Giáo trình Kiến trúc máy tính (Nghề: Truyền thông và mạng máy tính - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp

Giáo trình Kiến trúc máy tính với mục tiêu giúp các bạn có thể hiểu các nguyên tắc tổ chức, cách thức hoạt động các bộ phận chính của hệ thống máy tính gồm bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi liên kết với nhau qua các bus. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kiến trúc máy tính (Nghề: Truyền thông và mạng máy tính - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH NGÀNH, NGHỀ: TRUYỀN THÔNG VÀ MẠNG MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-CĐCĐ-ĐT ngày tháng năm 2017 của Hiệu trƣởng Trƣờng Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Kiến trúc máy tính là một thuật ngữ thƣờng đƣợc sử dụng để nói về các vấn đề liên quan đến tổ chức và thiết kế các máy tính điện tử số. Nội dung của nghiên cứu này gắn liền với việc thiết kế phần cứng của các hệ thống máy tính cũng nhƣ việc thiết kế đó phụ thuộc vào các hệ thống phần mềm. Trong kỹ thuật máy tính, Kiến trúc máy tính là mô tả các khái niệm và cấu trúc hoạt động căn bản của một hệ thống máy tính. Nó là một bản mô tả có tính chất chức năng về các yêu cầu và những sự hoạt động cho những bộ phận khác nhau của một máy tính - tập trung chủ yếu vào cách tổ chức bên trong hệ thống máy tính, việc CPU hoạt động nội tại nhƣ thế nào và truy cập các địa chỉ trong bộ nhớ bằng cách nào. Nó cũng có thể đƣợc định nghĩa nhƣ là khoa học và nghệ thuật lựa chọn và kết nối các thành phần phần cứng để tạo thành các máy tính đáp ứng đƣợc các mục đích về tính năng, hiệu suất và giá cả. Kiến trúc máy tính bao gồm:  Vi kiến trúc (Microarchitecture), còn gọi là tổ chức máy tính (Computer organization) là một mô tả bậc thấp, cụ thể hơn về hệ thống. Mô tả này nói về các bộ phận cấu thành của hệ thống đƣợc kết nối với nhau nhƣ thế nào và chúng hoạt động tƣơng hỗ nhƣ thế nào để thực hiện kiến trúc tập lệnh.  Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất cả các thành phần phần cứng khác bên trong một hệ thống tính toán chẳng hạn: - Các đƣờng kết nối hệ thống nhƣ bus (máy tính) và switch - Các bộ điều khiển bộ nhớ (memory controller) và các cấp bộ nhớ - Các cơ chế CPU off-load nhƣ Direct memory access (truy nhập bộ nhớ trực tiếp) - Các vấn đề nhƣ đa xử lý (multi-processing). Nội dung bài giảng đƣợc phân bố gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về kiến trúc máy tính Giới thiệu lịch sử và thành quả phát triển của các loại máy tính điện tử; các khái niệm cơ bản về thông tin, phƣơng pháp mã hóa thông tin trong máy tính điện tử Chƣơng 2: Bộ xử lý Giới thiệu tổ chức, nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý nhằm thực hiện nhiệm vụ mà kiến trúc phần mềm đã đề ra; các kỹ thuật nâng cao hiệu quả hoạt động của các bộ xử lý hiện đại. Chƣơng 3: Các cấp bộ nhớ Giới thiệu chức năng, nguyên lý hoạt động của các loại bộ nhớ, tổ chức các cấp bộ nhớ và các kỹ thuật nâng cao hiệu quả hoạt động của bộ nhớ trong máy tính điện tử Chƣơng 4: Nhập – Xuất Giới thiệu chức năng, nhiệm vụ các thiết bị nhập xuất trong hệ thống máy tính; nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị lƣu trữ thông dụng; giới thiệu hệ thống kết nối cơ bản giữa các bộ phận trong máy tính và cách giao tiếp giữa ngoại vi và bộ xử lý; phƣơng pháp lƣu trữ an toàn dữ liệu trên đĩa cứng. Để hoàn thiện giáo trình này tác giả xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy cô là giảng viên trƣờng Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp, trƣờng Cao đẳng Nghề An Giang, trƣờng Trung cấp Hồng Ngự, trƣờng Trung cấp Tháp Mƣời; các Anh (Chị) đại diện Sở Lao động Thƣơng binh và Xã hội, đại diện các công ty, doanh nghiệp đã tham gia đóng góp ý kiến. Mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng trong việc biên soạn tài liệu này, song không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu từ các bạn đọc để bài giảng ngày càng hoàn thiện hơn. Đồng Tháp, ngày 30 tháng 10 năm 2017 Chủ biên Huỳnh Văn Khỏe MỤC LỤC  Trang LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ................................ 1 1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản ........................................................... 1 1.1. Nguyên tắc tổ chức.................................................................................... 1 1.2. Ngôn ngữ máy và cấp kiến trúc máy tính ................................................. 2 2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của máy tính điện tử ...................................... 4 2.1. Lịch sử phát triển....................................................................................... 4 2.2. Phân loại máy tính ..................................................................................... 7 2.3. Các lĩnh vực ứng dụng của máy tính ........................................................ 8 3. Các hệ thống số ............................................................................................... 8 3.1. Nguyên lý của việc viết số ........................................................................ 8 3.2. Biến đổi qua lại giữa các hệ thống số ..................................................... 11 4. Thông tin và mã hóa thông tin ...................................................................... 19 4.1. Số nguyên có dấu ...... ...