Bài giảng kiến trúc máy tính

     

Bài giảng Kiến trúc máy tính xách tay - TS.Hoàng Xuân được biên soạn thành 6 chương giúp đỡ bạn thâu tóm những quan niệm cửa hàng của phong cách xây dựng máy tính xách tay, giới thiệu về khối hận xử lý trung trung ương, chính sách chuyển động cùng các yếu tố của nó, reviews về tập lệnh của dòng sản phẩm tính,....




Bạn đang xem: Bài giảng kiến trúc máy tính


ptit.edu.vn 2 MỤC LỤCCHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................... 5 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KIẾN TRÚC VÀ TỔ CHỨC MÁY TÍNH .......................................... 5 1.2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG các thành phẦN CỦA MÁY TÍNH ............................. 5 1.2.1 Sơ đồ vật khối chức năng ................................................................................................ 5 1.2.2 Các yếu tắc của máy tính ..................................................................................... 6 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY TÍNH ............................................................................. 8 1.3.1 Thế hệ 1 (1944-1959) ................................................................................................ 8 1.3.2 Thế hệ 2 (1960-1964) ................................................................................................ 8 1.3.3 Thế hệ 3 (1964-1975) ................................................................................................ 8 1.3.4 Thế hệ 4 (1975-1989) ................................................................................................ 8 1.3.5 Thế hệ 5 (1990 - nay) ................................................................................................ 8 1.4 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VON-NEUMANN................................................................. 9 1.4.1 Sơ đồ bản vẽ xây dựng máy vi tính von-Neumann .................................................................... 9 1.4.2 Các Điểm lưu ý của bản vẽ xây dựng von-Neumann ................................................................ 9 1.5 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH HARVARD ......................................................................... 10 1.6 CÁC HỆ SỐ ĐẾM VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU TRÊN MÁY TÍNH ............................... 10 1.6.1 Các thông số đếm .......................................................................................................... 10 1.6.2 Tổ chức dữ liệu trên máy tính xách tay ................................................................................. 11 1.6.3 Số bao gồm dấu với số không dấu ...................................................................................... 12 1.6.4 Bảng mã ASCII ....................................................................................................... 13 1.7 CÂU HỎI ÔN TẬP. ........................................................................................................ 14CHƢƠNG 2 KHỐI XỨ LÝ TRUNG TÂM ............................................................................. 15 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT VÀ quy trình xỬ LÝ LỆNH ........................................... 15 2.1.1 Sơ vật dụng khối hận tổng thể của CPU ................................................................................ 15 2.1.2 Chu trình cách xử lý lệnh ................................................................................................. 16 2.2 CÁC THANH GHI ......................................................................................................... 16 2.2.1 Giới thiệu về tkhô cứng ghi ............................................................................................ 16 2.3 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ...................................................................................................... 18 2.4 KHỐI SỐ HỌC VÀ LOGIC ........................................................................................... 19 2.5 BUS TRONG CPU ......................................................................................................... 20 2.6 CÂU HỎI ÔN TẬP ........................................................................................................ 20CHƢƠNG 3 TẬPhường. LỆNH MÁY TÍNH ..................................................................................... 21 3.1 GIỚI THIỆU VỀ TẬPhường LỆNH MÁY TÍNH ................................................................... 21 3.1.1 Lệnh laptop là gì? ................................................................................................ 21 3.1.2 Chu kỳ tiến hành lệnh .............................................................................................. 21 3.2 DẠNG VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA LỆNH............................................................. 21 3.3 CÁC DẠNG ĐỊA CHỈ / TOÁN HẠNG ......................................................................... 22 3.3.1 Toán hạng dạng 3 can dự ......................................................................................... 22 3.3.2 Toán hạng dạng 2 tương tác ......................................................................................... 22 3.3.3 Toán thù hạng dạng 1 liên tưởng ......................................................................................... 22 3.3.4 Toán hạng dạng 1,5 can hệ ...................................................................................... 23 3.3.5 Tân oán hạng dạng 0 xúc tiến ......................................................................................... 23 3.4 CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊA CHỈ ................................................................................................ 23 3.4.1 Giới thiệu về cơ chế ảnh hưởng ..................................................................................... 23 3.4.2 Các cơ chế liên tưởng .................................................................................................... 24 3.5 MỘT SỐ DẠNG LỆNH THÔNG DỤNG ..................................................................... 