intTypePromotion=1

Giáo trình Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Phần 1

Chia sẻ: Đinh Gấu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:119

0
161
lượt xem
30
download

Giáo trình Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Phần 1

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

(NB) Giáo trình Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Phần 1 nhằm giới thiệu đến bạn đọc những nội dung về máy tính, hệ thống máy tính, biểu diễn dữ liệu và số học máy tính, các cổng luận lý, đại số Boole & bản đồ Karnaugh và các loại mạch, các loại mạch vi xử lý - tổ chức CPU. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Phần 1

  1. BỘ TÀI CHÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI CHÍNH - MARKETING KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH LƯU HÀNH NỘI BỘ
  2. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TÍNH 1. Máy tính và phân loại 1.1. Máy tính • Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau: o Nhận thông tin vào o Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên trong, o Đưa thông tin ra. • Dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ để yêu cầu máy tính thực hiện công việc cụ thể gọi là chương trình (program)  Máy tính hoạt động theo chương trình. Máy tính .... Mô hình phân lớp của máy tính: Người Người sử dụng Lập trình Phần cứng (Hardware): hệ thống vật lý của máy tính. Phần mềm (Software): các chương trình và dữ liệu. 1.2. Phân loại máy tính • Phân loại truyền thống: o Máy vi tính (Microcomputers) Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 1
  3. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành o Máy tính nhỏ (Minicomputers) o Máy tính lớn (Mainframe Computers) o Siêu máy tính (Supercomputers) • Phân loại máy tính hiện đại o Máy tính cá nhân (Personal Computers) o Máy chủ (Server Computers) o Máy tính nhúng (Embedded Computers) Máy tính cá nhân PC Là loại máy tính phổ biến nhất • Các loại máy tính cá nhân: Máy tính để bàn (Desktop) Máy tính xách tay (Laptop) • 1981  IBM giới thiệu máy tính IBM-PC sử dụng bộ xử lý Intel 8088 • 1984  Apple đưa ra Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola 68000 • Giá thành: hàng trăm đến hàng nghìn USD Máy chủ (Server) Thực chất là máy phục vụ • Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server (Khách hàng/Người phục vụ) • Tốc độ và hiệu năng tính toán cao • Dung lượng bộ nhớ lớn • Độ tin cậy cao • Giá thành: hàng nghìn đến hàng chục triệu USD. Máy tính nhúng (Embedded Computer) Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc • Được thiết kế chuyên dụng • Ví dụ: o Điện thoại di động o Máy ảnh số o Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hoà nhiệt độ o Router – bộ định tuyến trên mạng • Giá thành: vài USD đến hàng trăm nghìn USD. 2. Kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh: • Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập trình • Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu cấu trúc phần cứng máy tính  Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi rất nhanh. Ví dụ: Các máy tính PC dùng các bộ xử lý Pentium III và Pentium 4: • cùng chung kiến trúc tập lệnh (IA-32) • có tổ chức khác nhau Kiến trúc tập lệnh Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm: • Tập lệnh: tập hợp các chuỗi số nhị phân mã hoá cho các thao tác mà máy tính có thể thực hiện • Các kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý Cấu trúc cơ bản của máy tính Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 2
