi ng nói. B vi x lý này ñư c gi i h th ng chu n. thi u s d ng công ngh 0,25 micron. Tháng 6 năm 2004: B vi x lý Intel Pentium 4 h tr Công ngh S lư ng bóng bán d n: 9,5 tri u Siêu phân lu ng ñ t m c 3,4 GHz T c ñ : 650MHz t i 1,2GHz Năm 2000: B vi x lý Pentium® 4 Tháng 4 năm 2005: Gi i thi u n n t ng s d ng b vi x lý hai B vi x lý này ñư c gi i thi u v i 42 tri u bóng bán d n nhân ñ u tiên c a Intel g m b vi x lý Intel® Pentium® Extreme và các m ch 0,18 micron. B vi x Pentium® 4 có t n s ho t ñ ng Edition 840 ch y t c ñ 3,2 GHz và m t chipset Intel® 955X là 1,5 gigahertz (1,5 t hertz), nhanh hơn g p 10 nghìn l n so v i Express. Các b vi x lý hai nhân ho c ña nhân ñư c phát tri n b vi x lý ñ u tiên c a Intel, b vi x lý 4004, ch y t c ñ 108 b ng cách ñưa hai hay nhi u nhân x lý hoàn ch nh vào trong m t kilohertz (108.000 hertz). b vi x lý ñơn nh t giúp qu n lý ñ ng th i nhi u tác v . S lư ng bóng bán d n: 42 tri u Tháng 5 năm 2005: B vi x lý Intel® Pentium® D v i hai nhân T c ñ : 1,30GHz, 1,40GHz, 1,50GHz, 1,70GHz, 1,80Ghz x lý – hay còn g i là “các b não” – ñư c gi i thi u cùng v i h Tháng 8 năm 2001: B vi x lý Pentium 4 ñ t m c 2 GHz chipset Intel® 945 Express có kh năng h tr nh ng tính năng c a các thi t b ñi n t tiêu dùng như âm thanh vòm, video có ñ phân gi i cao và các kh năng x lý ñ h a tăng cư ng. 27 28
  16. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Tháng 5 năm 2006: Nhãn hi u Intel Core 2 Duo ñư c công b ra Micros: là chi u r ng, tính b ng Microns, c a dây d n nh nh t th gi i và sau ñó 5 tháng chính hãng Intel ñã ñ n Vi t Nam ñ trên chip. ð d hình dung, chúng ta hãy liên tư ng ñ n tóc ngư i qu ng bá cho s n ph m m i này. có ñ dày là 100 microns. Và như chúng ta th y thì kích thư c ñ c trưng c a các ph n t gi m xu ng thì s lư ng transistor s ñư c Tháng 7 năm 2006: T p ñoàn Intel công b 10 b vi x lý m i tăng lên. Intel Core 2 Duo và Core Extreme cho các h th ng máy tính ñ Data Width: là chi u r ng c a b tính toán Logic-S h c ALU. bàn và máy tính xách. Nh ng b vi x lý m i này nâng cao t i 40% hi u su t ho t ñ ng và nhi u hơn 40% hi u qu ti t ki m ñi n M t ALU 8 bit có th c ng/tr /nhân/… 2 s 8 bit, trong khi m t năng so v i b vi x lý Intel® Pentium® t t nh t. Các b vi x lý ALU 32 bit có th tính toán các s 32 bit. M t ALU 8 bit s ph i Core 2 Duo có 291 tri u bóng bán d n. th c hi n 4 ch l nh ñ c ng hai s 32 bit, trong khi m t ALU 32 bit có th làm vi c này ch v i m t ch l nh duy nh t. Trong ña s trư ng h p, tuy n d li u ngo i có cùng ñ r ng v i ALU, nhưng B ng dư i ñây (B ng 1.3) s giúp chúng ta hi u ñư c s không ph i lúc nào cũng v y. Trong khi các CPU Pentium m i tìm khác bi t gi a các b x lý mà Intel ñã gi i thi u qua các năm: n p d li u 64 bit t i cùng m t th i ñi m cho các ALU 32 bit c a chúng MIPS: vi t t t c a c m "millions of instructions per second", là thư c ño tương ñ i cho hi u năng c a CPU. Các CPU th h m i hi n nay có th làm r t nhi u vi c khác nhau khi n vi c ñánh giá b ng các giá tr MIPS m t d n ý nghĩa c a chúng. Thay th b ng MIPS, ngày nay ngư i ta dùng MFLOPS (Mera Floating Point Operations Per Second) ho c TFLOPS (Tera Floating Point Operations Per Second) ñ ñánh giá hi u năng c a máy tính. Tuy nhiên, chúng ta có th có ñư c phán ñoán chung v s c m nh tương ñ i c a các CPU t c t cu i trong b ng 1.2. B ng 1.3. T ng quan v CPU Intel 29 30
