GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH_CHƯƠNG 1

Tài liệu tham khảo chuyên ngành công nghệ thông tin - Giáo trình kiến trúc máy tính. Kiến trúc máy tính là một khái niệm trừu tượng của một hệ thống tính toán dưới quan diểm của người lập trình hoặc của người viết chương trình dịch.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH_CHƯƠNG 1 Gi¸o tr×nh KiÕn tróc m¸y tÝnh Ng« Nh- KhoaCh-¬ng I. Giíi thiÖu chung vÒ kiÕn tróc m¸y tÝnh.I. Kh¸i niÖm vÒ kiÕn tróc m¸y tÝnh KiÕn tróc m¸y tÝnh (Computer architecture) lµ mét kh¸i niÖm trõu t-îng cñamét hÖ thèng tÝnh to¸n d-íi quan ®iÓm cña ng-êi lËp tr×nh hoÆc ng-êi viÕt ch-¬ngtr×nh dÞch. Nãi c¸ch kh¸c, kiÕn tróc m¸y tÝnh ®-îc xem xÐt theo khÝa c¹nh mµ ng-êi lËptr×nh cã thÓ can thiÖp vµo mäi møc ®Æc quyÒn, bao gåm c¸c thanh ghi, « nhí c¸cng¾t ... cã thÓ ®-îc th©m nhËp th«ng qua c¸c lÖnh.II. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh. ChiÕc m¸y tÝnh ®iÖn tö ®Çu tiªn lµ ENIAC ®-îc ra ®êi n¨m 1946, ®-îc chÕt¹o tõ nh÷ng ®Ìn ®iÖn tö, r¬le ®iÖn tö vµ c¸c chuyÓn m¹ch c¬ khÝ. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh ®iÖn tö cã thÓ chia lµm bèn thÕ hÖ nh- sau:- ThÕ hÖ 1: (1945-1955). M¸y tÝnh ®-îc x©y dùng trªn c¬ së ®Ìn ®iÖn tö mµ mçi®Ìn t-îng tr-ng cho 1 bit nhÞ ph©n. Do ®ã m¸y cã khèi l-îng rÊt lín, tèc ®é chËmvµ tiªu thô ®iÖn n¨ng lín. Nh- m¸y ENIAC cã khèi l-îng 30 tÊn, tiªu thô c«ng suÊt140KW. - ThÕ hÖ thø 2: (1955-1965). M¸y tÝnh ®-îc x©y dùng trªn c¬ së lµ c¸c ®Ìn b¸ndÉn (transistor), m¸y tÝnh ®Çu tiªn thÕ hÖ nµy cã tªnlµ TX-0 (transistorizedexperimental computer 0). - ThÕ hÖ thø ba: (1965-1980). M¸y tÝnh ®-îc x©y dùng trªn c¸c vi m¹ch cì nhá(SSI) vµ cì võa (MSI), ®iÓn h×nh lµ thÕ hÖ m¸y System/360 cña IBM. ThÕ hÖ m¸ytÝnh nµy cã nh÷ng b-íc ®ét ph¸ míi nh- sau: - TÝnh t-¬ng thÝch cao: C¸c m¸y tÝnh trong cïng mét hä cã kh¶ n¨ng ch¹yc¸c ch-¬ng tr×nh, phÇn mÒm cña nhau. - §Æc tÝnh ®a ch-¬ng tr×nh: T¹i mét thêi ®iÓm cã thÓ cã vµi ch-¬ng tr×nh n»mtrong bé nhí vµ mét trong sè ®ã ®-îc cho ch¹y trong khi c¸c ch-¬ng tr×nh kh¸cchê hoµn thµnh c¸c thao t¸c vµo/ra. - Kh«ng gian ®Þa chØ rÊt lín.- ThÕ hÖ thø t-: (1980- ). M¸y tÝnh ®-îc x©y dùng trªn c¸c vi m¹ch cì lín (LSI)vµ cùc lín (VLSI). §©y lµ thÕ hÖ m¸y tÝnh sè ngµy nay, nhê c«ng nghÖ b¸n dÉn ph¸t triÓn v-îtbËc, mµ ng-êi ta cã thÓ chÕ t¹o c¸c m¹ch tæ hîp ë møc ®é cùc lín. Nhê ®ã m¸ytÝnh ngµy cµng nhá h¬n, nhÑ h¬n, m¹nh h¬n vµ gi¸ thµnh rÎ h¬n. M¸y tÝnh c¸ nh©nb¾t ®Çu xuÊt hiÖn vµ ph¸t triÓn trong thêi kú nµy. Dùa vµo kÝch th-íc vËt lý, hiÖu suÊt vµ lÜnh vùc sö