  4. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Các thành phần cơ bản của máy tính • Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu. • Bộ nhớ chính (Main Memory): Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng. • Hệ thống vào ra (Input/Output System): Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài. • Liên kết hệ thống (System Interconnection): Kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau. 3. Lịch sử phát triển và hiệu suất của máy tính • Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1950s) • Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor (1960s) • Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI (1970s) • Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI (1980s) • Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSI, SoC (1990s) 3.1. Máy tính dùng đèn điện tử • ENIAC- Máy tính điện tử đầu tiên o Electronic Numerical Intergator And Computer o Dự án của Bộ Quốc phòng Mỹ o Do John Mauchly và John Presper Eckert ở Đại học Pennsylvania thiết kế. o Bắt đầu từ năm 1943, hoàn thành năm 1946 o Nặng 30 tấn o 18000 đèn điện tử và 1500 rơle o 5000 phép cộng/giây o Xử lý theo số thập phân o Bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu o Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối. Đèn điện tử Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 3
  5. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành ENIAC Máy tính von Neumann • Đó là máy tính IAS: o Princeton Institute for Advanced Studies o Được bắt đầu từ 1947, hoàn thành1952 o Do John von Neumann thiết kế o Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình được lưu trữ” (stored-program concept) của von Neumann/Turing (1945) Đặc điểm chính của máy tính IAS: Bao gồm các thành phần: đơn vị điều khiển, đơn vị số học và logic (ALU), bộ nhớ chính và các thiết bị vào-ra. o Bộ nhớ chính chứa chương trình và dữ liệu o Bộ nhớ chính được đánh địa chỉ theo từng ngăn nhớ, không phụ thuộc vào nội dung của nó. o ALU thực hiện các phép toán với số nhị phân o Đơn vị điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện lệnh một cách tuần tự. o Đơn vị điều khiển điều khiển hoạt động của các thiết bị vào-ra o Trở thành mô hình cơ bản của máy tính John von Neumann và máy tính IAS: Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 4
  6. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Alan Turing Các máy tính thương mại ra đời • 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation • UNIVAC I (Universal Automatic Computer) • 1950s - UNIVAC II o Nhanh hơn o Bộ nhớ lớn hơn UNIVAC I: Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 5
  7. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành UNIVAC II: Hãng IBM • IBM - International Business Machine • 1953 - IBM 701 o Máy tính lưu trữ chương trình đầu tiên của IBM o Sử dụng cho tính toán khoa học • 1955 – IBM 702 o Các ứng dụng thương mại IBM 701: Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 6
  8. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành 3.2. Máy tính dùng transistor • Máy tính PDP-1 của DEC (Digital Equipment Corporation) máy tính mini đầu tiên • IBM 7000 • Hàng trăm nghìn phép cộng trong một giây. • Các ngôn ngữ lập trình bậc cao ra đời. Máy tính DEC PDP-1 (1960): IBM 7030 (1961): Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 7
