Computer Architecture
& Operating Systems

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
& HỆ ĐIỀU HÀNH

Nguyễn Trung Đồng

Tel. 098 341 0866
Email:


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH & HỆ ĐIỀU HÀNH
Phần I – Kiến trúc máy tính
Chương 1:
Chương 2:
Chương 3:
Chương 4:

Giới thiệu chung
Khối xử lý trung tâm và tập lệnh
Kiến trúc, tổ chức và quản lý bộ nhớ
Hệ thống BUS và thiết bị ngoại vi

Phần II. Hệ điều hành
Chương 1:
Chương 2:

Chương 3:
Chương 4:
Chương 5:

Tổng quan về hệ điều hành
Một số dịch vụ cơ bản của hệ điều hành
Tiến trình và điều độ tiến trình
Quản lý bộ nhớ
Quản lý tệp tin và thư mục

2


Nguyễn Trung Đồng Computer
Architecture

31/07/2013

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần 1.

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
(Computer Architecture)

3


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture


31/07/2013

Tài liệu tham khảo (KTMT)
[1]
[2]
3

4
5
6

Nguyễn Trung Đồng Giáo trình Kiến trúc máy tính –
trang web
Hoàng Xuân Dậu Bài giảng Kiến trúc máy tính
Nguyễn Trung Đồng Giáo trình Kỹ thuật Vi xử lý – NXB
KHKT Hà Nội 2010
James M. Feldman, Charles T. Retter Computer
Architecture – MITPress & McGraw Hill, Singapore 1994
David Hergert, Nancy Thibeault PC Architecture from
Assembly langueage to C – Prentice-Hall, Inc. New
Jersey 1997
Kai
Hwang
Advanced
Computer
Architecture.
Parallelism Scalability Programmability – McGraw-Hill
International Editions – 1993

4



Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

Kiến trúc và Tổ chức máy tính

Kiến trúc máy tính nghiên cứu những thuộc tính hệ

thống mà người lập trình có thể nhìn thấy được, những
thuộc tính quyết định trực tiếp đến việc thực thi một
chương trình tính toán, xử lý dữ liệu.
Cấu trúc và tổ chức máy tính nghiên cứu về các thành
phần chức năng và sự kết nối giữa chúng để tạo nên một
máy tính, nhằm thực hiện những chức năng và tính năng kỹ
thuật của kiến trúc.

5


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

Nguyên lý
kiến trúc Von
Neumann

31/07/2013

1. Lệnh (Instruction) và

dữ liệu (Data) phải được lưu
giữ trong một bộ nhớ ghi/đọc
được.
2. Từng ô nhớ trong bộ
nhớ phải được định vị bằng địa
chỉ. Sự định vị bằng địa chỉ là
tuần tự và không phụ thuộc
vào nội dung của ô nhớ.
3. Chương trình xử lý,
giải bài toán phải thực hiện
tuần tự từ lệnh này đến lệnh
tiếp theo, từ lệnh bắt đầu đến
lệnh cuối cùng.
6


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

Kiến trúc
Harward

31/07/2013

Kiến trúc máy tính Harvard chia bộ nhớ
trong thành hai phần riêng rẽ: Bộ nhớ lưu
chương trình (Program Memory) và Bộ nhớ
lưu dữ liệu (Data Memory). Hai hệ thống
bus riêng được sử dụng để kết nối CPU với
bộ nhớ lưu chương trình và bộ nhớ lưu dữ
liệu. Mỗi hệ thống bus đều có đầy đủ ba

thành phần để truyền dẫn các tín hiệu địa
chỉ, dữ liệu và điều khiển.
7


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

Cấu trúc một hệ thống máy tính

31/07/2013

8


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

9


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

10


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture


31/07/2013

11


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

Chức năng của máy tính

Thực hiện chương trình thông qua xử lý một tập lệnh do
người lập trình cung cấp. Chương trình là tập hợp các lệnh được

người lập trình chọn lọc và sắp xếp theo một tuần tự chặt chẽ
thông qua nguyên tắc xử lý, giải quyết một vấn đề cụ thể (hay

còn gọi là thuật giải).
1. Xử lý dữ liệu: Xử lý các yêu cầu của con người/thiết bị trên cơ sở
các dữ liệu được nhập vào. Đây là chức năng quan trọng nhất.
2. Lưu trữ dữ liệu: Muốn công việc xử lý dữ liệu đạt hiệu quả cao,
máy tính phải có khả năng lưu trữ tạm thời dữ liệu và lưu trữ dữ
liệu dài hạn
3. Di chuyển dữ liệu: Để phục vụ việc xử lý, dữ liệu phải có thể di
chuyển từ điểm này tới điểm khác bên trong máy tính, phải có
khả năng trao đổi dữ liệu với môi trường bên ngoài.
4. Điều khiển: Các tác vụ máy tính thực hiện phải được điều khiển
…
12



Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

13


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

14


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

15


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

16


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture


31/07/2013

17


LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC BỘ XỬ LÝ CỦA HÃNG INTEL®
(tính riêng với các loại được phát triển thành Máy vi tính)
Không kể chip-slide, µP4004, µP4040, µP8080, µP8085 và Single Chip µComputer

1. 16-bit Processors and Segmentation (1978). 16-bit processors, the 8086 and
8088.
2. The Intel® 286 Processor (1982). The Intel 286 processor introduced protected
mode operation into the IA-32 architecture.
3. The Intel® 386™Processor (1985). The Intel386 processor was the first 32-bit
processor in the IA-32 architecture family.
4. The Intel® 486™ Processor (1989). The Intel486™processor added more parallel
execution capability by expanding the Intel386 processor’s instruction decode
and execution units into five pipelined stages.
5. The Intel® Pentium® Processor (1993). The introduction of the Intel Pentium
processor added a second execution pipeline to achieve superscalar
performance (two pipelines, known as U and V. The on-chip first-level cache
doubled, with 8 KBytes devoted to code and another 8 KBytes devoted to data.
6. The P6 Family of Processors (1995-1999). The P6 family of processors was
based on a superscalar microarchitecture that set new performance standards.
The Intel Pentium Pro processor is three-way superscalar.
7. The Intel® Pentium 4 Processor Family (2000-2006). The Pentium 4 processor
family is based on Intel® NetBurst microarchitecture.