  17. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u CÂU H I VÀ BÀI T P CHƯƠNG I 1. D a vào tiêu chu n nào ngư i ta phân chia máy tính thành các th h ? 2. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th nh t? 3. Hãy nêu ñi m ñ c bi t c a máy tính ENIAC so v i các máy tính ra ñ i trư c nó. Máy tính Von Neumann khác ENIAC ñi m nào chính? 4. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th hai? 5. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th ba? 6. Hãy nêu m t vài ưu ñi m c a công ngh m ch tích h p. ði m ñ c bi t trong các máy tính IBM System/360 là gì? 7. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th tư? 8. Khuynh hư ng phát tri n c a máy tính ñi n t ngày nay là gì? 9. Vi c phân lo i máy tính d a vào tiêu chu n nào? có máy lo i máy tính? 10. Hi n nay b vi x lý nào c a Intel ñang ñư c bán r ng rãi th trư ng Vi t Nam? Hãy ñưa ra m t s lo i CPU Intel thông d ng nh t ngày nay. 31
  18. Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Central Processing Unit - CPU Chương II: Control Các b ph n cơ b n c a máy tính Block ALU I/O devices Vì tính ph c t p c a các b ph n cơ b n trong máy tính, trong ph n này tôi ch gi i thi u sơ qua hình dáng bên ngoài, v trí n m trong Main Disk Printer Registers máy tính, ch c năng làm vi c v i m c ñích n m b t ñư c các ñ c memory tính chính, giúp ta có th tháo g , láp ráp m t máy tính ñ bàn và hi u ñư c nguyên lý ho t ñ ng cơ b n, cũng như liên k t gi a các thi t b trong máy tính. Bus Hình 2.1. T ch c máy tính theo hư ng BUS ñơn gi n 2.1. B x lý (CPU) Ph thu c vào s bit trong các thanh ghi mà ta có CPU 8 B vi x lý CPU (Central Processing Unit) là c t lõi c a bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit. Các máy tính hi n ñ i ngày nay là lo i m t máy vi tính. Nh ng b vi x lý tương thích c a các hãng như CPU 64 bit. AMD và Cyrix có cách phân b chân vi m ch và ho t ñ ng tương M t thông s quan trong khi l a ch n mua CPU là t c ñ thích v i x lý c a Intel, vì th chúng ta s ch nói ñ n vi x lý c a ñ ơc ño b ng MOPS (Millions of Operations Per Second) hay Intel, hãng chi m th ph n l n nh t th gi i v CPU. Trong hình 2.1 minh h a t ch c máy tính theo hư ng BUS ngày nay hay dùng là TFOPS (Tera Floating Point Operations Per Second), tuy nhiên trong th c t chúng ta l i hay d a vào t n s ghi ñơn gi n. CPU là b não c a máy tính, nó ñóng vai trò thi hành kèm ñ nói ñ n t c ñ tương ñ i c a CPU. Hình dáng bên ngoài chương trình lưu trong b nh chính b ng cách n p l nh, ki m tra c a các CPU hi n ñ i ngày nay ñ u có d ng như hình 2.2. chúng r i thi hành l n lư t t ng l nh. B ñi u khi n (control block) ch u trách nhi m tìm n p l nh t b nh chính và ñ nh lo i. CPU ch a b nh nh có t c ñ cao, dùng ñ lưu tr k t qu t m th i và thông tin ñi u khi n. B nh này g m các thanh ghi (register), m i thanh ghi có m t ch c năng c th . Thanh ghi quan tr ng nh t là b ñ m chương trình (PC- program counter) ch ñ n l nh s thi hành ti p theo. ALU-b x lý logic-s h c, th c hi n các phép tính s h c Intel Pentium 4 AMD Athlon 64 như phép c ng (+) và các lu n lý logic như logic AND, OR. Hình 2.2. Hình dáng bên ngoài CPU. 32 33
