NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

1

Computer Organization and
Architecture

Chapter 01

TỔNG QUAN


NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

2

OVERVIEW

1. SỰ GIỚI THIỆU


1.1. Kiến trúc máy tính và tổ chức máy tính

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

3







Kiến trúc máy tính đề cập đến những
thuộc tính của một hệ thống hiển thị cho
một lập trình viên, hoặc nói một cách
khác , các thuộc tính có ảnh hưởng trực
tiếp đến việc thực hiện hợp lý của một
chương trình.
Ví dụ , bộ Hướng dẫn , số lượng bit được
sử dụng cho dữ liệu đại diện , cơ chế I/O ,
các kỹ thuật giải quyết .
Một vấn đề thiết kế kiến trúc cho một máy
tính sẽ có một hướng dẫn


1.1. Kiến trúc máy tính và tổ chức máy tính

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture


4





tổ chức máy tính dùng để chỉ các đơn vị
hoạt động và mối liên kết của họ mà nhận
ra các chi tiết kỹ thuật kiến trúc hoặc làm
thế nào tính năng này được thực hiện.
Ví dụ thuộc tính tổ chức bao gồm


Các chi tiết về những phần cứng rõ ràng đối
với các lập trình viên , chẳng hạn như tín hiệu
điều khiển ; giao diện giữa máy tính và thiết bị
ngoại vi ; và công nghệ bộ nhớ sử dụng.


1.1. Kiến trúc máy tính và tổ chức máy tính

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

5








Trong lịch sử , cho đến hôm nay , sự phân
biệt giữa kiến trúc và tổ chức đã được một
điều quan trọng .
Nhiều nhà sản xuất máy tính cung cấp một
gia đình của các mơ hình máy tính, tất cả
đều có kiến trúc tương tự nhưng với sự
khác biệt trong tổ chức .
Do đó , các mơ hình khác nhau trong gia
đình có đặc điểm giá cả và hiệu suất khác
nhau .


1.1. Kiến trúc máy tính và tổ chức máy tính

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

6



Một kiến trúc đặc biệt có thể kéo dài nhiều
năm và bao gồm một số mơ hình máy tính

khác nhau , tổ chức của nó thay đổi với sự
thay đổi công nghệ.


kiến trúc IBM System / 370 . Kiến trúc này lần
đầu tiên được giới thiệu vào năm 1970 và bao
gồm một số mơ hình .




Trong những năm qua , IBM đã giới thiệu nhiều mẫu
mới với công nghệ cải tiến để thay thế mơ hình cũ ,
cung cấp tốc độ lớn hơn , chi phí thấp hơn , hoặc cả
hai.Những mơ hình mới hơn giữ lại kiến trúc giống
nhau

Tất cả các gia đình Intel x86 chia sẻ các kiến
trúc cơ bản giống nhau .


1.2. Cấu trúc và Chức năng
7



Cấu trúc

NLU-FIT


Computer Organization
and Architecture





Chức năng




là cách thức mà các thành phần liên quan đến
nhau
là hoạt động của các thành phần cá nhân như
là một phần của cấu trúc

Hệ thống máy tính sẽ được mơ tả từ trên
xuống. Chúng ta bắt đầu với các thành
phần chính của một máy tính , mơ tả cấu
trúc và chức năng của nó , và tiến tới lớp
thấp hơn trong hệ thống phân cấp .


NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

8


1.2. Cấu trúc và Chức năng

hình.1.1 . xem chức năng của máy tính


1.2. Cấu trúc và Chức năng
9



Chức năng
Xử lí dữ liệu
 lưu trữ dữ liệu
 di chuyển dữ liệu
 Điều khiển

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture





Xử lí dữ liệu


Các dữ liệu có thể có nhiều hình thức , và

một loạt các yêu cầu xử lí rất rộng. Tuy
nhiên , chúng ta sẽ thấy rằng chỉ có một
vài phương pháp cơ bản hoặc các loại xử
lý dữ liệu .


