Chương 1: giới thiệu về kiến trúc máy tính

Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) là một khái niệm trừu tượng của mộthệ thống tính toán dưới quan điểm của người lập trình hoặc người viết chương trìnhdịcch. Nói cách khác, kiến trúc máy tính được xem xét theo khía cạnh mà người lập trìnhcó thể can thiệp vào mọi mức đặc quyền, bao gồm các thanh ghi, ô nhớ các ngắt ... có thểđược thâm nhập thông qua các lệnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 1: giới thiệu về kiến trúc máy tính Bài giảng môn Cấu Trúc Máy Tính Chương 1: Giới thiệu chung về kiến trúc máy tính1.1. Khái niệm về kiến trúc máy tính: Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) là một khái niệm trừu tượng của mộthệ thống tính toán dưới quan điểm của người lập trình hoặc người viết chương trìnhdịcch. Nói cách khác, kiến trúc máy tính được xem xét theo khía cạnh mà người l ập trìnhcó thể can thiệp vào mọi mức đặc quyền, bao gồm các thanh ghi, ô nhớ các ngắt ... có thểđược thâm nhập thông qua các lệnh.1.2. Lịch sử phát triển của máy tính: Trước khi máy tính điện tử ra đời, công cụ tính toán của con người đ ược bắt đ ầutừ ngón tay, các hòn sỏi, bản tính gảy bằng ngón tay, máy cộng cơ khí, máy tính cơ khí. Kể từ khi ra đời, máy tính điện tử như một cuộc cách mạng chuyển kỹ thuật tínhtoán sang một giai đoạn mới, giai đoạn bán tự động và tự động hoá. Con người có th ể ralệnh cho máy vi tính làm các công việc thay mình.Ban đầu, máy tính đơn thuần là chỉ để tsnh toán, gõ văn bản, sau đó là đ ến các tiện íchkhác như xem phim, nghe nhạc, chơi điện tử, xử lý đồ hoạ, kết nối mạng... Đ ể có đ ượcnhững thành quả như ngày hôm nay, máy tính điện tử đã trải qua nhiều chặng đường pháttriển khác nhau. Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiểu cụ thể từng thời kỳ đó - Từ năm 1943 đến năm 1955: + Các máy tính được chế tạo từ bóng đèn điện tử chân không, tiêu thụ điện nănglớn. Tốc độ tính toán vài nghìn phép tính trên một giây. Ngôn ngữ lập trình là các ngônngữ ký hiệu, ngôn ngữ máy. + ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) là máy tính điện tử sốđầu tiên do Giáo sư Mauchly và người học trò Eckert tại Đại học Pennsylvania thiết kếvào năm 1943 và được hoàn thành vào năm 1946 được BRL (Ballistics Research Laboratory– Phòng nghiên cứu đạn đạo quân đội Mỹ) dùng cho việc tính toán chính xác và nhanhchóng các bảng số liệu đạn đạo cho từng loại vũ khí mới. Đây là một máy tính khổng l ồvới thể tích dài 20 mét, cao 2,8 mét và rộng vài mét. ENIAC bao gồm: 18.000 đèn điện tử,1.500 công tắc tự động, cân nặng 30 tấn và tiêu thụ 140KW giờ. Nó có 20 thanh ghi 10 bit(tính toán trên số thập phân). Có khả năng thực hiện 5.000 phép toán cộng trong một giây.Công việc lập trình bằng tay bằng cách đấu nối các đầu cắm điện và dùng các ngắt điện. + IAS (Institute for Advanced Studies) được giáo sư toán học John Von Neumann(cố vấn của dự án ENIAC) đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy tính bắt đầu từ 1947 và hoànthành 1952 tại học viện nghiên cứu cao cấp Princeton của Mỹ. Chương trình đ ược l ưutrong bộ nhớ, bộ điều khiển sẽ lấy lệnh và biến đổi giá trị của dữ liệu trong phần b ộnhớ, bộ làm toán và luận lý (ALU: Arithmetic And Logic Unit) được điều khiển để tínhtoán trên dữ liệu nhị phân, điều khiển hoạt động của các thiết bị vào ra. Đây là một ýtưởng nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay. Máy tính này còn đ ược gọi là máytính Von Neumann. + Vào những năm đầu của thập niên 50, những máy tính thương mại đầu tiên đượcđưa ra thị trường: hệ máy UNIVAC (Universal Automatic Computer) phiên bản I, II và hệmáy IBM (International Business Machine) 701, 702. - Từ năm 1956 đến năm 1965: Trang 1 Bài giảng môn Cấu Trúc Máy Tính + Các máy tính sử dụng các bóng đèn điện tử chân không có nhược điểm là tốc độtính toán chậm, nhiệt lượng toả ra lớn và kích thước cồng kềnh. Đ ể khắc phục nhượcđiểm này, các máy tính được chế tạo từ các chất bán dẫn, tiêu thụ điện năng ít h ơn. Ýtưởng dùng chất bán dẫn được Bardeen, Brattain, Shockley của phòng thí nghiệm BellLabs đã phát minh và đã được giải Nobel vật lý năm 1956. Tốc độ tính toán hàng vạn phéptính trên một giây. Được trang bị bộ nhớ trong lớn, các thiết bị ngoại vi bắt đầu phát triểnnhư màn hình trắng đen, bàn phím... + Máy tính PDP-1 của DEC (Digital Equipment Corporation) và IBM 7094 là nhữngmáy tính nhỏ gọn đầu tiên tiêu biểu cho thời kỳ này. + Ngôn ngữ cấp cao xuất hiện (như FORTRAN năm 1956, COBOL năm 1959,ALGOL năm 1960) và hệ điều hành kiểu tuần tự (Batch Processing) được dùng. Trong hệđiều hành này, chương trình của người dùng thứ nhất được chạy, xong đến chương trìnhcủa người dùng thứ hai và cứ thế tiếp tục. - Từ năm từ năm 1966 đến năm 1975: + Công nghệ bán dẫn ra đời là một bước nhảy vọt, đã khắc phục được những hạnchế của các bóng đèn điện tử chân không và thoả mãn được những đòi hỏi lúc bấy giờ.Tuy nhiên sau quá trình phát triển này đã dần bộc lộ những mặt yếu kém. Ví dụ khi cầnđáp ứng máy tính có tốc độ cao hơn, khả năng tính toán lớn và các ứng dụng đa dạng thìkích thước của nó càng tăng lên và giá thành cao hơn. Chính vì vậy mà một công nghệ mớira đời đã khắc phục những nhược điểm tr ...