27 3.5.1 Các lệnh vận động tài liệu.................................................................................... 27 3.5.2 Các lệnh toán thù học và lô ghích ....................................................................................... 27 1 3.5.3 Các lệnh điều khiển chƣơng trình ............................................................................ 28 3.5.4 Các lệnh vào ra ........................................................................................................ 29 3.6 GIỚI THIỆU CƠ CHẾ ỐNG LỆNH (PIPELINE) ......................................................... 30 3.6.1 Giới thiệu cách thức ống lệnh ....................................................................................... 30 3.6.2 Các vụ việc của cách thức ống lệnh với hƣớng giải quyết và xử lý .............................................. 31 3.7 CÂU HỎI ÔN TẬPhường ........................................................................................................ 35CHƢƠNG 4 BỘ NHỚ TRONG ............................................................................................... 36 4.1 PHÂN LOẠI BỘ NHỚ MÁY TÍNH .............................................................................. 36 4.1.1 Phân nhiều loại bộ nhớ ...................................................................................................... 36 4.1.2 Tổ chức mạch ghi nhớ ................................................................................................... 36 4.2 CẤU TRÚC PHÂN CẤP BỘ NHỚ MÁY TÍNH .......................................................... 37 4.2.1 Giới thiệu cấu tạo phân cung cấp hệ thống ghi nhớ .............................................................. 37 4.2.2 Vai trò của cấu tạo phân cấp khối hệ thống lưu giữ ............................................................ 38 4.3 BỘ NHỚ rom VÀ ram ................................................................................................... 39 4.3.1 Sở nhớ ROM ........................................................................................................... 39 4.3.2 Bộ lưu giữ RAM ........................................................................................................... 40 4.4 BỘ NHỚ CACHE .......................................................................................................... 42 4.4.1 Cabịt là gì? ............................................................................................................. 42 4.4.2 Vai trò với nguyên lý vận động ............................................................................... 42 4.4.3 Các dạng phong cách thiết kế cache ......................................................................................... 45 4.4.4 Các dạng tổ chức/ánh xạ cabịt................................................................................ 46 4.4.5 Các phƣơng pháp phát âm ghi cùng các cơ chế thay thế sửa chữa ............................................. 52 4.4.6 Hiệu năng cache cùng những nhân tố ảnh hƣởng .............................................................. 53 4.4.7 Các phƣơng pháp sút miss cho cache ................................................................... 55 4.5 CÂU HỎI ÔN TẬP ........................................................................................................ 56CHƢƠNG 5 BỘ NHỚ NGOÀI ................................................................................................ 57 5.1 ĐĨA TỪ........................................................................................................................... 57 5.1.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 57 5.1.2 Đĩa cứng .................................................................................................................. 58 5.2 ĐĨA QUANG .................................................................................................................. 62 5.2.1 Giới thiệu cùng nguyên tắc ........................................................................................... 62 5.2.2 Các các loại đĩa quang quẻ ................................................................................................... 63 5.2.3 Giới thiệu kết cấu một trong những đĩa quang đãng phổ cập ..................................................... 64 5.3 RAID .............................................................................................................................. 66 5.3.1 Giới thiệu RAID ...................................................................................................... 66 5.3.2 Các chuyên môn chế tạo RAID ............................................................................................ 66 5.3.3 Giới thiệu một vài các loại RAID phổ cập ................................................................ 67 5.4 NAS ................................................................................................................................ 69 5.5 SAN ................................................................................................................................ 70 5.6 CÂU HỎI ÔN TẬP ........................................................................................................ 71CHƢƠNG 6 HỆ THỐNG BUS VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI ........................................... 72 6.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BUS ............................................................... 72 6.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI BUS THÔNG DỤNG .................................................... 73 6.2.1 Bus ISA với EISA ..................................................................................................... 73 6.2.2 Bus PCI .................................................................................................................... 74 6.2.3 Bus AGPhường .................................................................................................................. 77 6.2.4 Bus PCI Express ...................................................................................................... 78 6.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI ............................................... 78 6.3.1 Giới thiệu phổ biến ...................................................................................................... 