  9. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành 3.3. Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI • Vi mạch (Integrated Circuit - IC): nhiều transistor và các phần tử khác được tích hợp trên một chip bán dẫn. o SSI (Small Scale Integration) o MSI (Medium Scale Integration) o LSI (Large Scale Integration) o VLSI (Very Large Scale Integration) (thế hệ thứ tư) o ULSI (Ultra Large Scale Integration) (thế hệ thứ năm) o SoC (System on Chip) • Siêu máy tính xuất hiện: CRAY-1, VAX • Bộ vi xử lý (microprocessor) ra đời o Bộ vi xử lý đầu tiên  Intel 4004 (1971). Luật Moore: • Gordon Moore – người đồng sáng lập Intel • Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng • Giá thành của chip hầu như không thay đổi • Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn • Kích thước nhỏ hơn dẫn tới độ phức tạp tăng lên • Điện năng tiêu thụ ít hơn • Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, do đó tăng độ tin cậy Tăng trưởng số transistor trong chip CPU: IBM 360 Family: Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 8
  10. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành PDP-11 (1973): VAX-11 (1981): Micro VAX: Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 9
  11. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Siêu máy tính CRAY-1: 3.4. Máy tính dùng vi mạch VLSI/ULSI Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI/ULSI: • Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế tạo trên một chip. • Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): một hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều chức năng điều khiển và nối ghép. • Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory): ROM, RAM • Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy tính chuyên dụng được chế tạo trên 1 chip. Intel 4004 - bộ vi xử lý 4-bit : Intel 8080 - bộ vi xử lý 8-bit : Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 10
  12. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Intel 80286 - bộ vi xử lý 16-bit : 80386 - bộ vi xử lý 32-bit đầu tiên của Intel : Intel Pentium (32-bit): Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 11
  13. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Pentium III và Pentium 4 (32-bit): Pentium III Pentium 4 Itanium (64-bit): Các hệ thống máy tính hiện đại: • Máy tính nhúng • Máy tính cá nhân (PC) • Máy trạm làm việc • Máy chủ (Servers) • Mạng máy tính • Internet - Mạng máy tính toàn cầu Ví dụ máy chủ HP: Ví dụ máy chủ Sun: Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 12
  14. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành 4. Các dòng Intel Do ở thị trường Việt Nam chủ yếu sử dụng bộ vi xử lý của hãng này, nên ở phần này sẽ trình bày kỹ hơn về quá trình phát triển các bộ xử lý của Intel. Intel là nhà tiên phong trong việc sản xuất bộ vi xử lý (BVXL) khi tung ra Intel 4004 vào năm 1971. Khả năng tính toán của Intel 4004 chỉ dừng lại ở hai phép toán: cộng hoặc trừ và nó chỉ có thể tính toán được 4 bits tại một thời điểm. Điều đáng kinh ngạc ở đây là toàn bộ "cỗ máy" tính toán được tích hợp "nằm" gọn trên một chip đơn duy nhất. Trước khi cho ra đời Intel 4004, các kỹ sư đã chế tạo ra máy tính hoặc là từ một tổ hợp nhiều chip hoặc là từ các thành phần linh kiện rời rạc. Thế nhưng BVXL đầu tiên "đặt chân" vào ngôi nhà số của chúng ta hiện nay lại không phải là Intel 4004 mà là BVXL thế hệ kế tiếp của nó - Intel 8080, một máy tính 8-bit hoàn hảo trên một chip duy nhất, đ ược giới thiệu vào năm 1974. Trong khi đ ó, Intel 8088 mới là thế hệ BVXL đầu tiên "loé sáng" thực sự trên thị trường. Được giới thiệu năm 1979 và sau đó được tích hợp vào các máy tính cá nhân IBM xuất hiện trên thị trường vào năm 1982, Intel 8088 có thể được xem như "người tiền nhiệm chính" của các bộ xử lý thế hệ tiếp theo: Intel 80286, 80386, 80486 rồi đến Intel Pentium, Pentium Pro, Pentium II, III và IV. Do tất cả đều được cải tiến dựa trên thiết kế cơ bản của Intel 8088. Ngày nay, BVXL Intel