Giáo trình Kiến trúc máy tính và quản lý hệ thống máy tính: Phần 1

"Giáo trình Kiến trúc máy tính và quản lý hệ thống máy tính: Phần 1" giúp người học nắm được Giới thiệu những kiến thức tổng quan về kiến trúc máy tính, bắt đầu từ nguyên lý kiến trúc, chức năng, nhiệm vụ và các thành phần cơ bản tạo nên một máy tính theo nguyên lý Von Neumann; kiến trúc và các bước thiết kế kiến trúc đơn vị xử lý trung tâm CPU, đơn vị điều khiển CU thông qua việc phân tích hoạt động chức năng thực thi lệnh, thực thi chương trình. Phân tích kiến trúc tập lệnh và phương thức CPU thực hiện lệnh, chu kỳ lệnh trong thực hiện chương trình, thông qua đó củng cố sâu thêm những hiểu biết về nguyên lý kiến trúc, chuẩn bị kiến thức cơ sở cho lập trình hệ thống. Thông qua truy xuất bộ nhớ để lấy lệnh, lấy dữ liệu, phân tích các phương pháp định vị ô nhớ trong cấu trúc lệnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kiến trúc máy tính và quản lý hệ thống máy tính: Phần 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ============== GIÁO TRÌNH MÔN HỌC KIẾN TRÚC MÁY TÍNH & QUẢN LÝ HỆ THỐNG MÁY TÍNH THÁI BÌNH, NĂM 2016 Khoa CNTT - Trường Đại học Thái Bình Giáo trình KTMT & QLHTMT LỜI NÓI ĐẦU Máy tính đang ngày càng trở thành một công cụ không thể thiếu cũng như không thể thay thế được trong đời sống thường nhật. Ứng dụng công nghệ thông tin trong sinh hoạt hàng ngày, trong sản xuất ra của cải vật chất cũng như trong công việc điều hành, quản lý ngày càng phổ biến. Có thể nói mọi người, không phân biệt giới tính hay tuổi tác, đều tìm được ở công cụ sắc bén này một niềm hứng khởi, say mê kể cả trong giải quyết công việc cũng như học hỏi, nghiên cứu sáng tạo hay giải trí. Cấu tạo máy tính ngày càng hiện đại, tinh vi, phức tạp, bao gồm nhiều thành phần chức năng và đòi hỏi sự liên kết, hợp tác của nhiều ngành khoa học, công nghệ mũi nhọn tạo nên. Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) là ngành khoa học nghiên cứu nguyên lý hoạt động, tổ chức (organization) máy tính từ các thành phần chức năng cơ bản – cấu trúc và tổ chức phần cứng, tập lệnh – mà qua đó, các lập trình viên có thể nhận thấy, sử dụng, khai thác và sáng tạo để đáp ứng tốt hơn, đầy đủ hơn những yêu cầu của người dùng. Một máy tính không chỉ bao gồm các thành phần vật lý, các khổi chức năng – thường được gọi là phần cứng (hardware) – mà còn bao gồm một khối lượng đồ sộ các chương trình điều hành, quản lý, tiện ích và ứng dụng, được gọi là phần mềm (software). Nội dung giáo trình được trình bày trong 11 chương. Chương I: Nhắc lại những kiến thức cơ bản về mạch điện tử số, các cổng logic, mạch flip-flop, v.v…, những phần tử cơ bản nhất cấu thành các mạch chức năng trong máy tính. Các kiến thức cơ bản về mạch tổ hợp, mạch tuần tự, mạch cộng dữ liệu nhị phân, thanh ghi dịch, …, cũng được trình bày. Những kiến thức này rất cần thiết để sinh viên dễ dàng nắm bắt nguyên lý làm việc của các khối chức năng cơ bản trong máy tính. Chương II: Giới thiệu những kiến thức tổng quan về kiến trúc máy tính, bắt đầu từ nguyên lý kiến trúc, chức năng, nhiệm vụ và các thành phần cơ bản tạo nên một máy tính theo nguyên lý Von Neumann. Nội dung chương phân biệt hai khái niệm kiến trúc, tổ chức máy tính với cấu trúc máy tính để dễ dàng nắm bắt