8.

The Intel® Xeon® Processor (2001- 2007). Intel® Xeon processors (with
exception for dual-core Intel® Xeon processor LV, Intel® Xeon processor
5100 series) are based on the Intel® NetBurst microarchitecture; The
Intel® Pentium® M Processor (2003-2006). The Intel® Pentium M
processor family is a high performance, low power mobile processor
family with microarchitectural enhancements over previous generations
of IA-32 Intel mobile processors.
9. The Intel® Pentium® Processor Extreme Edition (2005) The Intel®
Pentium processor Extreme Edition introduced dual-core technology.
10. The Intel® Core™Duo and Intel® Core™ Solo Processors (2006-2007). The
Intel® Core Duo processor offers power-efficient, dual-core
performance with a low-power design that extends battery life.
11. The Intel® Xeon® Processor 5100, 5300 Series and Intel® Core™2
Processor family (2006). The Intel® Xeon processor 3000, 3200, 5100,
5300, and 7300 series, Intel Pentium Dual-Core, Intel® Core 2 Extreme,
Intel® Core 2 Quad processors, and Intel® Core 2 Duo processor family
support Intel 64 Architecture


12. The Intel® Xeon® Processor 5200, 5400, 7400 Series and Intel® Core™ 2
Processor Family (2007). The Intel® Xeon processor 5200, 5400, and
7400 series, Intel® Core 2 Quad processor Q9000 Series, Intel® Core 2
Duo processor E8000 series support Intel® 64 architecture;
13. The Intel® Atom™ Processor Family (2008). The first generation of
Intel®AtomTM processors are built on 45 nm process technology. They
are based on a new Microarchitecture, Intel® AtomTM microarchitecture,
which is optimized for ultra low power devices. The Intel®AtomTM
microarchitecture features two in-order execution pipelines that

minimize power consumption, increase battery life, and enable ultrasmall form factors.
14. The Intel® Atom™ Processor Family Based on Silvermont
Microarchitecture (2013). Intel Atom Processor C2xxx, E3xxx, S1xxx
series are based on the Silvermont microarchitecture.
15. The Intel® Core™ i7 Processor Family (2008).The Intel Core i7 processor
900 series support Intel 64 architecture; they are based on Intel®
microarchitecture code name Nehalem using 45 nm process technology.


Biểu diễn thông tin trong máy tính
và Các hệ đếm
 Bản chất vật lý của thông tin được biểu diễn trong các hệ
thống xử lý số thông tin, dữ liệu
 Biểu diễn các giá trị “0” và “1” của hệ đếm nhị phân
 Biểu diến các giá trị logic “false” và “true”
 Các chuấn biểu diễn theo công nghệ vi mạch
 Chuyển đổi mức tín hiệu biểu diễn thông tin trong các vi
mạch với công nghệ chế tạo khác nhau
 Các loại mã thông tin:
• Thông tin không số
• Thông tin dữ liệu số
• Các thông tin mã hoá các chức năng quản lý, điều
khiển
31/07/2013

Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

21



Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

22


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

Biểu diễn dữ liệu số trong máy tính

Biểu diễn dữ liệu là số nguyên có dấu: Giả sử dùng 2 bytes (16
bits) để biểu diễn một số nguyên có dấu, bit cao nhất (MSB –
Most SigniFicant Bit) được dùng để đánh dấu. Số dương có bit
dấu S = “0”, số âm có bit dấu S = “1”.



D15

D14

D13

D12

D11


D10

D9

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

S

x

x

x


x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

Dấu phẩy động được dùng rất phổ biến, giá trị thực được thể
hiện nhờ việc thêm vào lũy thừa của cơ số đếm. Một dữ liệu số
theo hệ đếm nhị phân được biểu diễn theo dạng chuẩn tắc như
sau:
N = F * 2E
trong đó:

(Mantissa)

F là phần định trị được chuẩn hóa
E là phần đặc tính (Exponent - số mũ)

MSB
S

Các bit thể hiện phần đặc
tính
E

Các bit thể hiện phần định trị
F

23


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

Chuẩn IEEE 754 được dùng rộng rãi trong khoa học máy tính hiện
nay. Trong cách biểu diễn này, phần định trị có dạng 1.F với số 1 được ẩn
và F là phần số lẻ.
S

E (8 bits)

F1


F2

D30--D23

D22

D21

……….

S

E (10 bits)

F1

F2

...........

F51 F52

D63

D62—D53

D51 D50

……….


D1

D31

...........

F22 F23
D1

D0

D0

24


Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

31/07/2013

Mở rộng
Mở rộng
Tham số theo Chính
Chính xác
chính xác
chính xác
xác đơn
kép
IEEE 754

đơn
kép
Biểu diễn (bit)

32

43

64

80

Trường mũ (E)

8

10

10

16

Số lũy thừa

127

1023

E lớn nhất


127

1023 1023

16383

E nhỏ nhất

-126

- 1022 -1022

-16382

Trường F (bit)

23

31

63

52

25