78 6.3.2 Các cổng giao tiếp ................................................................................................... 79 6.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀO RA THÔNG DỤNG ..................................... 81 6.4.1 Bàn phím ................................................................................................................. 81 2 6.4.2 Chuột ....................................................................................................................... 82 6.4.3 Màn hình .................................................................................................................. 83 6.4.4 Máy in ...................................................................................................................... 86 6.5 CÂU HỎI ÔN TẬPhường. ........................................................................................................ 89TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 90 3 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ VIẾT TẮTThuật ngữ giờ đồng hồ Anh Từ viết tắt Thuật ngữ giờ Việt/Giải mê thích Bộ/Đơn vị xử trí trung tâmCentral Processing Unit CPU Bộ/Đơn vị điều khiểnControl Unit CU Bộ/Đơn vị tính toán thù số học tập với logicArithmethic and Logic Unit ALU Bộ đếm chƣơng trìnhProgram Counter PC Buýt hệ thốngSystem Bus Sở nhớMemory RAM / bộ nhớ kếtCađậy Sở lưu giữ truy vấn ngẫu nhiênRandom Access Memory RAM Sở ghi nhớ chỉ đọcRead Only Memory ROM Hệ thống vào ra cơ sởBasic Input Output System BIOS Cơ chế ống lệnh hay nguyên lý xử lý đan xen những lệnhPipeline Đân oán trúng – là sự kiện CPU tầm nã search một mục tin vàHit search thấy vào cache. Đân oán trƣợt – là sự khiếu nại CPU truy hỏi tìm một mục tin vàMiss không tìm thấy trong cađậy. Chuẩn ghép nối đĩa cứng ATAAdvanced Technology ATAAttachments Chuẩn ghép nối đĩa cứng PATA – giỏi ATA tuy nhiên songParallel Advanced PATATechnology Attachments Chuẩn ghxay nối đĩa cứng IDEIntegrated Drive Electronics IDE Chuẩn ghnghiền nối đĩa cứng SATA – xuất xắc ATA nối tiếpSerial ATA SATA Chuẩn ghxay nối đĩa cứng SCSISmall Computer System SCSIInterface Công nghệ lƣu trữ RAID – chế tạo thành từ 1 mảng liênRedundant Array of RAID kết các đĩa cứng vật dụng lýIndependent Disks Hệ thống lƣu trữ đã tích hợp mạngNetwork Attached Storage NAS Mạng lƣu trữStorage Area Network SAN Buýt theo chuẩn chỉnh công nghiệp ISAIndustrial Standard ISAArchitecture Buýt theo chuẩn công nghiệp mở rộng EISAExtended ISA EISAPeripheral Component PCI Bus PCIInterconnect Cổng tăng tốc độ đồ vật hoạ AGPAccelerated Graphic Port AGPPCI Express PCIe Buýt PCIe Màn hình ống năng lượng điện tử âm cựcCathode Ray Tube CRT Mình hình tinch thể lỏngLiquid Crystal Display LCD 4 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG1.1 KHÁI NIỆM VỀ KIẾN TRÚC VÀ TỔ CHỨC MÁY TÍNHKiến trúc máy vi tính (Computer Architecture) cùng Tổ chức máy tính (Computer Organization) lànhì trong số các quan niệm cơ bản của ngành Công nghệ máy tính (Computer Engineering).cũng có thể nói kiến trúc máy tính là bức tranh toàn chình họa về hệ thống máy vi tính, còn tổ chức triển khai máytính là bức tranh cụ thể về những yếu tố phần cứng của khối hệ thống máy tính xách tay.Kiến trúc laptop là công nghệ về việc chọn lựa cùng kết nối các thành phần Hartware để tạo ra ranhững laptop đạt đƣợc các trải đời về chức năng (functionality), hiệu năng (performance) vàNgân sách chi tiêu (cost). Yêu cầu công dụng đòi hỏi máy vi tính cần gồm thêm nhiều công dụng phong phúvới hữu ích; kinh nghiệm hiệu năng đòi hỏi laptop cần đạt vận tốc cách xử trí cao hơn nữa cùng những hiểu biết giáthành đòi hỏi máy tính xách tay nên càng ngày càng thấp rộng. Để đạt đƣợc cả cha trải nghiệm về tác dụng,tính năng cùng giá cả là cực kỳ trở ngại. Tuy nhiên, nhờ gồm sự cải cách và phát triển cực kỳ khỏe khoắn của côngnghệ vi cách xử trí, các máy vi tính thời buổi này có kĩ năng nhiều chủng loại, nhanh khô hơn với tốt hơn so vớilaptop các ráng hệ trƣớc.Kiến trúc máy tính xách tay đƣợc cấu thành từ 3 nhân tố con: (i) Kiến trúc tập lệnh (Instruction SetArchitecture), (ii) Vi phong cách xây dựng (Micro Architecture) và Thiết kế khối hệ thống (System Design). Kiến trúc tập lệnh là hình ảnh của một khối hệ thống máy tính ở tầm mức ngôn ngữ lắp thêm. Kiến trúc tập lệnh bao hàm các thành phần: tập lệnh, những chế độ liên tưởng, các tkhô nóng ghi, khuôn dạng xúc tiến cùng dữ liệu. Vi phong cách xây dựng là diễn tả nút rẻ về những thành phần của khối hệ thống máy vi tính, păn năn ghép cùng bài toán hội đàm biết tin giữa chúng. Vi kiến trúc giúp vấn đáp nhị thắc mắc (1) Các yếu tố Hartware của máy tính liên kết với nhau nhƣ thay nào? với (2) Các nguyên tố Hartware của dòng sản phẩm tính tƣơng tác cùng nhau nhƣ cố gắng như thế nào để thực hiện tập lệnh? Thiết kế hệ thống: bao gồm tất cả các thành phần Hartware của hệ thống máy tính, bao gồm: Hệ thống pân hận ghxay (những bus cùng những gửi mạch), Hệ thống bộ nhớ lưu trữ, Các qui định bớt download cho CPU (nhƣ truy tìm nhập trực tiếp bộ nhớ) và Các sự việc không giống (nhƣ nhiều giải pháp xử lý với giải pháp xử lý tuy vậy song).Tổ chức máy vi tính hay kết cấu máy vi tính là công nghệ phân tích về các thành phần của máy tínhcùng phƣơng thức làm việc của bọn chúng. Với định nghĩa nhƣ vậy, tổ chức laptop tương đối gần gũivới vi phong cách xây dựng – một yếu tắc của kiến trúc máy tính. Nhƣ vậy, rất có thể thấy rằng, con kiến trúclaptop và khái niệm rộng hơn, nó tổng quan cả tổ chức triển khai tuyệt kết cấu máy vi tính.1.2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÁY TÍNH1.2.1 Sơ trang bị khối chức năngHình 1 minch hoạ sơ thiết bị khối tính năng của một hệ thống máy tính. Theo đó, khối hệ thống máytính gồm tư nhân tố chính: (1) CPU – Kân hận xử lý trung trọng điểm, (2) Bộ nhớ trong, có bộghi nhớ ROM và bộ nhớ lưu trữ RAM, (3) Các sản phẩm ngoại vi, gồm các đồ vật vào cùng các sản phẩm ra và(4) Bus khối hệ thống, là khối hệ thống kênh dẫn bộc lộ ghnghiền nối những thành phần nhắc trên. Ngoài ra, còn Chương thơm 1- Giới thiệu chunggồm những hình ảnh ghxay nối vào cùng ghép nối ra dùng để ghnghiền nối các thiết bị ngoại vi vào bus hệthống. Mục 1.2.2 tiếp sau vẫn diễn tả cụ thể tác dụng của từng kân hận. Bộ nhớ trong ROM RAM Bus hệ thống CPU Ghnghiền nối vào Ghxay nối ra Thiết bị vào Thiết bị ra Bàn phím Màn hình loài chuột Máy in Ổ đĩa Ổ đĩa Máy quét Các đồ vật ngoại vi Hình 1.

