Bài giảng Cấu trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu chung

Nội dung text: Bài giảng Cấu trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu chung

1. Máy tính cá nhân . Là loại máy tính phổ biến nhất đối với người dùng thông thường. . Thiết kế theo hướng tối ưu cả về giá thành và hiệu năng . Một số loại:  Máy tính để bàn (Desktop)  Máy tính xách tay (Notebook)  Máy trạm làm việc (Workstation) . Giá thành: từ vài trăm đến vài nghìn USD 11
2. Máy tính cá nhân 12
3. Máy Server Máy chủ (Server) . Thực chất là máy phục vụ . Dùng trong mạng máy tính theo mô hình Client/Server . Tốc độ và hiệu năng tính toán cao . Dung lượng bộ nhớ lớn . Độ tin cậy cao . Giá thành: từ hàng chục nghìn đến hàng triệu USD. 13
4. Máy Server 14
5. Máy tính nhúng Máy tính nhúng (Embedded Computer) . Được đặt trong thiết bị khác (bao gồm cả phần cứng và các kết cấu cơ khí) để điều khiển thiết bị đó làm việc . Được thiết kế chuyên dụng Ví dụ:  Điện thoại di động  Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hòa nhiệt độ  Một số thiết bị mạng: Switch, Router, . Giá thành: từ vài USD đến hàng trăm ngàn USD 15
6. Máy tính nhúng 16
7. Kiến trúc máy tính Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture – ISA) Tổ chức máy tính (Computer Organization) Kiến trúc máy tính 17
8. Kiến trúc tập lệnh . Nghiên cứu cấu trúc và hoạt động của máy tính theo cách nhìn của người lập trình. . Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm  Tập lệnh: tập hợp các chuỗi số nhị phân mã hóa cho các thao tác mà máy tính có thể thực hiện được.  Kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý.  Chế độ địa chỉ 18
9. Tổ chức máy tính . Nghiên cứu cấu trúc phần cứng của máy tính. . Các thành phần cơ bản của máy tính  Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu.  Bộ nhớ chính (Main Memory): chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng.  Hệ thống vào ra (Input/Output System): trao đổi thông tin giữa máy tính và bên ngoài.  Liên kết hệ thống (System Interconnection): kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau 19
10. Tổ chức máy tính Cấu trúc cơ bản của máy tính 20
11. Nội dung chương 1 1. Máy tính và phân loại máy tính 2. Sự tiến hóa của máy tính 21
12. Các thế hệ máy tính Sự phát triển về công nghệ Sự phát triển về máy tính 22
13. Các thế hệ máy tính . Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1946 - 1955) . Thế hệ 2: Máy tính dùng transistor (1956 - 1965) . Thế hệ 3: Máy tính dùng mạch tích hợp (1966 - 1980) . Thế hệ 4: Máy tính dùng mạch tích hợp VLSI (1981 - nay) 23
14. Thế hệ 1 – Máy tính dùng đèn chân không Bóng đèn chân không (vacumm tube) • 1930’s : bóng đèn được sử dụng làm các bảng mạch tín hiệu điều khiển (electric circuits or switches) 24
15. Máy tính dùng đèn chân không 25
16. 1946 - ENIAC ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator • Máy mainframe đầu tiên với công nghệ bóng chân không: • Kích thước: dài 10m, rộng 3m, cao 3m. • Trong 1 giây thực hiện được 3 phép toán. 26
17. 1951 – UNIVAC 1 UNIVAC I - UNIVersal Automatic Computer • Cũng là máy mainframe dùng bóng đèn chân không. • Là máy tính thương mại đầu tiên. • Thực hiện 30000 phép toán / 1 giây 27
18. Kiến trúc Von Neumann Dựa trên ý tưởng chương trình được lưu trữ (stored-program concept) 28
19. Thế hệ 2 – công nghệ bán dẫn (diodes, transistors) • 1947 : bóng bán dẫn được phát minh tại Bell Laboratories • Bóng bán dẫn được sử dụng thay bóng đèn chân không 29
20. 1954 - TRADIC TRADIC - TRAnsistorized Airborne DIgital Computer • Máy tính đầu tiên sử dụng hoàn toàn bóng bán dẫn: • 8000 transistors • Nhanh hơn • Nhỏ hơn • Rẻ hơn. 30
21. Máy tính dùng transistor Máy PDP-1 và CDC 6600 31
22. Thế hệ 3 – công nghệ vi mạch ( IC – integrated circuit) • 1959 – thiết kế ra vi mạch đầu tiên dựa trên công nghệ silicon (silicon chip or microchip) • Trên 1 vi mạch tích hợp hàng triệu transitors 32
23. Máy tính dùng mạch tích hợp . Mạch tích hợp (Integrated Circuit – IC) hay còn gọi là vi mạch, là các chip bán dẫn trong đó chứa các transistor và các linh kiện khác. . So với thế hệ trước, các máy tính thế hệ này:  Nhỏ gọn hơn  Nhanh hơn  Tiêu thụ ít năng lượng hơn  Rẻ tiền hơn 33
24. Vi mạch – Integrated Circuits • Nhỏ hơn, • Rẻ hơn, • Hiệu quả hơn 34
25. 1960 – IBM 360 • Thiết kế trên công nghệ IC • Tốc độ tính toán: 1000 tỷ phép toán trong 1 giây 35
26. Siêu máy tính CRAY-1 36
27. Thế hệ 4 - Máy tính dùng mạch tích hợp VLSI . Các công nghệ mạch tích hợp:  SSI (Small scale integration) – từ 1965 . Tích hợp tới 100 transistor trên một chip  MSI (Medium scale integration) – cho đến 1971 . Tích hợp từ 100 đến 3,000 transistor trên một chip  LSI (Large scale integration) – từ 1971 đến 1977 . Tích hợp từ 3,000 đến 100,000 transistor trên một chip  VLSI (Very large scale integration) – từ 1978 đến nay . Tích hợp từ 100,000 đến 100,000,000 transistor trên một chip  ULSI (Ultra large scale integration) . Có hơn 100,000,000 transistor trên một chip 37
28. Máy tính dùng mạch tích hợp VLSI . Các sản phẩm của công nghệ VLSI:  Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế tạo trên một chip.  Các vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): các vi mạch thực hiện được nhiều chức năng điều khiển và nối ghép.  Bộ nhớ bán dẫn, gồm hai loại: ROM, RAM  Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy tính chuyên dụng được chế tạo trên một chip. 38
29. Vi xử lý (Microprocessor) • Microprocessor = Central Processing Unit (CPU) thiết kế trong 1 chip đơn • 1971 : Intel 4004 • tần số 108KHz , chứa 2300 transistors 39
30. Vi xử lý - Microprocessor • Intel Corp. sử dụng chip Intel 4004 trong các máy tính (calculator) 40
31. 1975 – Altair 8800 Máy tính cá nhân đầu tiên – Altair 8800 41
32. Giai đoạn 1976 - 1981 Kaypro Commodore PET 2001 Osbourne Tandy TRS-80 42
33. 1981 – IBM PC Thế hệ máy tính cá nhân mới với kiến trúc mở IBM 43
34. 1984 – Apple Macintosh 44
35. 1990 - Personal Computers • Tốc độ vi xử lý tăng nhanh: • CPU 1 lõi, • CPU đa lõi •Kiến trúc ít thay đổi 45
36. Máy tính dùng mạch tích hợp VLSI 46
37. Xu hướng ngày nay . Nhanh hơn . Nhỏ hơn . Rẻ hơn . Dễ sử dụng hơn 47