dông, hiÖn nay ng-êi tath-êng chia m¸y tÝnh sè thÕ hÖ thø t- thµnh 5 lo¹i chÝnh, c¸c lo¹i cã thÓ trïm lªnnhau mét phÇn: Photocopyable 1 Gi¸o tr×nh KiÕn tróc m¸y tÝnh Ng« Nh- Khoa - Microcomputer: Cßn gäi lµ PC (personal computer), lµ nh÷ng m¸y tÝnhnhá, cã 1 chip vi xö lý vµ mét sè thiÕt bÞ ngo¹i vi. Th-êng dïng cho mét ng-êi, cãthÓ dïng ®éc lËp hoÆc dïng trong m¹ng m¸y tÝnh. - Minicomputer: Lµ nh÷ng m¸y tÝnh cì trung b×nh, kÝch th-íc th-êng lính¬n PC. Nã cã thÓ thùc hiÖn ®-îc c¸c øng dôngmµ m¸y tÝnh cì lín thùc hiÖn. Nãcã kh¶ n¨ng hç trî hµng chôc ®Õn hµng tr¨m ng-êi lµm viÖc. Minicomputer ®-îcsö dông réng r·i trong c¸c øng dông thêi gian thùc, vÝ dô trong ®iÒu khiÓn hµngkh«ng, trong tù ®éng ho¸ s¶n xuÊt. - Supermini: Lµ nh÷ng m¸y Minicomputer cã tèc ®é xö lý nhanh nhÊt tronghä Mini ë nh÷ng thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh. Supermini th-êng ®-îc dïng trong c¸c hÖthèng ph©n chia thêi gian, vÝ dô c¸c m¸y qu¶n gia cña m¹ng. - Mainframe: Lµ nh÷ng m¸y tÝnh cì lín, cã kh¶ n¨ng hç trî cho hµng tr¨m®Õn hµng ngµn ng-êi sö dông. Th-êng ®-îc sö dông trong chÕ ®é c¸c c«ng viÖc s¾pxÕp theo l« lín (Large-Batch-Job) hoÆc xö lý c¸c giao dÞch (TransactionProcessing), vÝ dô trong ng©n hµng. - Supercomputer: §©y lµ nh÷ng siªu m¸y tÝnh, ®-îc thiÕt kÕ ®Æc biÖt ®Ó ®¹ttèc ®é thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh dÊu phÈy ®éng cao nhÊt cã thÓ ®-îc. Chóng th-êngcã kiÕn tróc song song, chØ ho¹t ®éng hiÖu qu¶ cao trong mét sè lÜnh vùc. Dùa vµo kiÕn tróc cña m¸y tÝnh ng-êi ta còng ph©n m¸y tÝnh ra c¸c lo¹i kh¸cnhau nh- sau: - KiÕn tróc SISD (single instruction - single data, ®¬n dßng lÖnh - ®¬n dßngd÷ liÖu), s¬ ®å nh- h×nh 1-1. C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn lÖnh Khèi ®iÒu khiÓn Khèi chÊp hµnh lÖnh d÷ liÖu HÖ thèng nhí H×nh 1-1: KiÕn tróc m¸y tÝnh SISD. - KiÕn tróc CIMD (Single Instruction Multiple Data, ®¬n dßng lÖnh- ®a d÷liÖu), s¬ ®å nh- h×nh 1-2. Photocopyable 2 Gi¸o tr×nh KiÕn tróc m¸y tÝnh Ng« Nh- Khoa C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn Khèi ®iÒu khiÓn Khèi chÊp hµnh 1 Khèi chÊp hµnh 2 Khèi chÊp hµnh n lÖnh d÷ liÖu HÖ thèng nhí H×nh 1-2: KiÕn tróc SIMD. - KiÕn tróc MIMD (Multiple Instruction Multiple Data, ®a dßng lÖnh- ®a d÷liÖu), s¬ ®å nh- h×nh 1-3. C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn Khèi ®iÒu khiÓn 1 Khèi chÊp hµnh 1 Khèi ®iÒu khiÓn n Khèi chÊp hµnh n lÖnh d÷ liÖu lÖnh d÷ liÖu HÖ thèng nhí H×nh 1-3: KiÕn tróc MIMD. Photocopyable 3Gi¸o tr×nh KiÕn tróc m¸y tÝnh Ng« Nh- Khoa Photocopyable 4 ...