Xem thêm: Phân Tích Khổ Thơ Đầu Bài Nói Với Con Của Y Phương (6 Bài), Phân Tích Khổ 1 Bài Nói Với Con



Xem thêm: Ebook Thương Nhau Để Đó Ebook Thương Nhau Để Đó, Thương Nhau Để Đó Ebook Pdf/Epub/Prc/Mobi

Sơ vật khối hận chức năng của khối hệ thống sản phẩm công nghệ tính1.2.2 Các thành phần của sản phẩm tính1.2.2.1 Khối hận xử trí trung tâmKăn năn cách xử lý trung trung ương (Central Processing Unit - CPU) là thành phần đặc trưng tốt nhất - đƣợcxem là bộ não của dòng sản phẩm tính. Các tận hưởng của khối hệ thống và của ngƣời sử dụng thƣờng đƣợcmàn trình diễn thành các chƣơng trình máy tính xách tay, trong đó từng chƣơng trình thƣờng đƣợc sản xuất thànhtừ không ít lệnh của CPU. CPU đảm nhận việc phát âm các lệnh của chƣơng trình trường đoản cú bộ lưu trữ, giảimã với triển khai lệnh. Thông qua Việc CPU thực hiện các lệnh của chƣơng trình, máy tính xách tay cónăng lực cung cấp các tuấn kiệt có lợi đến ngƣời thực hiện.CPU là vi mạch tích phù hợp với tỷ lệ rất lớn, đƣợc cấu thành từ tư nhân tố con: (1) Bộtinh chỉnh và điều khiển (Control Unit - CU), (2) Bộ tính toán số học tập cùng xúc tích và ngắn gọn (Arithmetic và Logic Unit -ALU), (3) Các thanh khô ghi (Registers) với bus vào CPU (Internal Bus). Sở tinh chỉnh và điều khiển bao gồm nhiệmvụ phát âm, giải mã và điều khiển quy trình tiến hành lệnh. Bộ tính toán số học cùng lô ghích chuyênthực hiện các phxay toán thù số học tập nhƣ cộng trừ, nhân, phân chia, và những phxay toán thù lôgic nhƣ và, hoặc,bao phủ định cùng các phxay dịch, cù. Các thanh khô ghi là kho chứa lệnh cùng tài liệu tạm thời mang đến CPUxử trí. Bus trong CPU bao gồm nhiệm vụ truyền dẫn các bộc lộ giữa các thành phần vào CPU và kếtnối cùng với khối hệ thống bus ngoài. Hình 2 minc hoạ nhì CPU của hãng Hãng sản xuất Intel là 8086 ra đời năm 1978cùng bộ vi xử lý Core 2 Duo ra đời năm 2006.1.2.2.2 Bộ ghi nhớ trongBộ nhớ trong, có cách gọi khác là bộ nhớ thiết yếu (Internal Memory tuyệt Main Memory) là kho cất lệnhvà tài liệu của khối hệ thống với của ngƣời cần sử dụng ship hàng CPU xử trí. Bộ nhớ trong thƣờng là bộnhớ chào bán dẫn, bao hàm nhì loại: (1) Bộ ghi nhớ chỉ hiểu (Read Only Memory – ROM) và (2) Bộghi nhớ truy cập ngẫu nhiên (Random Access Memory – RAM). ROM thƣờng đƣợc áp dụng đểlƣu lệnh với dữ liệu của hệ thống. Thông tin vào ROM đƣợc hấp thụ tự Khi thêm vào cùng thƣờng 6 Chương thơm 1- Giới thiệu chungchỉ hoàn toàn có thể phát âm ra vào quy trình thực hiện. mà còn công bố trong ROM luôn sống thọ của cả khikhông có điện áp nguồn nuôi. Hình 2. CPU của hãng sản xuất Intel: 8086 và Core 2 DuoKhác cùng với bộ lưu trữ ROM, bộ nhớ lưu trữ RAM thƣờng đƣợc thực hiện nhằm lƣu lệnh với tài liệu của cả hệthống cùng của ngƣời cần sử dụng. RAM thƣờng bao gồm dung lƣợng lớn hơn những đối với ROM. Tuy nhiên,thông tin trong RAM chỉ mãi mãi Lúc gồm nguồn điện nuôi. Hình 3 minc hoạ vi mạch cỗ nhớROM với những vi mạch ghi nhớ RAM gắn thêm trên một tkhô cứng lưu giữ RAM. Hình 3 Bộ lưu giữ ROM và RAM1.2.2.3 Các sản phẩm công nghệ vào raCác sản phẩm vào ra (Input – Output đầu ra devices), tuyệt nói một cách khác là các sản phẩm công nghệ ngoại vi (Peripheraldevices) đảm nhận câu hỏi nhập dữ liệu vào, tinh chỉnh khối hệ thống cùng kết xuất dữ liệu ra. Có hainhóm vật dụng nước ngoài vi: (1) Các máy vào (Input devices) với (2) Các thứ ra (Outputdevices). Các thứ vào dùng để nhập tài liệu vào cùng điều khiển và tinh chỉnh hệ thống, gồm: bàn phím(keyboard), chuột (mouse), ổ đĩa (Disk Drives), thứ quét ảnh (Scanners),... Các trang bị radùng làm xuất tài liệu ra, gồm: màn hình (Screen), đồ vật in (Printers), ổ đĩa (Disk Drives), máyvẽ (Plotters),... 