kiến trúc máy tính - 1

kiến trúc máy tính - 1 Nội dung tóm tắt môn học Là môn học cơ sở ngành máy tính, giảng dạy cho cả chuyên ngành KTMT lẫn KHMT Cung cấp các kiến thức cơ bản về nguyên lý hoạt động và tổ chức ở các máy tính số Vấn đề đánh giá hiệu suất Kiến trúc tập lệnh Tính toán số học Đường đi dữ liệu và tín hiệu điều khiển Hệ thống bộ nhớ Giao tiếp với ngoại vi Sử dụng kiến trúc các bộ xử lý PowerPC, MIPS, Intel, v.v… làm minh họa Kiến trúc Máy tính - Chap 01 2 Mục đích môn...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
kiến trúc máy tính - 1 Khoa KH & KT Máy tính Khoa Boä moân Kyõ thuaät Maùy tính Phaïm Töôøng Haûi ng Nguyeãn Quoác Tuaán Nội dung tóm tắt môn học Là môn học cơ sở ngành máy tính, giảng dạy cho cả chuyên ngành KTMT lẫn KHMT Cung cấp các kiến thức cơ bản về nguyên lý hoạt động và tổ chức ở các máy tính số • Vấn đề đánh giá hiệu suất • Kiến trúc tập lệnh • Tính toán số học • Đường đi dữ liệu và tín hiệu điều khiển • Hệ thống bộ nhớ • Giao tiếp với ngoại vi Sử dụng kiến trúc các bộ xử lý PowerPC, MIPS, Intel, v.v… làm minh họa Kiến trúc Máy tính - Chap 01 2 Mục đích môn học Đối với chuyên ngành KTMT • Nắm vững các kiến thức cơ bản về tổ chức và hoạt động của máy tính số • Làm nền tảng để tìm hiểu cấu trúc (kiến trúc + mạch logic) của các phần tử khác nhau trong một máy tính số • Vận dụng để thiết kế, cải tạo, sửa chữa các hệ thống ứng dụng vi xử lý – vi điều khiển, hệ thống nhúng Đối với chuyên ngành KHMT • Nắm vững các kiến thức cơ bản về tổ chức và hoạt động của máy tính số • Vận dụng vào thiết kế, cải tạo các hệ thống phần mềm sao cho hoạt động hiệu quả, phù hợp với kiến trúc phần cứng Kiến trúc Máy tính - Chap 01 3 Tài liệu tham khảo “Computer Organization and Design: the hardware/software interface”, John L. Hennessy & David A. Patterson, Second Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC. 1998 “Computer Architecture: a quantitative approach”, John L. Hennessy & David A. Patterson, Third Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC. 2002 Kiến trúc Máy tính - Chap 01 4 Chương 1. Kiến trúc Máy tính - Chap 01 5 1.1 Dẫn nhập Sự ra đời và phát triển của máy tính dẫn đến cái gọi là cách mạng thông tin, cuộc cách mạng thứ 3 trong nền văn minh của loài người (trước đó lần lượt là cách mạng nông nghiệp, cách mạng kỹ nghệ) Kết quả là sức mạch trí tuệ của nhân loại được nhân lên đáng kể, khoa học – kỹ thuật phát triển mạnh mẽ và vươn đến những giới hạn mới Một số thành tựu đạt được trong thời gian qua giống như chuyện viễn tưởng • Automatic teller machines Computers in automobiles • • Laptop computers • Human genome project • World Wide Web Kiến trúc Máy tính - Chap 01 6 … Phần cứng máy tính tiến bộ cho phép các nhà lập trình viết nên những phần mềm ứng dụng kỳ diệu, và làm cho máy tính thâm nhập nhanh chóng vào mọi ngóc ngách của đời sống hiện đại Trong tương lai những điều viễn tưởng sẽ là: một xã hội không cần đến tiền mặt, các xa lộ thông minh tự động hóa, ubiquitous computing, … Các nhà lập trình thành công luôn biết quan tâm tới tốc độ của các chương trình do mình viết ra Trong thập niên 60 và 70, hạn chế chủ yếu đối với hiệu suất của máy tính nằm ở kích thước của bộ nhớ Tối thiểu hóa mã lệnh để chương trình thực thi nhanh hơn Kiến trúc Máy tính - Chap 01 7 … Trong gần 20 năm qua, những tiến bộ trong thiết kế máy tính và công nghệ bộ nhớ đã xóa đi hạn chế của bộ nhớ kích thước nhỏ Muốn chương trình thực thi nhanh hơn cần hiểu và vận dụng được bản chất phân cấp ở bộ nhớ cũng như bản chất song song ở bộ xử lý Những nhà lập trình muốn viết ra các phiên bản cạnh tranh về chương trình dịch, hệ điều hành, cơ sở dữ liệu, và cả ở các chương trình ứng dụng cần phải tăng cường hiểu biết của mình về nguyên lý hoạt động và tổ chức của các máy tính Kiến trúc Máy tính - Chap 01 8 1.2 Bên dưới của chương trình Máy tính là bước phát triển kế tiếp của các mạch logic Thông tin trên máy tính được biểu diễn bởi các ký số nhị phân hay bit (binary digit) Máy tính hoạt động tuân theo các chỉ thị của chúng ta. Thuật ngữ dùng để gọi các chỉ thị riêng lẻ là câu lệnh (instruction) Mỗi câu lệnh là 1 chuỗi xác định các bit, (giống như 1 số nhị phân) mà máy tính có thể hiểu được • TD 1000110010100000 yêu cầu máy tính cộng 2 số nguyên Những nhà lập trình đầu tiên truyền đạt chỉ thị đến máy tính thông qua các con số nhị phân nói trên • Đây là công việc hết sức tẻ nhạt Kiến trúc Máy tính - Chap 01 9 … Công cụ lập trình dùng các số nhị phân để viết ra các chỉ thị cho máy tính được gọi là ngôn ngữ máy (machine language) Con người nhanh chóng thay thế các số nhị phân bởi các ký hiệu gợi nhớ (mnemonic), chúng là những ký hiệu gần với cách suy nghĩ của con người hơn • TD sử dụng add A, B thay thế cho 1000110010100000 Lúc đầu con người dùng tay để dịch các ký hiệu trên ra số nhị phân rồi đem thực thi trên máy tính Sau đó, con người phát triển một chương trình trợ giúp việc dịch nói trên: assembler Công cụ lập trình dùng các ký hiệu gợi nhớ nhằm viết ra các chỉ thị cho máy tính được gọi là hợp ngữ (assemly language) Kiến trúc Máy tính - Chap 01 10 … Mỗi dòng trong hợp ngữ là 1 câu lệnh để máy tính thực thi. Lập trình bằng hợp ngữ buộc người lập trình phải suy nghĩ hành động như một máy tính • Cấp hành động như máy tính gọi là cấp thấp (low level) • Ngôn ngữ má ...