các yêu cầu hiểu biết về CPU, về bộ nhớ, về các thiết bị ngoại vi và liên kết hệ thống giữa các đơn vị chức năng này. Nguyên lý và phương thức biểu diễn các thông tin số, thông tin không số cũng được trình bày trong chương này. Chương III: Trình bày kiến trúc và các bước thiết kế kiến trúc đơn vị xử lý trung tâm CPU, đơn vị điều khiển CU thông qua việc phân tích hoạt động chức năng thực thi lệnh, thực thi chương trình. Chương IV: Phân tích kiến trúc tập lệnh và phương thức CPU thực hiện lệnh, chu kỳ lệnh trong thực hiện chương trình, thông qua đó củng cố sâu thêm những hiểu biết về nguyên lý kiến trúc, chuẩn bị kiến thức cơ sở cho lập trình hệ thống. Thông qua truy xuất bộ nhớ để lấy lệnh, lấy dữ liệu, phân tích các phương pháp định vị ô nhớ trong cấu trúc lệnh. Chương V: Trình bày khái niệm BUS trong chức năng các kênh truyền dẫn 1 Khoa CNTT - Trường Đại học Thái Bình Giáo trình KTMT & QLHTMT thông tin, dữ liệu liên kết các thành phần chức năng của một máy tính. Nội dung chương đề cập các mối liên kết thông qua hệ thống BUS giữa CPU với bộ nhớ, giữa CPU với các thiết bị ngoại vi và các yêu cầu về định thời cho hoạt động trao đổi thông tin, dữ liệu. Chức năng truy cập trực tiếp bộ nhớ (Direct Memory Access), chức năng quản lý và điều khiển quá trình ngắt cũng được phân tích trong chương này. Trên cơ sở phân tích các nội dung trên, đưa ra yêu cầu thiết kế, xây dựng hệ thống BUS nhằm đảm bảo cho hệ thống máy tính hoạt động ổn định. Chương VI: Trình bày tổ chức và quản lý bộ nhớ. Các khái niệm phần tử nhớ, tạo từ nhớ từ các chip nhớ được đề cập cụ thể. Nội dung cũng đề cập phương thức quản lý bộ nhớ theo phân đoạn, phân trang, quản lý bộ nhớ trong chế độ bảo vệ, quản lý theo đặc quyền truy xuất. Các phương pháp tổ chức và quản lý bộ nhớ cache, thành phần nâng cao đáng kể hiệu suất hoạt động của CPU, được khảo sát kỹ trong chương này. Chương VII: Phân tích yêu cầu cơ bản của một vài thiết bị ngoại vi chủ yếu như thiết bị nhập liệu, thiết bị hiển thị kết quả xử lý. Chương VIII: Giới thiệu tổng quan về bo mạch chủ, các kiểu mainboard chính, các chuẩn mainboard, các thành phần trên mainboard, giới thiệu công nghệ tích hợp, chuẩn đoán và xử lý sự cố mainboard. Chương IX: Hướng dẫn lắp ráp một máy tính cá nhân, cách lựa chọn cấu hình máy và chuẩn bị cho việc lắp ráp, sử dụng kỹ thuật lắp ráp máy tính, cách bảo trì phần cứng, cách cấu hình CMOS Setup Ultility Chương X: Hướng dẫn cài đặt và bảo trì hệ thống, lựa chọn hệ điều hành, cách phân vùng và định dạng đĩa cứng, cách cài đặt hệ điều hành, cách cài đặt trình điều khiển, cách cài đặt các phần mềm thông dụng, cách sao lưu và phục hồi hệ điều hành, giới thiệu một số tiện ích thông dụng, cách cài đặt nhiều hệ điều hành trên cùng một máy tính. Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã trao đổi, góp ý cho chúng tôi trong quá trình hoàn thiện giáo trình. Mặc dù có nhiều cố gắng tham khảo và nghiên cứu các tài liệu liên quan, nhưng sẽ không tránh được những thiếu sót. Mong quý bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình ngày một hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn! Thái Bình, tháng 01 năm 2016 Khoa Công nghệ thông tin 2 Khoa CNTT - Trường Đại học Thái Bình Giáo trình KTMT & QLHTMT CHƢƠNG ...