7 Chương thơm 1- Giới thiệu chung1.2.2.4 Bus hệ thốngBus hệ thống (System Bus) là một tập những đƣờng dây kết nối CPU cùng với những yếu tắc kháccủa dòng sản phẩm tính. Bus hệ thống thƣờng tất cả cha bus con: Bus địa chỉ – Bus A (Address bus), Bustài liệu – Bus D (Data bus), Bus tinh chỉnh và điều khiển - Bus C (Control bus). Bus can dự tất cả nhiệm vụtruyền dấu hiệu địa chỉ với CPU mang đến bộ nhớ và những sản phẩm ngoại vi; Bus tài liệu vận chuyển cácbiểu thị tài liệu theo hai phía đi với cho CPU; Bus tinh chỉnh truyền biểu thị điều khiển từCPU cho những nguyên tố khác, mặt khác truyền tín hiệu tâm trạng của các yếu tắc khácmang đến CPU.1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY TÍNHLịch sử cải tiến và phát triển laptop hoàn toàn có thể đƣợc tạo thành 5 thay hệ chủ yếu phục thuộc vào sự phát triểncủa mạch năng lượng điện tử.1.3.1 Thế hệ 1 (1944-1959)Máy tính nạm hệ 1 áp dụng đèn khí tử làm linh phụ kiện thiết yếu cùng băng trường đoản cú làm cho thứ vào ra. Mậtđộ tích phù hợp linh phụ kiện vào thời gian 1000 linh phụ kiện / foot3 (1 foot = 30.48 cm). Đại diện tiêu biểucủa thay hệ máy vi tính này là khôn xiết laptop ENIAC (Electronic Numerical Integrator andComputer), trị giá bán 500.000 USD.1.3.2 Thế hệ 2 (1960-1964)Máy tính thay hệ 2 thực hiện trơn phân phối dẫn (transitor) có tác dụng linh kiện chủ yếu. Mật độ tích thích hợp linhkiện vào tầm 100.000 linh kiện / foot3. Các thay mặt đại diện vượt trội của cầm cố hệ máy tính này làUNIVAC 1107, UNIVAC III, IBM 7070, 7080, 7090, 1400 series, 1600 series. Máy tínhUNIVAC trước tiên thành lập vào năm 1951, có mức giá khởi điểm là 159.000 USD. Một số phiên bảnkết tiếp của UNIVAC có giá nằm trong tầm 1.250.000 – 1.500.000 USD.1.3.3 Thế hệ 3 (1964-1975)Máy tính nạm hệ 3 thực hiện mạch tích hòa hợp (IC – Integrated Circuit) có tác dụng linh kiện thiết yếu. Mật độtích vừa lòng linh phụ kiện vào khoảng 10.000.000 linh phụ kiện / foot3. Các thay mặt đại diện tiêu biểu vượt trội của nắm hệlaptop này là UNIVAC 9000 series, IBM System/360, System 3, System 7.1.3.4 Thế hệ 4 (1975-1989)Máy tính thế hệ 4 áp dụng mạch tích đúng theo các loại mập (LSI – Large Scale Integrated Circuit) làmlinh phụ kiện thiết yếu. Mật độ tích thích hợp linh kiện vào khoảng 1 tỷ linh phụ kiện / foot3. Các đại diện tiêubiểu của cố kỉnh hệ máy tính xách tay này là IBM System 3090, IBM RISC 6000, IBM RT, Cray 2 XMPhường.1.3.5 Thế hệ 5 (1990 - nay)Máy tính vậy hệ 5 áp dụng mạch tích phù hợp một số loại siêu to (VLSI – Very Large Scale IntegratedCircuit) có tác dụng linh kiện thiết yếu. Mật độ tích đúng theo linh kiện rất to lớn cùng với những công nghệ 0.180µm –0.045µm (kích thƣớc transitor giảm xuống còn 180 – 45 nano mét). Các thay mặt tiêu biểu củanỗ lực hệ máy tính này là máy vi tính sử dụng CPU Hãng Intel Pentium II, III, IV, M, D, Core Duo, Core2 Duo, Vi xử lý Core Quad,... Máy tính cố hệ 5 đạt hiệu năng xử lý rất cao, cung ứng các tính năngtiến tiến, nhƣ cung cấp xử trí tuy vậy tuy vậy, tích hợp kĩ năng cách xử lý âm tkhô hanh cùng hình hình họa. 8 Chương thơm 1- Giới thiệu chung1.4 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VON-NEUMANN1.4.1 Sơ đồ phong cách thiết kế máy tính von-NeumannKiến trúc máy tính von-Neumann đƣợc nhà tân oán học John von-Neumann đƣa ra vào năm1945 vào một báo cáo về máy vi tính EDVAC nhƣ minch hoạ bên trên Hình 4 - Kiến trúc thiết bị tínhvon-Neumann nguyên thuỷ. Hình 4 Kiến trúc laptop von-Neumann nguyên thuỷCác máy tính tân tiến ngày này áp dụng phong cách thiết kế máy vi tính von-Neumann cải tiến – có cách gọi khác làphong cách xây dựng laptop von-Neumann hiện đại, nhƣ minh hoạ bên trên Hình 5. Đơn vị xử trí trung trung tâm (CPU) Đơn vị tinh chỉnh và điều khiển (CU) Sở ghi nhớ bao gồm Các vật dụng Đơn vị số (Main memory) vào ra (I/O) học-logic (ALU) Các thanh hao ghi (Registers) Bus khối hệ thống Hình 5 Kiến trúc máy vi tính von-Neumann hiện tại đại1.4.2 Các Điểm lưu ý của bản vẽ xây dựng von-NeumannKiến trúc von-Neumann dựa vào 3 định nghĩa cơ sở: (1) Lệnh cùng dữ liệu đƣợc lƣu trữ trong bộghi nhớ phát âm ghi share - một bộ lưu trữ độc nhất vô nhị đƣợc sử dụng để lƣu trữ cả lệnh và tài liệu, (2) Bộghi nhớ đƣợc tiến công xúc tiến theo vùng, ko dựa vào vào văn bản nó lƣu trữ cùng (3) Các lệnhcủa một chƣơng trình đƣợc thực hiện tuần từ bỏ. Quá trình thực hiện lệnh đƣợc chia thành 3 giaiđoạn (stages) chính: (1) CPU gọi (fetch) lệnh trường đoản cú bộ nhớ lưu trữ, (2) CPU giải thuật cùng thực hiện lệnh;nếu lệnh thưởng thức tài liệu, CPU hiểu tài liệu tự bộ nhớ; và (3) CPU ghi công dụng thực hiện lệnhvào bộ nhớ lưu trữ (nếu có). 