Kiến Trúc máy tính

Trong kỹ thuật máy tính, kiến trúc máy tính là thiết kế khái niệm và cấu trúc hoạt động căn bản của một hệ thống máy tính. Nó là một bản thiết kế (blueprint) mô tả có tính chất chức năng về các yêu cầu (đặc biệt là tốc độ và các kết nối tương hỗ) và những sự thi hành thiết kế cho những bộ phận khác nhau của một máy tính - tập trung chủ yếu vào việc CPU hoạt động nội tại như thế nào và truy cập các địa chỉ trong bộ nhớ bằng cách nào.......
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kiến Trúc máy tính 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 tîng cñamét hÖ thèng tÝnh to¸n díi quan ®iÓm cña ngêi lËp tr×nh hoÆc ngêi viÕt ch¬ngtr×nh dÞch. Nãi c¸ch kh¸c, kiÕn tróc m¸y tÝnh ®îc xem xÐt theo khÝa c¹nh mµ ngêi 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 tîng trng cho 1 bit nhÞ ph©n. Do ®ã m¸y cã khèi lîng rÊt lín, tèc ®é chËmvµ tiªu thô ®iÖn n¨ng lín. Nh m¸y ENIAC cã khèi lîng 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 bíc ®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 vîtbËc, mµ ngêi 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 tro ng thêi kú nµy. Dùa vµo kÝch thíc vËt lý, hiÖu suÊt vµ lÜnh vùc sö dông, hiÖn nay ngêi tathêng 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. Thêng dïng cho mét ngêi, cãthÓ dïng ®éc lËp hoÆc dïng trong m¹ng m¸y tÝnh. - Minicomputer: Lµ nh÷ng m¸y tÝnh cì trung b×nh, kÝch thíc thêng lính¬n PC. Nã cã thÓ thùc hiÖn ®îc c¸c øng dôngm µ m¸y tÝnh cì lín thùc hiÖn. Nãcã kh¶ n¨ng hç trî hµng chôc ®Õn hµng tr¨m ngêi 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 thêng ®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 ngêi sö dông. Thêng ®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 thêngcã kiÕn tróc song song, chØ ho¹t ®éng hiÖu qu¶ cao trong mét sè lÜnh vùc. Dùa vµo kiÕn tróc cña m¸y tÝnh ngêi 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 ...