Lecture Computer Architecture - Chapter 1: Computer Abstractions and Technology

Lĩnh vực kiến trúc máy tính là nền tảng cốt yếu để thấu hiểu sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin hiện đại. Sự tiến bộ không ngừng trong công nghệ máy tính, đặc biệt được thúc đẩy bởi định luật Moore, đã châm ngòi cho một cuộc cách mạng máy tính sâu rộng, giúp hiện thực hóa vô số ứng dụng mới và làm cho máy tính trở nên phổ biến trong mọi khía cạnh của đời sống. Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về bối cảnh này, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nắm vững các khái niệm cơ bản về các tầng trừu tượng và công nghệ đã định hình nên các hệ thống máy tính ngày nay. Mục tiêu là đặt nền móng vững chắc cho việc nghiên cứu sâu hơn về kiến trúc máy tính.

Sinh viên ngành Khoa học Máy tính và Kỹ thuật, kỹ sư phần mềm, kỹ sư phần cứng, và bất kỳ ai quan tâm đến nguyên lý hoạt động và lịch sử phát triển của các hệ thống máy tính.

Tài liệu này giới thiệu tổng quan về "kiến trúc máy tính", bắt đầu bằng cách phác thảo "cuộc cách mạng máy tính" và tầm ảnh hưởng sâu rộng của nó đối với xã hội. Sự phát triển này được soi sáng qua lịch sử của các thế hệ máy tính, từ ống chân không đến vi mạch tích hợp, và được nhấn mạnh bởi "định luật Moore" – yếu tố then chốt đằng sau "tiến bộ công nghệ" nhanh chóng. Tài liệu phân loại các loại máy tính khác nhau, bao gồm máy tính cá nhân, máy tính nhúng, máy chủ và siêu máy tính, đồng thời giới thiệu về "kỷ nguyên PostPC" đang thịnh hành, với sự nổi lên của "điện toán đám mây" và "thiết bị di động cá nhân" (PMD) như smartphone và tablet. Để "hiểu rõ hiệu năng", tài liệu giải thích các yếu tố ảnh hưởng như thuật toán, ngôn ngữ lập trình, hệ thống "bộ xử lý và bộ nhớ", cũng như hệ thống I/O. Cấu trúc của một chương trình được làm rõ thông qua các tầng "phần mềm ứng dụng", "phần mềm hệ thống" (bao gồm trình biên dịch và hệ điều hành) và "phần cứng", cùng với các cấp độ mã chương trình từ ngôn ngữ bậc cao đến mã nhị phân. Các thành phần chính của một máy tính và cấu tạo bên trong của "CPU" (bộ xử lý trung tâm), gồm "đường dẫn dữ liệu", "bộ điều khiển" và "bộ nhớ đệm", cũng được trình bày. Cuối cùng, tám ý tưởng lớn trong "kiến trúc máy tính" được giới thiệu, bao gồm việc sử dụng "tầng trừu tượng" để đơn giản hóa thiết kế, tối ưu hóa trường hợp phổ biến, nâng cao hiệu năng thông qua song song hóa, đường ống và dự đoán, quản lý phân cấp bộ nhớ và đảm bảo độ tin cậy thông qua dự phòng. Tài liệu này cung cấp một khuôn khổ toàn diện để hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống máy tính hiện đại và các nguyên tắc thiết kế cơ bản.