9 Cmùi hương 1- Giới thiệu chung1.5 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH HARVARDKiến trúc máy tính Harvard là một trong phong cách xây dựng tiên tiến nhƣ minc hoạ trên Hình 6. Hình 6 Kiến trúc laptop HarvardKiến trúc laptop Harvard phân chia bộ lưu trữ vào thành nhì phần riêng rẽ: Sở lưu giữ lƣu chƣơngtrình (Program Memory) với Bộ lưu giữ lƣu dữ liệu (Data Memory). Hai khối hệ thống bus riêng đƣợcthực hiện để kết nối CPU cùng với bộ nhớ lưu trữ lƣu chƣơng trình và bộ nhớ lưu trữ lƣu tài liệu. Mỗi hệ t hống busđều sở hữu tương đối đầy đủ bố nguyên tố để truyền dẫn những biểu hiện can hệ, dữ liệu cùng điều khiển và tinh chỉnh.Máy tính dựa vào phong cách xây dựng Harvard có công dụng đạt đƣợc tốc độ xử lý cao hơn nữa laptop dựatrên phong cách xây dựng von-Neumann do phong cách xây dựng Harvard cung cấp nhị khối hệ thống bus hòa bình cùng với băngthông to hơn. Hình như, nhờ gồm nhì khối hệ thống bus chủ quyền, hệ thống lưu giữ vào loài kiến trúcHarvard cung ứng nhiều lệnh truy tìm nhập bộ lưu trữ trên 1 thời điểm, giúp bớt xung bất chợt tróc nã nhậpbộ nhớ lưu trữ, đặc biệt Khi CPU sử dụng nghệ thuật đƣờng ống (pipeline).1.6 CÁC HỆ SỐ ĐẾM VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU TRÊN MÁY TÍNH1.6.1 Các hệ số đếmTrong cuộc sống từng ngày, hệ đếm thập phân (Decimal Numbering System) là hệ đếm thôngdụng duy nhất. Tuy nhiên, vào đa số những khối hệ thống tính toán hệ đếm nhị phân (BinaryNumbering System) lại đƣợc thực hiện để màn trình diễn tài liệu. Trong hệ đếm nhị phân, chỉ 2 chữsố 0 với 1 đƣợc sử dụng: 0 màn biểu diễn quý giá Sai (False) cùng 1 màn trình diễn giá trị Đúng (True).Trong khi, hệ đếm thập lục phân (Hexadecimal Numbering System) cũng đƣợc thực hiện. Hệthập lục phân sử dụng 16 chữ số: 0-9, A, B, C, D, E, F.1.6.1.1 Hệ đếm thập phânHệ đếm thập phân là hệ đếm cơ số 10, sử dụng 10 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Mỗi sốtrong hệ 10 hoàn toàn có thể đƣợc màn trình diễn thành một đa thức: anan-1...a1 = an*10n-1an-1*10n-2*...*a1*100Ví dụ: = 1*102 + 2 * 101 + 3*100 = 100 + trăng tròn + 3 123 = 1*102 + 2 * 101 + 3*100 + 4*10-1 + 5*10-2 + 6*10-3 123,456 = 100 + đôi mươi + 3 + 0.4 + 0.05 + 0.006 10 Chương thơm 1- Giới thiệu chung1.6.1.2 Hệ đếm nhị phânHệ đếm nhị phân là hệ đếm cơ số 2, chỉ thực hiện 2 chữ số: 0 với 1. Mỗi số trong hệ 2 cũng cóthể đƣợc trình diễn thành 1 nhiều thức: (anan-1...a1)2 = an*2n-1an-1*2n-2*...*a1*20Ví dụ: (11001010)2 = 1*27 + 1*26 + 0*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*đôi mươi = 128 + 64 + 8 + 2 = (202)10Việc biến đổi số hệ thập phân sang trọng số hệ nhị phân hoàn toàn có thể đƣợc triển khai theo thuật toánđơn giản nhƣ minch hoạ bên trên Hình 7. Hình 7 Chuyển đổi số hệ thập phân quý phái số hệ nhị phân1.6.1.3 Hệ đếm thập lục phânHệ đếm thập lục phân là hệ đếm cơ số 16, sử dụng 16 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B,C, D, E, F. Mỗi số trong hệ 16 đƣợc biểu diễn bởi vì 4 chữ số vào hệ nhị phân nhƣ minc hoạbên trên Hình 8. Ƣu điểm của hệ thập lục phân là số thập lục phân hoàn toàn có thể biến hóa quý phái số hệnhị phân và ngƣợc lại một phương pháp thuận tiện và nên không nhiều chữ số hơn hệ nhị phân nhằm trình diễn cùngmột đơn vị chức năng tài liệu. Hình 8 Giá trị các số thập lục phân theo hệ thập phân cùng nhị phân1.6.2 Tổ chức tài liệu trên máy tínhDữ liệu trên máy tính xách tay đƣợc trình diễn theo các đơn vị chức năng (unit). Các đơn vị trình diễn tài liệu cơssinh sống gồm: bit, nibble, byte, word cùng double-word. Bit là đơn vị tài liệu nhỏ nhất: mỗi bit chỉ lƣuđƣợc buổi tối nhiều 2 giá chỉ trị: 0 hoặc 1, hay đúng hoặc không đúng. Nibble là đơn vị chức năng tiếp đến bit. Mỗi nibble làmột nhóm 4 bit. Một nibble rất có thể lƣu buổi tối đa 16 quý giá, tự (0000)2 mang lại (1111)2, hoặc một chữsố thập lục phân. 11 Chương thơm 1- Giới thiệu chungByte là đơn vị tài liệu tiếp đến nibble. Một byte là một trong team của 8 bits hoặc 2 nibbles. Mộtbyte hoàn toàn có thể lƣu mang lại 256 quý giá, từ bỏ (0000 0000)2 đến (1111 1111)2, hoặc từ bỏ (00)16 mang lại (FF)16.Hình 9 minc hoạ đơn vị màn trình diễn dữ liệu Byte. Hình 9 Đơn vị trình diễn dữ liệu ByteWord (từ) là đơn vị tài liệu tiếp nối byte. Một word là một trong team của 16 bits, hoặc 2 bytes. Mộtword có thể lƣu cho 216 (65536) giá trị, trường đoản cú (0000)16 mang đến (FFFF)16. Hình 10 minc hoạ solo vịtrình