Pentium 4 có thể thực hiện bất kỳ đoạn mã nào đã chạy trên BVXL Intel 8088 nguyên thuỷ nhưng với tốc đ ộ nhanh hơn gấp nhiều nghìn lần. Bộ vi xử lý 4004 đầu tiên của Intel Để có cái nhìn bao quát hơn, chúng ta xem quá trình phát triển của CPU Intel trong các thời kỳ như sau: Năm 1971: Bộ vi xử lý 4004 4004 là bộ vi xử lý đ ầ u tiên của Intel. Phát minh đ ột phá này nhằm tăng sức mạnh cho máy tính Busicom và dọn đường cho khả năng nhúng trí thông minh của con người vào trong các thiết bị vô tri cũng như các hệ thống máy tính cá nhân. Số lượng bóng bán dẫn: 2.300 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 13
  15. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Tốc độ: 108KHz Năm 1972: Bộ vi xử lý 8008 Bộ vi xử lý 8008 mạnh gấp đôi bộ vi xử lý 4004. Thiết bị Mark-8 đ ược biết đ ến như là một trong những hệ thống máy tính đầu tiên dành cho người sử dụng gia đình – một hệ thống mà theo các tiêu chuẩn ngày nay thì rất khó để xây dựng, bảo trì và vận hành. Số lượng bóng bán dẫn: 3.500 Tốc độ: 200KHz Năm 1974: Bộ vi xử lý 8080 Bộ vi xử lý 8080 đã trở thành bộ não của hệ thống máy tính cá nhân đầu tiên – Altair. Số lượng bóng bán dẫn: 6.000 Tốc độ: 2MHz Năm 1978: Bộ vi xử lý 8086-8088 Một hợp đồng cung cấp sản phẩm quan trọng cho bộ phận máy tính cá nhân mới thành lập của IBM đã biến bộ vi xử lý 8088 trở thành bộ não của sản phẩm chủ đạo mới của IBM - máy tính IBM PC. Số lượng bóng bán dẫn: 29.000 Tốc độ: 5MHz, 8MHz, 10MHz Năm 1982: Bộ vi xử lý 286 Bộ vi xử lý 286, còn được biết đến với cái tên là 80286, là bộ vi xử lý Intel đầu tiên có thể chạy tất cả các phần mềm được viết cho những bộ vi xử lý trước đó. Tính tương thích về phần mềm này vẫn luôn là một tiêu chuẩn bắt buộc trong họ các bộ vi xử lý của Intel Số lượng bóng bán dẫn: 134.000 Tốc độ: 6MHz, 8MHz, 10MHz, 12,5MHz Năm 1985: Bộ vi xử lý Intel 386 Bộ vi xử lý Intel 386 có 275.000 bóng bán dẫn – nhiều hơn 100 lần so với bộ vi xử lý 4004 ban đầu. Đây là một chip 32 bit và có khả năng xử lý “đa tác vụ”, nghĩa là nó có thể chạy nhiều các chương trình khác nhau cùng một lúc. Số lượng bóng bán dẫn: 275.000 Tốc độ: 16MHz, 20MHz, 25MHz, 33MHz Năm 1989: Bộ vi xử lý CPU Intel 486 DX Thế hệ bộ vi xử lý 486 thực sự có ý nghĩa khi giúp chúng ta thoát khỏi một máy tính phải gõ lệnh thực thi và chuyển sang điện toán chỉ và nhấn (point-and-click). Số lượng bóng bán dẫn: 1,2 triệu Tốc độ: 25MHz, 33MHz, 50MHz Năm 1993: Bộ vi xử lý Pentium® Bộ vi xử lý Pentium® cho phép các máy tính dễ dàng hơn trong việc tích hợp những dữ liệu “thế giới thực” như giọng nói, âm thanh, ký tự viết tay và các ảnh đồ họa Số lượng bóng bán dẫn: 3,1 triệu Tốc độ: 60MHz, 66MHz Năm 1997: Bộ vi xử lý Pentium® II Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 14
  16. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Bộ vi xử lý Pentium® II có 7,5 triệu bóng bán dẫn này được tích hợp công nghệ Intel MMX, một công nghệ được thiết kế đặc biệt để xử lý các dữ liệu video, audio và đồ họa một cách hiệu quả. Số lượng bóng bán dẫn: 7,5 triệu Tốc độ: 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz Năm 1999: Bộ vi xử lý Pentium® III Bộ vi xử lý Pentium® III có 70 lệnh xử lý mới – những mở rộng Internet Streaming SIMD – giúp tăng cường mạnh mẽ hiệu suất hoạt động của các ứng dụng xử lý ảnh tiên tiến, 3-D, streaming audio, video và nhận dạng giọng nói. Bộ vi xử lý này được giới thiệu sử dụng công nghệ 0,25 micron. Số lượng bóng bán dẫn: 9,5 triệu Tốc độ: 650MHz tới 1,2GHz Năm 2000: Bộ vi xử lý Pentium® 4 Bộ vi xử lý này đ ược giới thiệu với 42 triệu bóng bán dẫn và các mạch 0,18 micron. Bộ vi xử Pentium® 4 có tần số hoạt động là 1,5 gigahertz (1,5 tỷ hertz), nhanh hơn gấp 10 nghìn lần so với bộ vi xử lý đầu tiên của Intel, bộ vi xử lý 4004, chạy ở tốc độ 108 kilohertz (108.000 hertz). Số lượng bóng bán dẫn: 42 triệu Tốc độ: 1.30GHz, 1.40GHz, 1.50GHz, 1.70GHz, 1.80Ghz Tháng 8 năm 2001: Bộ vi xử lý Pentium 4 đạt mốc 2 GHz Tháng 11 năm 2002: Bộ vi xử lý Intel Pentium 4 hỗ trợ Công nghệ Siêu phân luồng Intel giới thiệu Công nghệ Siêu phân luồng đột phá cho bộ vi xử lý Intel® Pentium® 4 mới có tốc độ 3,06 GHz. Công nghệ Siêu phân luồng có thể tăng tốc hiệu suất hoạt đ ộng của máy tính lên tới 25%. Intel đạt mốc tốc độ mới cho máy tính với việc giới thiệu bộ vi xử lý Pentium 4 tốc độ 3,06 GHz. Đây là bộ vi xử lý thương mại đầu tiên có thể xử lý 3 tỷ chu trình một giây và được hiện thực hóa thông qua việc sử dụng công nghệ sản xuất 0,13 micron tiên tiến nhất của ngành công nghiệp. Tháng 11 năm 2003: Bộ vi xử lý Intel® Pentium® 4 Extreme Edition hỗ trợ Công nghệ Siêu phân luồng tốc độ 3,20 GHz được giới thiệu. Sử dụng công nghệ xử lý 0,13 micron của Intel, bộ vi xử lý Intel Pentium 4 Extreme Edition có bộ nhớ đệm L2 dung lượng 512 kilobyte, một bộ nhớ đệm L3 dung lượng 2 megabyte và một kênh truyền hệ thống tốc độ 800 Mhz. Bộ vi xử lý này tương thích với họ chipset hiện tại Intel® 865 và Intel® 875 cũng như bộ nhớ hệ thống chuẩn. Tháng 6 năm 2004: Bộ vi xử lý Intel Pentium 4 hỗ trợ Công nghệ Siêu phân luồng đạt mốc 3,4 GHz Tháng 4 năm 2005: Giới thiệu nền tảng sử dụng bộ vi xử lý hai nhân đầu tiên của Intel gồm bộ vi xử lý Intel® Pentium® Extreme Edition 840 chạy ở tốc độ 3,2 GHz và một chipset Intel® 955X Express. Các bộ vi xử lý hai nhân hoặc đa nhân được phát triển bằng cách đưa hai hay nhiều nhân xử lý hoàn chỉnh vào trong một bộ vi xử lý đơn nhất giúp quản lý đồng thời nhiều tác vụ. Tháng 5 năm 2005: Bộ vi xử lý Intel® Pentium® D với hai nhân xử lý – hay còn gọi là “các bộ não” – được giới thiệu cùng với họ chipset Intel® 945 Express có khả năng hỗ trợ những tính năng của các thiết bị điện tử tiêu dùng như âm thanh vòm, video có độ phân giải cao và các khả năng xử lý đồ họa tăng cường. Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 15
  17. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành Tháng 5 năm 2006: Nhãn hiệu Intel Core 2 Duo được công bố ra thế giới và sau đó 5 tháng chính hãng Intel đã đến Việt Nam để quảng bá cho sản phẩm mới này. Tháng 7 năm 2006: Tập đoàn Intel công bố 10 bộ vi xử lý mới Intel Core 2 Duo và Core Extreme cho các hệ thống máy tính đ ể bàn và máy tính xách tay. Những bộ vi xử lý mới này nâng cao tới 40% hiệu suất hoạt động và nhiều hơn 40% hiệu quả tiết kiệm điện năng so với bộ vi xử lý Intel® Pentium® tốt nhất. Các bộ vi xử lý Core 2 Duo có 291 triệu bóng bán dẫn. Bảng dưới đây sẽ giúp chúng ta hiểu được sự khác biệt giữa các bộ xử lý mà Intel đã giới thiệu qua các năm: Bảng Tổng quan về CPU Intel Micros: là chiều rộng, tính bằng Microns, của dây dẫn nhỏ nhất trên chip. Để dễ hình dung, chúng ta hãy liên tưởng đến tóc người có độ dày là 100 microns. Và như chúng ta thấy thì kích thước đặc trưng của các phần tử giảm xuống thì số lượng transistor sẽ được tăng lên. Data Width: là chiều rộng của bộ tính toán Logic-Số học ALU. Một ALU 8 bit có thể cộng/trừ/nhân/… 2 số 8 bit, trong khi một ALU 32 bit có thể tính toán các số 32 bit. Một ALU 8 bit sẽ phải thực hiện 4 chỉ lệnh để cộng hai số 32 bit, trong khi một ALU 32 bit có thể làm việc này chỉ với một chỉ lệnh duy nhất. Trong đa số trường hợp, tuyến dữ liệu ngoại có cùng độ rộng với ALU, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Trong khi các CPU Pentium mới tìm nạp dữ liệu 64 bit tại cùng một thời điểm cho các ALU 32 bit của chúng MIPS: viết tắt của cụm "millions of instructions per second", là thước đo tương đối cho hiệu năng của CPU. Các CPU thế hệ mới hiện nay có thể làm rất nhiều việc khác nhau khiến việc đánh giá bằng các giá trị MIPS mất dần ý nghĩa của chúng. Thay thế bằng MIPS, ngày Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 16