  19. Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Các thông s quan tr ng c a b vi x lý: GHz Pentium 4, b i vì Celeron có b nh ñ m cache L2 nh hơn và t c ñ c a kênh truy n ch (host-bus) th p hơn. a) Hãng s n xu t và model (Processor make and model) ð c bi t là gi a AMD và Intel có s khác bi t l n, AMD- Trên th trư ng máy tính cá nhân hi n nay ch y u có 2 CPU ch y v i CS th p hơn Intel, nhưng làm kho ng 50% công hãng s n xu t CPU chi m h u h t th ph n là AMD và Intel. vi c nhi u hơn Intel trong m t xung ñ ng h (clock tick). Do Tuy các CPU c a 2 hãng này có nh ng ñ c tính và t c ñ g n ñó m t AMD Athlon 64 ch y 2.0 GHz s tương ñương v i như nhau, nhưng không th cài ñ t m t AMD-CPU vào m t bo Intel P4 ch y 3.0 GHz. Chính vì CS c a AMD-CPU luôn th p m ch chính (Motherboard) dùng cho Intel-CPU và ngư c l i. hơn c a intel, nên AMD m i có các ký hi u model như 3000+ b) D ng Socket (Socket type) ñ ch ra r ng t c ñ c a nó tương ñương v i 3.0 GHz c a Intel. Tính ch t này xác ñ nh s lư ng, hình d ng, cũng như cách Kh năng CPU có th nâng Socket CPU g c s p x p các chân và như v y m i lo i CPU ph i ñư c g n vào nâng c p cp bo m ch chính có socket lo i ñó hay nói cách khác là lo i khe c m c a CPU. Trong b ng 2.1 cho th y các lo i CPU nào dùng Pentium II/III, Slot 1 không không có v i lo i Socket nào và lo i nào có th nâng c p (upgrade) ñư c, Celeron còn hình 2.3 cho th y m t s b vi x lý v i các d ng Socket Slot A không Athlon không có khác nhau. có, nhưng Celeron, Pentium 370 Celeron, Pentium III r t h n ch III, VIA 423 không Pentium 4 không có Athlon, Athlon XP, 462 có Sempron Sempron Celeron, Celeron D, Celeron D, Pentium 478 có Pentium 4 4 Socket 478 Socket 370 Socket 775 754 tt Sempron, Athlon 64 Sempron, Athlon 64 Hình 2.3. M t s lo i Socket Celeron D, Pentium Celeron D, Pentium 775 r tt t 4 4, Pentium D c) T c ñ ñ ng h xung (Clock Speed - CS) Athlon 64, Athlon Athlon 64, Athlon T c ñ ñ ng h xung c a CPU thư ng ñư c tính b ng 939 r tt t 64/FX 64/FX, Athlon 64 X2 megahertz (MHz) ho c gigahertz (GHz). Chúng ta thư ng dùng thông s này ñ nói ñ n t c ñ x lý c a CPU. Tuy nhiên, Athlon 64 FX, Athlon 64 FX, 940 r tt t không ph i lúc nào CS c a CPU nào l n hơn thì CPU ñó cũng Opteron Opteron m nh hơn. Ví d , m t 3.0 GHz Celeron CPU s ch m hơn 2.6 B ng 2.1. Các lo i socket và CPU tương ng 34 35
  20. Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com thu c cùng dòng. Con s này là m t quy ư c c a hãng Intel. S d) T c ñ ñư ng truy n ch (host-bus speed) càng cao ch ng t CPU càng t t. Hay còn g i là front-side bus (FSB) speed, hay FSB speed, hay ch ñơn gi n là FSB ñ ch ra t c ñ truy n d li u gi a - Socket 775, ch lo i khe c m c a CPU. ðây là ñ c tính ñ CPU và các vi m ch (chipset). T c ñ FSB giúp tăng hi u su t xét s tương h p gi a vi x lý và mainboard. Bo m ch ch ph i h c a CPU ngay c khi CPU có cùng m t CS. AMD và intel th c tr lo i socket này thì vi x lý m i có th ho t ñ ng ñư c. hi n truy n d li u gi a b nh và cache khác nhau, nhưng b n ch t ñ u là s lư ng l n nh t c a m t gói d li u có th ñư c - Bus 533, ch t c ñ "lõi" c a ñư ng giao ti p gi a CPU và truy n trong m t giây. Theo cách tính này thì m t máy tính v i mainboard. M t CPU ñư c ñánh giá nhanh hay ch m tuỳ thu c khá FSB là 100 MHz, nhưng trong m t chu kỳ xung ñ ng h l i l n vào giá tr này. Vi x lý ch y ñư c bus 533 thì ñương nhiên truy n ñư c 4 l n thì tương ñương v i m t máy tính cùng CPU hơn h n so v i vi x lý ch ch y ñư c bus 400 Mhz. nhưng FSB h at ñ ng FSB là 400 MHz. - 1024K, ch b nh ñ m c a vi x lý. ðây là vùng ch a e) Kính thư c b nh ñ m (Cache size) thông tin trư c khi ñưa vào cho vi x lý trung tâm (CPU) thao tác. Cache là m t lo i b nh có t c ñ cao hơn r t nhi u so v i Thư ng thì t c ñ x lý c a CPU s r t nhanh so v i vi c cung c p b nh chính (main memory). Các CPU dùng hai lo i b nh thông tin cho nó x lý, cho nên, không gian b nh ñ m (cache) cache L1 (Level 1) và L2 (Level 2) ñ tăng hi u su t c a CPU càng l n càng t t vì CPU s l y d li u tr c ti p t vùng này. M t b ng cách t m th i lưu tr các d li u c n truy n gi a CPU và s Vi x lý còn làm b nh ñ m nhi u c p. S 1024 mà b n th y b nh chính vào trong cache. Cache L1 là cache n m trong ñó chính là dung lư ng b nh ñ m c p 2, 1024 KB = 1 MB. CPU và nó không th thay ñ i n u không thi t k l i CPU. Cache L2 là cache n m ngoài nhân CPU, có nghĩa là có th ch - Prescott chính là tên m t dòng vi x lý c a Intel. Dòng vi t o CPU v i kích thư c L2 khác nhau. Như v y cache càng l n x lý này có kh năng x lý video siêu vi t nh t trong các dòng vi thì càng t t, càng giúp cho t c ñ x lý chung c a máy tính x lý cùng công ngh c a Intel. Tuy nhiên, ñây là dòng CPU tương nhanh hơn. ñ i nóng, t c ñ xung ñ ng h t i ña ñ t 3.8 Ghz. Ví d : S khác bi t cơ b n gi a AMD và Intel P4 2.8Ghz (511)/Socket 775/ Bus 533/ 1024K/ Prescott CPU có nghĩa là: a) Cách ñ t tên - P4, vi t t c c a t Pentium 4, t c là tên c a lo i CPU. ðây AMD là CPU c a hãng Intel. 2.8 Ghz, ch t c ñ xung ñ ng h c a vi x ðư c g i theo tên và không h xu t hi n xung nh p th c lý. Con s này là m t trong nh ng thư c ño s c m nh c a vi x lý, c a CPU, thay vào ñó là các con s ñ so sánh nó tương ñương v i tuy v y nó không ph i là t t c . ðôi lúc ch là m t con s nh m so th h Intel Pentium tương ng. Ví d trong tên g i c a CPU AMD sánh tương ñ i s c m nh c a CPU. Con s 511 phía sau con s th Athlon 64 3000+, không h xu t hi n xung nh p th c c a CPU. hi n ch t lư ng và v th c a con CPU trong toàn b các s n ph m ðây là ñi u hơi khác l ñ i v i ngư i Vi t Nam vì thư ng quen 36 37
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2