10

1.2. Cấu trúc và Chức năng


lưu trữ dữ liệu
Đó cũng là điều cần thiết mà một cửa hàng
máy tính dữ liệu. Ngay cả khi máy tính
đang xử lý dữ liệu nhanh chóng (ví dụ , dữ
liệu đi vào và được xử lý , và kết quả đi ra
ngoài ngay lập tức) , máy tính tạm thời
phải lưu trữ ít nhất là những mẩu dữ liệu
đang được làm việc tại bất kỳ lúc nào. Như
vậy , có ít nhất một chức năng lưu trữ dữ
liệu ngắn hạn .
 Quan trọng không kém , máy tính thực hiện
một chức năng lưu trữ dữ liệu lâu dài . File
dữ liệu được lưu trữ trên máy tính để thu
hồi tiếp theo và cập nhật.

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture





11

1.2. Cấu trúc và Chức năng


di chuyển dữ liệu

Computer Organization
and Architecture







NLU-FIT



Các máy tính phải có khả năng di chuyển
dữ liệu giữa bản thân và thế giới bên ngồi .
mơi trường hoạt động của máy tính bao
gồm các thiết bị phục vụ như là một trong
hai nguồn hoặc đích của dữ liệu.
Khi nhận được dữ liệu hoặc giao cho một

thiết bị được kết nối trực tiếp với máy tính ,
q trình này được gọi là đầu vào - đầu ra
( I / O ) , và các thiết bị được gọi là một thiết
bị ngoại vi .
Khi dữ liệu được di chuyển trên một khoảng
cách dài hơn, hoặc từ một thiết bị từ xa , quá
trình này được gọi là truyền thông dữ liệu.


12

1.2. Cấu trúc và Chức năng


Điều khiển
Cuối cùng , phải có kiểm sốt của ba chức
năng . Lúc đó, kiểm soát này được thực
hiện bởi các cá nhân ( những) người cung
cấp máy tính với các hướng dẫn .
 Trong máy tính, một đơn vị kiểm sốt quản
lý các nguồn tài nguyên của máy tính và tổ
chức hợp hiệu suất của các bộ phận chức
năng của mình để đáp ứng với những
hướng dẫn.

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture





NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

13

1.2. Cấu trúc và Chức năng


Cấu trúc
Các máy tính tương tác trong một số thời
trang với mơi trường bên ngồi của nó .
 Nói chung , tất cả các mối liên hệ của nó với
mơi trường bên ngồi có thể được phân loại
như các thiết bị ngoại vi hoặc đường dây
thơng tin liên lạc .


hình 1.2. Máy tính


14

1.2. Cấu trúc và Chức năng



Cấu trúc

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture



Cấu trúc bên trong của máy tính riêng của
nó , được thể hiện trong hình 1.3. bốn thành
phần cấu trúc chính .
đơn vị xử lý trung tâm (CPU ) : Điều khiển hoạt
động của máy tính và thực hiện các chức năng
xử lý dữ liệu của nó ; thường được gọi đơn giản
như bộ xử lý .
 Bộ nhớ chính : Lưu trữ dữ liệu .
 I / O : Di chuyển dữ liệu giữa máy tính và mơi
trường bên ngồi của nó .



1.2. Cấu trúc và Chức năng

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

15






Hệ thống kết nối: Một số cơ chế cung cấp cho
truyền thông giữa CPU , bộ nhớ chính , và I / O .
Một ví dụ phổ biến của hệ thống kết nối là bằng
phương tiện của một hệ thống Bus, bao gồm một
số tiến dây mà tất cả các thành phần khác đính
kèm .

Có thể có một hoặc nhiều từng thành phần
nói trên . Theo truyền thống , chỉ có một
bộ xử lý duy nhất. Trong những năm gần
đây , đã có gia tăng sử dụng nhiều bộ xử
lý trong một máy tính duy nhất.


NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

16

1.2. Cấu trúc và Chức năng

hình 1.3. máy tính : Cơ cấu Top-Level



NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

17

1.2. Cấu trúc và Chức năng


Thú vị nhất và trong một số các các thành
phần phức tạp nhất là CPU . thành phần
cấu trúc chính của nó là như sau :
Control unit : Điều khiển các hoạt động của
CPU .
 Số học và logic đơn vị ( ALU ) : Thực hiện các
chức năng xử lý dữ liệu của máy tính
 Registers : Cung cấp lưu trữ nội bộ của CPU
 CPU interconnection(CPU kết nối): Một số cơ
chế cung cấp cho truyền thông giữa các thiết bị
điều khiển , ALU , và Registers



NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture


18

TỔNG QUAN

2.sự phát triển Máy tính
Hiệu suất
và


NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

19

2.1. Tóm tắt lịch sử của máy tính


Tóm tắt lịch sử của máy tính Thế hệ
đầu tiên: ống chân khơng
ENIAC : Các ENIAC (Electronic Numerical
Integrator và máy tính ) , được thiết kế và
xây dựng tại Đại học Pennsylvania , là mục
đích chung điện tử máy tính kỹ thuật số
đầu tiên trên thế giới .
 Dự án này là một phản ứng với nhu cầu
của Hoa Kỳ trong Thế chiến II .
 John Mauchly và John Eckert
 Bắt đầu năm 1943 và hoàn thành năm 1946.

Quá muộn cho nỗ lực chiến tranh .
 Được sử dụng cho đến năm 1955



NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

20

2.1. Tóm tắt lịch sử của máy tính
Thập phân ( không phải nhị phân )
 20 ắc quy của 10 chữ số
 Lập trình bằng tay bằng cách
chuyển mạch và cắm và cáp rút .
 18.000 ống chân không
 30 tấn
 15.000 feet vuông
 tiêu thụ điện 140 kW
 5000 bổ sung mỗi lần
thứ hai



NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture


21

2.1. Tóm tắt lịch sử của máy tính


von Neumann / Turing










chương trình làm thay đổi cho ENIAC là vơ cùng tẻ
nhạt
Một máy tính có thể nhận được hướng dẫn của nó
bằng cách đọc chúng từ bộ nhớ và một chương trình
có thể được thiết lập hoặc thay đổi bằng cách thiết lập
các giá trị của một phần bộ nhớ .
Ý tưởng này , được biết đến như là khái niệm lưu trữ
chương trình .
Ấn phẩm đầu tiên của ý tưởng là trong một đề nghị
năm 1945, von Neumann cho một máy tính mới,
EDVAC (Electronic Discrete máy tính biến ) .
Alan Turing phát triển các ý tưởng tại cùng một thời
điểm



2.1. Tóm tắt lịch sử của máy tính

Computer Organization
and Architecture

22







Năm 1946 , von Neumann và các đồng nghiệp của
ông bắt đầu thiết kế một máy tính chương trình được
lưu trữ mới , được gọi là máy tính IAS , tại Viện
Princeton nghiên cứu cao cấp .
Các máy tính IAS , mặc dù khơng hồn thành cho
đến năm 1952, nhưng là nguyên mẫu của tất cả các
máy tính mục đích chung sau này.
Nó bao gồm



NLU-FIT






Một bộ nhớ chính , trong đó lưu trữ dữ liệu và hướng dẫn.
Một số học và logic đơn vị ( ALU ) có khả năng hoạt động
trên dữ liệu nhị phân
Một đơn vị kiểm soát, trong đó dịch các lệnh trong bộ nhớ
và làm cho chúng được thực thi.
Đầu vào và đầu ra ( I / O ) thiết bị điều hành bởi các đơn vị
kiểm soát


NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

23

2.1. Tóm tắt lịch sử của máy tính

hình 2.1 Cấu trúc của máy tính IAS
• Với trường hợp ngoại lệ hiếm hoi , tất cả các
máy tính ngày nay có cấu trúc này chung
giống nhau và chức năng và do đó được gọi


2.1. Tóm tắt lịch sử của máy tính
Bộ nhớ của IAS bao gồm 1.000 địa điểm lưu trữ ,
gọi là từ nhớ, gồm 40 chữ số nhị phân (bit ).
 Cả hai dữ liệu và hướng dẫn được lưu trữ ở đó .

Các số được biểu diễn dưới dạng nhị phân , và
mỗi lệnh là một mã nhị phân .
 Mỗi số được đại diện bởi một bit dấu và một giá
trị 39 -bit .
 Một chữ cũng có thể chứa hai hướng dẫn 20 -bit ,
với mỗi chỉ dẫn bao gồm một mã hoạt động 8 - bit
( opcode ) xác định các hoạt động được thực hiện
và một địa chỉ(address) 12 -bit chỉ định một trong
các từ trong bộ nhớ ( số 0-999 ) .

NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

24




NLU-FIT

Computer Organization
and Architecture

25

2.1. Tóm tắt lịch sử của máy tính

hình 2.2 Định dạng thẻ nhớ IAS