  18. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành nay người ta dùng MFLOPS (Mera Floating Point Operations Per Second) hoặc TFLOPS (Tera Floating Point Operations Per Second) để đánh giá hiệu năng của máy tính. Tuy nhiên, chúng ta có thể có đ ược phán đoán chung về sức mạnh tương đối của các CPU từ cột cuối trong bảng trên. Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 17
  19. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành CHƯƠNG II. HỆ THỐNG MÁY TÍNH 1. Các thành phần cơ bản của máy tính • Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit) • Bộ nhớ (Memory) • Hệ thống vào ra (Input/Output System) • Liên kết hệ thống (System Interconnection) 1.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU) • Chức năng: o điều khiển hoạt động của máy tính o xử lý dữ liệu • Nguyên tắc hoạt động cơ bản: CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính. Cấu trúc cơ bản của CPU Các thành phần cơ bản của CPU: • Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU): điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn. • Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thực hiện các phép toán số học và phép toán logic. • Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU. • Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU) kết nối và trao đổi thông tin giữa bus bên trong (internal bus) và bus bên ngoài (external bus). Tốc độ của bộ xử lý: • Tốc độ của bộ xử lý: • Số lệnh được thực hiện trong 1 giây • MIPS (Million of Instructions per Second) • Khó đánh giá chính xác • Tần số xung nhịp của bộ xử lý: • Bộ xử lý hoạt động theo một xung nhịp (Clock) có tần số xác định • Tốc độ của bộ xử lý được đánh giá gián tiếp thông qua tần số của xung nhịp • Dạng xung nhịp Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 18
  20. Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính và hệ điều hành • T0: chu kỳ xung nhịp • Tần số xung nhịp: f0 = 1/T0 • Mỗi thao tác của bộ xử lý cần kT0 • T0 càng nhỏ  bộ xử lý chạy càng nhanh • Ví dụ: Máy tính dùng bộ xử lý 2GHz • Ta có f0 = 2GHz = 2x109Hz  T0 = 1/f0 = 1/(2x109) = 0,5 ns. 1.2. Bộ nhớ máy tính (Memory) • Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu. • Các thao tác cơ bản với bộ nhớ: o Thao tác ghi (Write) o Thao tác đọc (Read) • Các thành phần chính: o Bộ nhớ trong (Internal Memory) o Bộ nhớ ngoài (External Memory) Các thành phần của bộ nhớ máy tính: Bộ nhớ trong: • Chức năng và đặc điểm: o Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp o Tốc độ rất nhanh o Dung lượng không lớn o Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM và RAM • Các loại bộ nhớ trong: o Bộ nhớ chính o Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm) Bộ nhớ chính (Main Memory): • Chứa các chương trình và dữ liệu đang được CPU sử dụng. • Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ. • Ngăn nhớ thường được tổ chức theo byte. • Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, song địa chỉ vật lý của ngăn nhớ luôn cố định Bộ nhớ cache: • Bộ nhớ có tốc độ nhanh được đặt đệm giữa CPU và bộ Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 19
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2