Bài giảng Kiến trúc máy tính: Phần 1 - Hoàng Xuân Dậu

Bài giảng "Kiến trúc máy tính: Phần 1 - Hoàng Xuân Dậu" cung cấp tới người học các nội dung kiến thức trọng tâm về: Khái niệm về kiến trúc và tổ chức máy tính; Cấu trúc và chức năng các thành phần của máy tính; Lịch sử phát triển máy tính; Khối xứ lý trung tâm; Tập lệnh máy tính; Bộ nhớ trong. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính: Phần 1 - Hoàng Xuân Dậu HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG ----------------------------------- HOÀNG XUÂN DẬU BÀI GIẢNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH HÀ NỘI 2010 LỜI NÓI ĐẦU Kiến trúc máy tính là một trong các lĩnh vực khoa học cơ sở của ngành Khoa học máy tính nói riêng và Công nghệ thông tin nói chung. Kiến trúc máy tính là khoa học về lựa chọn và ghép nối các thành phần phần cứng của máy tính nhằm đạt đƣợc các mục tiêu về hiệu năng cao, tính năng đa dạng và giá thành thấp. Môn học Kiến trúc máy tính là môn học cơ sở chuyên ngành trong chƣơng trình đào tạo công nghệ thông tin hệ đại học và cao đẳng. Mục tiêu của môn học là cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ sở của kiến trúc máy tính, bao gồm bao gồm kiến trúc máy tính tổng quát, kiến trúc bộ xử lý trung tâm và các thành phần của bộ xử lý trung tâm, kiến trúc tập lệnh máy tính, cơ chế ống lệnh; hệ thống phân cấp của bộ nhớ, bộ nhớ trong, bộ nhớ cache và các loại bộ nhớ ngoài; hệ thống bus và các thiết bị vào ra. Kiến trúc máy tính là một lĩnh vực đã đƣợc phát triển trong một thời gian tƣơng đối dài với lƣợng kiến thức đồ sộ, nhƣng do khuôn khổ của tài liệu có tính chất là bài giảng môn học, tác giả cố gắng trình bày những vấn đề cơ sở nhất phục vụ mục tiêu môn học. Nội dung của tài liệu đƣợc biên soạn thành sáu chƣơng: Chƣơng 1 là phần giới thiệu các khái niệm cơ sở của kiến trúc máy tính, nhƣ khái kiệm kiến trúc và tổ chức máy tính; cấu trúc và chức năng các thành phần của máy tính; các kiến trúc máy tính von-Neumann và kiến trúc Harvard. Khái niệm về các hệ đếm và cách tổ chức dữ liệu trên máy tính cũng đƣợc trình bày trong chƣơng này. Chƣơng 2 giới thiệu về khối xử lý trung tâm, nguyên tắc hoạt động và các thành phần của nó. Khối xử lý trung tâm là thành phần quan trọng và phức tạp nhất trong máy tính, đóng vai trò là bộ não của máy tính. Thông qua việc thực hiện các lệnh của chƣơng trình bởi khối xử lý trung tâm, máy tính có thể thực thi các yêu cầu của ngƣời sử dụng. Chƣơng 3 giới thiệu về tập lệnh của máy tính, bao gồm các khái niệm về lệnh, dạng lệnh, các thành phần của lệnh; các dạng địa chỉ và các chế độ địa chỉ. Chƣơng cũng giới thiệu một số dạng lệnh thông dụng kèm ví dụ minh hoạ. Ngoài ra, cơ chế ống lệnh – xử lý xen kẽ các lệnh cũng đƣợc đề cập. Chƣơng 4 trình bày về bộ nhớ trong: khái quát về hệ thống bộ nhớ và cấu trúc phân cấp của hệ thống nhớ; giới thiệu các loại bộ nhớ ROM và RAM. Một phần rất quan trọng của chƣơng là phần giới thiệu về bộ nhớ cache - một bộ nhớ đặc biệt có khả năng giúp tăng tốc hệ thống nhớ nói riêng và cả hệ thống máy tính nói chung. Chƣơng 5 giới thiệu về bộ nhớ ngoài, bao gồm các loại đĩa từ, đĩa quang, các hệ thống RAID, NAS và SAN. Bộ nhớ ngoài là dạng bộ nhớ thƣờng có dung lƣợng lớn và dùng để lƣu trữ thông tin ổn định, không phụ thuộc nguồn điện nuôi. 1 Chƣơng 6 trình bày về hệ thống bus và các thiết bị ngoại vi. Phần trình bày về hệ thống bus đề cập đến các loại bus nhƣ ISA, EISA, PCI, AGP và PCI-Express. Phần giới thiệu các thiết bị vào ra đề cập đến nguyên lý hoạt động của một số thiết bị vào ra thông dụng, nhƣ bàn phím, chuột, màn hình và máy in. Tài liệu đƣợc biên soạn dựa trên kinh nghiệm giảng dạy môn học Kiến trúc máy tính trong nhiều năm của tác giả tại Học viện Công nghệ Bƣu chính – Viễn thông, kết hợp tiếp thu các đóng góp của đồng nghiệp và phản hồi từ sinh viên. Tài liệu có thể đƣợc sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên hệ đại học và cao đẳng các ngành công nghệ thông tin và điện tử viễn thông. Trong quá trình biên soạn, mặc dù tác giả đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi có những thiếu sót. Tác giả rất mong muốn nhận đƣợc ý kiến phản hồi và các góp ý cho các thiếu sót, cũng nhƣ ý kiến về việc cập nhật, hoàn thiện nội dung của tài liệu. Hà nội, tháng 8 năm 2010 Tác giả TS. Hoàng Xuân Dậu Email: dauhx@ptit.edu.vn 2 MỤC LỤC CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................... 5 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KIẾN TRÚC VÀ TỔ CHỨC MÁY TÍNH .......................................... 5 1.2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG các thành phẦN CỦA MÁY TÍNH ............................. 5 1.2.1 Sơ đồ khối chức năng ................................................................................................ 5 1.2.2 Các thành phần của máy tính ..................................................................................... 6 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY TÍNH ............................................................................. 8 1.3.1 Thế hệ 1 (1944-1959) ................................................................................................ 8 1.3.2 Thế hệ 2 (1960-1964) ................................................................................................ 8 1.3.3 Thế hệ 3 (1964-1975) ................................................................................................ 8 1.3.4 Thế hệ 4 (1975-1989) ................................................................................................ 8 1.3.5 Thế hệ 5 (1990 - nay) ................................................................................................ 8 1.4 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VON-NEUMANN................................................................. 9 1.4.1 Sơ đồ kiến trúc máy tính von-Neumann .................................................................... 9 1.4.2 Các đặc đ ...