diễn tài liệu word. Hình 10 Đơn vị màn trình diễn tài liệu WordDouble words (từ kép) là đơn vị chức năng trình diễn dữ liệu cửa hàng lớn số 1. Một double word là mộtđội 32 bits, hoặc 4 bytes, hoặc 2 words. Một double word hoàn toàn có thể lƣu mang đến 232 giá trị, từ(0000 0000)16 đến (FFFF FFFF)16. Hình 11 minch hoạ đơn vị chức năng màn trình diễn dữ liệu double word. Hình 11 Đơn vị màn trình diễn dữ liệu Double word1.6.3 Số gồm vết và số không dấuTrong các khối hệ thống tính toán thù, cùng với thuộc một số trong những bit có thể màn biểu diễn các quý giá khác biệt trường hợp sốđƣợc biểu diễn là tất cả dấu hoặc không lốt. Để trình diễn số có lốt, ngƣời ta sử dụng bit caonhất (phía trái nhất) để trình diễn dấu của số - điện thoại tư vấn là bit vết, ví dụ điển hình bít vệt có giá trị 0 là sốdƣơng cùng bít vết có giá trị 1 là số âm. Với số không vết, toàn bộ các bit đƣợc sử dụng để biểudiễn cực hiếm của số. Nhƣ vậy, miền giá trị rất có thể màn biểu diễn của một số trong những tất cả n che nhƣ sau:  Số tất cả dấu: miền màn biểu diễn nhàn nhã -2n-1 mang đến + 2n-1 12 Chương 1- Giới thiệu thông thường 8 bits: trường đoản cú -128 mang lại +128 - 16 bits: trường đoản cú -32768 mang đến +32768 - 32 bits: từ -2.147.483.648 mang lại +2.147.483.648 -  Số không dấu: từ bỏ 0 cho 2n 8 bits: từ 0 đến 256 - 16 bits: tự 0 cho 65536 - 32 bits: từ bỏ 0 cho 4.294.967.296 -1.6.4 Bảng mã ASCIIBảng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) là bảng mã các ký tựchuẩn giờ đồng hồ Anh sử dụng đến hội đàm tài liệu giữa các hệ thống tính tân oán. Bảng mã ASCII sửdụng 8 bít để màn biểu diễn 1 cam kết tự, chất nhận được có mang tổng thể 256 cam kết từ, đánh số từ bỏ 0 đến 255.32 cam kết từ đầu tiên cùng ký kết từ bỏ số 127 là các cam kết từ tinh chỉnh (không in ra đƣợc). Các ký kết từ từ bỏ số32 mang đến 126 là những ký trường đoản cú có thể in đƣợc (có cả vết trắng). Các địa chỉ còn lại trong bảng (128-255) để giành cho áp dụng trong tƣơng lai. Hình 12 và Hình 13 lần lƣợt là minh hoạ những ký kết tựtinh chỉnh và điều khiển với các ký kết từ in đƣợc của bảng mã ASCII. Hình 12 Bảng mã ASCII - Một số cam kết tự tinh chỉnh và điều khiển 13 Cmùi hương 1- Giới thiệu chung Hình 13 Bảng mã ASCII - Các ký kết từ bỏ in đƣợc1.7 CÂU HỎI ÔN TẬPhường. 1. Phân biệt có mang phong cách xây dựng và tổ chức máy tính. 2. Nêu sơ trang bị kân hận và diễn tả chức năng từng khối của dòng sản phẩm tính? 3. So sánh nhị phong cách thiết kế von-Neumann cùng Harvard. 4. Các hệ đếm 2, 10 với 16. 5. Các đơn vị lƣu trữ dữ liệu trên máy tính. 14 CHƢƠNG 2 KHỐI XỨ LÝ TRUNG TÂM2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT VÀ CHU TRÌNH XỬ LÝ LỆNH2.1.1 Sơ đồ gia dụng khối tổng quát của CPU CU A Y IR Internal Bus PC ALU A MAR Bus Z D MBR Bus FR Hình 14 Sơ thiết bị kân hận bao quát của CPUHình 14 trình diễn sơ thứ khối nguyên tắc tổng quát của CPU. Các yếu tố của CPU theo sơvật dụng này gồm:  Bộ tinh chỉnh và điều khiển (Control Unit – CU)  Bộ tính tân oán số học với lô ghích (Arithmetic & Logic Unit)  Bus trong CPU (CPU Internal Bus)  Các tkhô nóng ghi của CPU: Tkhô nóng ghi tích luỹ A (Accummulator) - Sở đếm chƣơng trình PC (Program Counter) - Thanh khô ghi lệnh IR (Instruction Register) - Tkhô hanh ghi thúc đẩy bộ nhớ MAR (Memory Address Register) - Tkhô cứng ghi đệm tài liệu MBR (Memory Buffer Register) - Các thanh khô ghi trong thời điểm tạm thời Y cùng Z - Tkhô nóng ghi cờ FR (Flag Register) - Cmùi hương 2- Khối cách xử lý trung tâm2.1.2 Chu trình cách xử lý lệnhNhƣ sẽ trình diễn vào chƣơng 1, trọng trách đa phần của CPU là gọi lệnh từ bộ nhớ lưu trữ, giải mãvới tiến hành lệnh của chƣơng trình. Khoảng thời hạn để CPU tiến hành xong xuôi một lệnh nói từkhi CPU cấp phép biểu lộ tương tác ô ghi nhớ chứa lệnh cho đến khi nó hoàn chỉnh câu hỏi tiến hành lệnhđƣợc Hotline là chu kỳ lệnh (Insruction Cycle). Mỗi chu kỳ lệnh của CPU đƣợc trình bày theo cácbƣớc sau: 1. lúc một chƣơng trình đƣợc kích hoạt, hệ điều hành và quản lý (OS - Operating System) nạp mã chƣơng trình vào bộ lưu trữ trong; 2. Địa chỉ của ô lưu giữ đựng lệnh trước tiên của chƣơng trình đƣợc nạp vào cỗ đếm chƣơng trình PC; 3. Địa chỉ ô lưu giữ chứa lệnh từ PC đƣợc đưa cho bus liên tưởng trải qua tkhô hanh ghi MAR; 4. Bus cửa hàng chuyển liên tưởng ô ghi nhớ đến đơn vị chức năng quản lý bộ nhớ lưu trữ (MMU - Memory Management Unit); 5. MMU chọn ra ô nhớ và triển khai lệnh đọc văn bản ô nhớ; 6. Lệnh (đựng vào ô nhớ) đƣợc đưa ra bus dữ liệu với tiếp theo đƣợc gửi tiếp nối tkhô hanh ghi MBR; 7. MBR chuyển lệnh mang lại tkhô nóng ghi lệnh IR; IR đưa lệnh vào cỗ tinh chỉnh CU; 8. CU giải mã lệnh và sinc những tín hiệu tinh chỉnh cần thiết, hưởng thụ các phần tử tính năng của CPU, nhƣ ALU thực hiện lệnh; 9. Giá trị hệ trọng trong cỗ đếm PC đƣợc tạo thêm 1 đơn vị chức năng lệnh và nó trỏ đến liên tưởng của ô nhớ đựng lệnh tiếp theo; 10. Các bƣớc từ bỏ 3-9 đƣợc lặp lại với toàn bộ các lệnh của chƣơng trình.2.2 CÁC THANH GHI2.2.1 Giới thiệu về thanh ghiThanh hao ghi (registers) là những ô nhớ phía bên trong CPU, tất cả trọng trách lƣu trữ trong thời điểm tạm thời lệnh cùng dữliệu mang đến CPU giải pháp xử lý. Thanh khô ghi thƣờng bao gồm kích thƣớc nhỏ, nhƣng tốc độ làm việc không nhỏ -bởi vận tốc CPU. Các CPU cũ (80x86) có khoảng 16-32 tkhô cứng ghi. Các CPU văn minh (nhƣPentium 4 và Vi xử lý Core Duo) rất có thể tất cả mang đến hàng trăm ngàn tkhô hanh ghi. Kích thƣớc tkhô cứng ghi phú thuộcvào thi công CPU. Các kích thƣớc thịnh hành của tkhô hanh ghi là 8, 16, 32, 64, 128 với 256 bit.CPU Hãng sản xuất Intel 8086 cùng 80286 bao gồm các tkhô hanh ghi 8 bit và 16 bit. CPU Intel 80386 với Pentium II cócác tkhô cứng ghi 16 bit với 32 bit. Các CPU Pentium 4 và Chip Core Duo có các thanh khô ghi 32 bit, 64 bitvà 128 bit.2.2.1.1 Tkhô cứng tích luỹ AThanh hao tích luỹ A (Accummulator) là một trong số tkhô giòn ghi quan trọng tuyệt nhất của CPU.Tkhô nóng ghi A ko số đông đƣợc thực hiện để lƣu toán thù hạng vào Nhiều hơn dùng để làm chứa kết quảra. Ngoài ra, tkhô cứng ghi A còn thƣờng đƣợc cần sử dụng trong các lệnh đàm phán tài liệu cùng với những thiết bịvào ra. Kích thƣớc của tkhô giòn ghi A bởi kích thƣớc trường đoản cú cách xử trí của CPU: 8 bit, 16 bit, 32 bithoặc 64 bit. 16 Chương thơm 2- Kân hận cách xử lý trung tâmVí dụ về việc thực hiện thanh ghi A trong phnghiền toán: x + y  s  Nạp toán hạng x vào thanh ghi A  Nạp toán hạng y vào tkhô cứng ghi tạm thời Y  ALU tiến hành phnghiền cùng A + Y với lƣu hiệu quả vào tkhô hanh ghi Z  Kết trái phxay tính từ bỏ Z đƣợc chuyển về tkhô cứng ghi A.  Kết quả vào tkhô nóng ghi A đƣợc lƣu vào ô nhớ s.2.2.1.2 Bộ đếm lịch trình PCSở đếm chƣơng trình PC (Program Counter) hoặc bé trỏ lệnh (IPhường. – Instruction pointer) luônđựng liên quan của ô nhớ cất lệnh kế tiếp đƣợc triển khai. Đặc biệt, PC cất ảnh hưởng của ô nhớcất lệnh trước tiên của chƣơng trình Khi chƣơng trình đƣợc kích hoạt cùng đƣợc hệ điều hànhnạp vào bộ nhớ lưu trữ. Khi CPU thực hiện xong một lệnh, xúc tiến của ô lưu giữ đựng lệnh tiếp theođƣợc nạp vào PC. Kích thƣớc của PC phụ thuộc vào kiến tạo CPU. Các kích thƣớc thông dụngcủa PC là 8 bit, 16 bit, 32 bit với 64 bit.2.2.1.3 Tkhô hanh ghi lệnh IRTkhô giòn ghi lệnh IR (Instruction register) lƣu lệnh vẫn triển khai. IR nhận lệnh tự MBR vàsự chuyển tiếp giữa lệnh mang đến CU lời giải cùng thực hiện.2.2.1.4 Các tkhô nóng ghi MAR với MBRMAR là thanh hao ghi cửa hàng bộ nhớ (Memory address register) - bối cảnh giữa CPU cùng bus địachỉ. MAR dấn địa chỉ ô lưu giữ chứa lệnh tiếp sau từ PC với sự chuyển tiếp giữa ra bus ảnh hưởng.MBR là thanh hao ghi đệm tài liệu (Memory buffer register) - giao diện thân CPU và bus địa chỉ.MBR nhận lệnh từ bus tương tác cùng chuyển tiếp lệnh mang đến IR trải qua bus vào CPU.2.2.1.5 Các tkhô giòn ghi lâm thời thờiCPU thƣờng sử dụng một số thanh hao ghi trong thời điểm tạm thời nhằm cất tân oán hạng nguồn vào và công dụng đầu ra output,nhƣ các tkhô cứng ghi trong thời điểm tạm thời X, Y và Z. Bên cạnh đó, những thanh hao ghi trong thời điểm tạm thời còn tmê say gia trongcâu hỏi cung ứng xử lý tuy nhiên song (triển khai nhiều lệnh cùng một thời điểm) cùng hỗ trợ thực hiệnlệnh theo nguyên lý triển khai tiên tiến và phát triển vẻ bên ngoài không tuân theo bơ vơ từ bỏ (OOO – Out Of Order execution).2.2.1.6 Con trỏ ngăn uống xếp SPhường SPhường Staông chồng Hình 15 Con trỏ ngnạp năng lượng xếp SPhường 17

Chuyên mục: