Giáo trình kiến trúc máy tính và vi sử lý

You're Reading a Free Preview
Pages 7 to 14 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 18 to 21 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 25 to 35 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 39 to 41 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 50 to 58 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 64 to 102 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 108 to 115 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 128 to 133 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 144 to 145 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Page 149 is not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 153 to 167 are not shown in this preview.

You're Reading a Free Preview
Pages 171 to 179 are not shown in this preview.

1.687
lượt xem 568
download

Nội dung Text: Giáo trình Kiến trúc máy tính - TS. Vũ Đức Lung

1. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com L I NÓI ð U ð I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH TRƯ NG ð I H C CÔNG NGH THÔNG TIN ----------o0o---------- V i m c tiêu ñưa các môn h c chuyên ngành công ngh thông tin vào h c ngay t nh ng h c kỳ ñ u trong trư ng ð i h c Công ngh thông tin, giáo trình Ki n trúc máy tính ñư c biên so n ñ c bi t cho m c ñích này và ñư c ñ nh hư ng cho sinh viên nghành công ngh thông tin năm th nh t. Giáo trình Ki n trúc máy tính này trình bày các v n ñ chung nh t, các thành ph n cơ b n nh t c u thành nên máy tính Giáo trình hi n ñ i nh m trang b cho sinh viên các n i dung ch y u trong 8 chương sau: Chương I: Trình bày l ch s phát tri n c a máy tính cũng như các tích năng m i c a máy tính trong t ng giai ño n, các th KI N TRÚC MÁY TÍNH h máy tính, ñ nh hư ng phát tri n c a máy tính và cách phân lo i máy tính. Chương II: Gi i thi u các nguyên lý ho t ñ ng chung và các tính ch t cơ b n c a các b ph n chính y u trong máy tính như: b x lý [CPU], b n m ch chính [Mainboard], các thi t b lưu tr d li u, các lo i b nh RAM, Card ñ h a, màn hình. Ngoài ra còn cho th y ñư c nh ng hình dáng và s tích h p c a các b ph n v i nhau nh m giúp sinh viên có th t mua s m, l p ráp m t máy tính cho mình. Biên so n: TS. Vũ ð c Lung Chương III: Trình bày cách bi n ñ i cơ b n c a h th ng s [như h th p phân, h nh phân, h bát phân, h th p l c phân], các cách cơ b n ñ bi u di n d li u, cách th c hi n các phép tính s h c cho h nh phân. Chương IV: Các c ng và ñ i s Boolean, các ñ nh lý trong ñ i s Boolean, cách ñơn gi n các hàm Boolean cũng như các m ch s , cách bi u di n các m ch s qua các hàm Boolean và ngư c l i, các m ch t h p cơ b n, cách thi t k các m ch ñơn gi n. Chương V: Trình bày nguyên lý h at ñ ng c a các m ch l t, các flip-flop, qui trình thi t k m t m ch tu n t và ñưa ra ví d c th cho vi c thi t k này. 2009 1
2. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương VI: Phân lo i ki n trúc b l nh, cách b trí ñ a ch b nh , các cách mã hóa t p l nh, các l nh cơ b n c a máy tính qua các l nh h p ng assembler Chương VII: Gi i thi u c u trúc c a b x lý trung tâm: t ch c, ch c năng và nguyên lý ho t ñ ng c a các b ph n bên trong b x lý như b tính toán logic s h c, b ñi u khi n, t p các thanh ghi. Ngoài ra còn trình bày cách t ch c ñư ng ñi d li u, di n bi n quá trình thi hành l nh và k thu t ng d n. Chương VIII: Trình bày các c p b nh , thi t k và nguyên lý ho t ñ ng c a các lo i b nh . Phương pháp ñánh giá hi u năng c a các c p b nh . Các chi n thu t thay th kh i nh , trang nh cũng như các chi n thu t ghi vào b nh . Như ñã nói trên, giáo trình nh m gi ng d y cho sinh viên năm th nh t do ñó nh ng ki n th c ñưa ra ch là cơ b n. ð hi u sâu hơn m i v n ñ nên xem thêm trong các sách tham kh o cu i quy n giáo trình này. M c dù ñã c g ng biên so n r t công phu và k lư ng, tuy nhiên cũng khó tránh kh i nh ng thi u sót. Chúng tôi mong ñư c ñón nh n các ñóng góp ý ki n c a các Th y, các b n ñ ng nghi p, các b n sinh viên và các b n ñ c nh m ch nh s a giáo trình ñư c hoàn thi n hơn. Cu i cùng xin chân thành c m ơn nh ng góp ý quí giá c a các ñ ng nghi p khi biên so n giáo trình này. Vũ ð c Lung. 2
3. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u phân ñư c dùng ngày nay trong máy tính ñi n t . Chương I: Gi i thi u Năm 1834 giáo sư toán h c trư ng ðH Cambridge [Anh], Charles Babbage [ngư i phát minh ra ñ ng h công tơ mét] ñã thi t 1.1. L ch s phát tri n c a máy tính k ra máy tính v i ch 2 phép tính + và – nhưng có m t c u trúc ñáng ñ ý th i b y gi – máy tính có 4 b ph n: Trong quá trình phát tri n c a công ngh máy tính, con - b nh , ngư i ñã ch t o ra hàng ngàn lo i máy tính khác nhau. R t nhi u - b tính toán, trong s nh ng máy tính này ñã b quên lãng ñi, ch m t s ít còn - thi t b nh p ñ ñ c các phi u ñ c l , ñư c nh c l i cho ñ n ngày nay. ðó là các máy tính v i nh ng ý - thi t b xu t ñ khoan l lên các t m ñ ng. tư ng thi t k và nguyên lý ho t ñ ng ñ c ñáo t o nên m t t m nh Chính ý tư ng c a ông là ti n ñ cho các máy tính hi n ñ i hư ng l n ñ n các máy tính th h sau nó. ð giúp sinh viên có sau này. ñư c nh ng khái ni m cơ b n v máy tính và hi u rõ hơn b ng ð máy tính ho t ñ ng nó c n ph i có chương trình, và ông cách nào mà con ngư i ñã phát minh ra nh ng máy tính hi n ñ i, ñã thuê cô Ada làm chương trình cho máy tính này. Cô Ada chính d s d ng như ngày nay, trong ph n này s trình bày nh ng chi là l p trình viên ñ u tiên và ñ tư ng nh t i cô ta sau này Ada ti t quan tr ng v l ch s quá trình phát tri n c a máy tính. ñư c ñ t tên cho 1 ngôn ng l p trình. Tuy nhiên máy tính ñã không ho t ñ ng ñư c vì ñòi h i quá ph c t p và th i b y gi con Máy tính thư ng ñư c phân lo i thành các th h d a trên ngư i và k thu t chưa cho phép. n n t ng công ngh ph n c ng ñư c s d ng trong quá trình ch Năm 1936 К. Zus [ngư i ð c] ñã thi t k m t vài máy ñ m t o. L ch s phát tri n máy tính có th ñư c chia thành các th h t ñ ng trên cơ s rơle [relay]. Tuy nhiên ông không bi t gì v máy máy tính sau: tính c a Babbage và máy tính c a ông ñã b phá h y trong m t tr n bom vào Berlin khi chi n tranh th gi i l n th 2 - 1944. Vì v y 1.1.1. Th h zero –máy tính cơ h c [1642-1945] nh ng phát minh c a ông ta ñã không nh hư ng ñ n s phát tri n M c l ch s máy tính ph i nh c ñ n ñ u tiên là khi nhà bác c a k thu t máy tính sau này. h c ngư i Pháp Blez Pascal [1626-1662] vào năm 1642 ñã phát Năm 1944 G. Iken [thu c ðH Havard M ] ñã ñ c v công minh ra máy tính toán ñ u tiên – máy tính cơ h c v i 6 bánh quay trình c a Babbage và ông ñã cho ra ñ i Mark I sau ñó là Mark II. và b d n ñ ng b ng tay. Máy c a ông ch cho phép th c hi n các Máy Mark I ra ñ i v i m c ñích chính là ph c v chi n tranh. Nó phép tính c ng và tr . n ng 5 t n, cao 2.4 m, dài 15 m, ch a 800 km dây ñi n. Tuy nhiên Sau 30 năm, vào năm 1672 m t nhà bác h c khác, Gotfrid vào th i ñi m ñó máy tính relay ñã qua th i và ñã b t ñ u k Vilgelm Leibnits ñã ch t o ra máy tính v i 4 phép tính cơ b n [+ - nguyên c a máy tính ñi n t . * /] s d ng 12 bánh quay. T khi còn là sinh viên cho ñ n h t cu c 1.1.2. Th h I – bóng ñèn ñi n [1945-1955] ñ i, ông ñã nghiên c u các tính ch t c a h nh phân và là ngư i Chi n tranh th gi i th 2 b t ñ u và vào ñ u th i kỳ chi n ñã ñưa ra các nguyên lý cũng như tranh tàu ng m c a ð c ñã phá h y nhi u tàu c a Anh, nh nh ng khái ni m cơ b n nh t cho h nh 3 4
4. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u tín hi u mã hóa ñư c chuy n ñi b i thi t b ENIGMA mà quân ñ i Máy ENIAC [Electronic Numerical Integrator And Anh ñã không th gi i mã ñư c. ð gi i mã ñòi h i m t s lư ng Computer], do John Mauchly và John Presper Eckert [ñ i h c tính toán r t l n và m t nhi u th i gian, trong khi chi n tranh thì Pensylvania, M ] thi t k và ch t o, là chi c máy s hoá ñi n t không cho phép ch ñ i. Vì v y chính ph Anh ñã cho thành l p ña năng ñ u tiên trên th gi i [hình 1.2]. m t phòng thí nghi m bí m t nh m ch t o ra m t máy tính ñi n S li u k thu t: ENIAC là m t chi c máy kh ng l ph c v cho vi c gi i mã nh ng thông tin này. Năm 1943 máy tính COLOSSUS ra ñ i v i 2000 ñèn chân không và ñư c gi bí m t v i hơn 18000 bóng ñèn chân không, n ng hơn 30 t n, su t 30 năm và nó ñã không th tr thành cơ s cho s phát tri n tiêu th m t lư ng ñi n năng vào kho ng 140kW và chi m m t di n tích x p x 1393 m2. M c dù v y, nó c a máy tính. M t trong nh ng ngư i sáng l p ra COLOSSUS là nhà toán h c n i ti ng Alain Turing. Trong hình 1.1 là b c chân làm vi c nhanh hơn nhi u so v i các lo i máy tính ñi n dung c a Alain Turing và m t bóng ñèn chân không. cơ cùng th i v i kh năng th c hi n 5000 phép c ng trong m t giây ñ ng h . Bóng ñèn chân không Hình 1.1. Alain Turing v i bóng ñèn chân không Chi n tranh th gi i ñã có nh hư ng l n ñ n phát tri n k thu t máy tính M . Quân ñ i M c n các b ng tính toán cho pháo binh và hàng trăm ph n ñã ñư c thuê cho vi c tính toán này trên các máy tính tay [ngư i ta cho r ng ph n trong tính toán c n th n hơn nam gi i]. Tuy nhiên quá trình tính toán này v n ñòi h i th i gian khá lâu và nh m ñáp ng yêu c u c a BRL [Ballistics Hình 1.2. Máy tính ENIAC Research Laboratory – Phòng nghiên c u ñ n ñ o quân ñ i M ] ði m khác bi t gi a ENIAC & các máy tính khác: trong vi c tính toán chính xác và nhanh chóng các b ng s li u ñ n ENIAC s d ng h ñ m th p phân ch không ph i nh ñ o cho t ng lo i vũ khí m i, d án ch t o máy ENIAC ñã ñư c phân như t t c các máy tính khác. V i ENIAC, các b t ñ u vào năm 1943. con s ñư c bi u di n dư i d ng th p phân và vi c tính 5 6
5. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u toán cũng ñư c th c hi n trên h th p phân. B nh c a 1.3], m t c v n c a d án ENIAC, ñưa ra ngày 8/11/1945, trong máy g m 20 "b tích lũy", m i b có kh năng lưu gi m t b n ñ xu t v m t lo i máy tính m i có tên g i EDVAC m t s th p phân có 10 ch s . M i ch s ñư c th [Electronic Discrete Variable Computer – do Ekert và Moyshly ñã hi n b ng m t vòng g m 10 ñèn chân không, trong ñó b t ñ u làm r i ng ng l i ñi thành l p công ty, sau này là Unisys t i m i th i ñi m, ch có m t ñèn tr ng thái b t ñ th Corporation]. Máy tính này cho phép nhi u thu t toán khác nhau hi n m t trong mư i ch s t 0 ñ n 9 c a h th p phân. có th ñư c ti n hành trong máy tính mà không c n ph i n i dây l i Vi c l p trình trên ENIAC là m t công vi c v t v vì như máy ENIAC nh vào khái ni m chương trình lưu tr . ph i th c hi n n i dây b ng tay qua vi c ñóng/m các công t c cũng như c m vào ho c rút ra các dây cáp ñi n. Ho t ñ ng th c t : Máy ENIAC b t ñ u ho t ñ ng vào tháng 11/1945 v i nhi m v ñ u tiên không ph i là tính toán ñ n ñ o [vì chi n tranh th gi i l n th hai ñã k t thúc] mà ñ th c hi n các tính toán ph c t p dùng trong vi c xác ñ nh tính kh thi c a bom H. Vi c có th s d ng máy vào m c ñích khác v i m c ñích ch t o ban ñ u cho th y tính ña năng c a ENIAC. Máy ti p t c ho t ñ ng dư i s qu n lý c a BRL cho ñ n khi ñư c tháo r i ra vào năm 1955. V i s ra ñ i và thành công c a máy ENIAC, năm 1946 ñư c xem như năm m ñ u cho k nguyên máy tính ñi n t , k t thúc s n l c nghiên c u c a các nhà khoa h c ñã John von Neumann kéo dài trong nhi u năm li n trư c ñó Hình 1.3. Von Neumann v i máy tính EDVAC Máy tính Von Neumann Máy IAS Như ñã ñ c p trên, vi c l p trình trên máy ENIAC là m t Ti p t c v i ý tư ng c a mình, vào năm 1946, von Neuman công vi c r t t nh t và t n kém nhi u th i gian. Công vi c này có cùng các ñ ng nghi p b t tay vào thi t k m t máy tính m i có l s ñơn gi n hơn n u chương trình có th ñư c bi u di n dư i chương trình ñư c lưu tr v i tên g i IAS [Institute for Advanced d ng thích h p cho vi c lưu tr trong b nh cùng v i d li u c n Studies] t i h c vi n nghiên c u cao c p Princeton, M . M c dù x lý. Khi ñó máy tính ch c n l y ch th b ng cách ñ c t b nh , mãi ñ n năm 1952 máy IAS m i ñư c hoàn t t, nó v n là mô hình ngoài ra chương trình có th ñư c thi t l p hay thay ñ i thông qua cho t t c các máy tính ña năng sau này. s ch nh s a các giá tr lưu trong m t ph n nào ñó c a b nh . Ý tư ng này, ñư c bi t ñ n v i tên g i "khái ni m chương C u trúc t ng quát c a máy IAS, như ñư c minh h a trên trình ñư c lưu tr ", do nhà toán h c John von Neumann [Hình hình 1.4, g m có: 7 8
6. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u M t b nh chính ñ lưu tr d li u và chương trình. 20. Dù v y, mãi ñ n cu i nh ng năm 50, các máy tính bán d n hóa M t b logic-s h c [ALU – Arithmetic and Logic Unit] hoàn toàn m i b t ñ u xu t hi n trên th trư ng máy tính. có kh năng thao tác trên d li u nh phân. Vi c s d ng ñèn bán d n trong ch t o máy tính ñã xác M t b ñi u khi n chương trình có nhi m v thông d ch ñ nh th h máy tính th hai, v i ñ i di n tiêu bi u là máy PDP-1 các ch th trong b nh và làm cho chúng ñư c th c thi. c a công ty DEC [Digital Equipment Corporation] và IBM 7094 Thi t b nh p/xu t ñư c v n hành b i ñơn v ñi u khi n. c a IBM. DEC ñư c thành l p vào năm 1957 và sau ñó 4 năm cho H u h t các máy tính hi n nay ñ u có chung c u ra ñ i s n ph m ñ u tiên c a mình là máy PDP-1 như ñã ñ c p trúc và ch c năng t ng quát như trên. Do v y chúng còn có trên. ðây là chi c máy m ñ u cho dòng máy tính mini c a DEC, tên g i chung là các máy von Neumann. v n r t ph bi n trong các máy tính th h th ba. Các máy IBM-709,7090,7094 có chu kỳ th i gian là 2 B microsecond, b nh 32 K word 16 bit. Hình 1.5 mô t m t c u Logic-s h c hình v i nhi u thi t b ngo i vi c a máy IBM 7094. Thi t ALU B b nh nh p Băng t chính xu t CPU B Phi u ñ c l Kênh d li u ñi u khi n CU Máy in dòng Hình 1.4. C u trúc c a máy IAS Kênh d li u B ñ c th 1.1.3. Th h II – transistor [1955-1965] B S thay ñ i ñ u tiên trong lĩnh v c máy tính ñi n t xu t Tr ng t dn hi n khi có s thay th ñèn chân không b ng ñèn bán d n. ðèn bán kênh d n nh hơn, r hơn, t a nhi t ít hơn trong khi v n có th ñư c s Kênh d li u ðĩa d ng theo cùng cách th c c a ñèn chân không ñ t o nên máy tính. Không như ñèn chân không v n ñòi h i ph i có dây, có b ng kim Hypertape lo i, có bao th y tinh và chân không, ñèn bán d n là m t thi t b tr ng thái r n ñư c ch t o t silicon có nhi u trong cát trong t nhiên. Memory ðèn bán d n là phát minh l n c a phòng thí nghi m Bell Labs trong năm 1947 b i Bardeen, Brattain và Shockley. Nó ñã t o ra m t cu c cách m ng ñi n t trong nh ng năm 50 c a th k Hình 1.5 M t c u trúc máy IBM 7094 9 10
7. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Omnibus ñây có nhi u ñi m khác bi t so v i máy IAS mà chúng ta tính l n v i giá ch có 16000 ñô la M , so v i s ti n lên c n lưu ý. ði m quan tr ng nh t trong s ñó là vi c s d ng các ñ n hàng trăm ngàn ñô la ñ mua ñư c m t chi c máy System/360 kênh d li u. M t kênh d li u là m t module nh p/xu t ñ c l p c a IBM. Tương ph n v i ki n trúc chuy n trung tâm ñư c IBM s có b x lý và t p l nh riêng. Trên m t h th ng máy tính v i các d ng cho các h th ng 709, các ki u sau này c a máy PDP-8 ñã s thi t b như th , CPU s không th c thi các ch th nh p/xu t chi d ng m t c u trúc r t ph d ng hi n nay cho các máy mini và vi ti t. Nh ng ch th ñó ñư c lưu trong b nh chính và ñư c th c thi tính: c u trúc ñư ng truy n. Hình 1.6 minh h a c u trúc này. b i m t b x lý chuyên d ng trong chính kênh d li u. CPU ch kh i ñ ng m t s ki n truy n nh p/xu t b ng cách g i tín hi u ñi u ðư ng truy n PDP-8, ñư c g i là Omnibus, g m 96 ñư ng khi n ñ n kênh d li u, ra l nh cho nó th c thi m t dãy các ch th tín hi u riêng bi t, ñư c s d ng ñ mang chuy n tín hi u ñi u trong máy tính. Kênh d li u th c hi n nhi m v c a nó ñ c l p khi n, ñ a ch và d li u. Do t t c các thành ph n h th ng ñ u v i CPU và ch c n g i tín hi u báo cho CPU khi thao tác ñã hoàn dùng chung m t t p h p các ñư ng tín hi u, vi c s d ng chúng t t. Cách s p x p này làm gi m nh công vi c cho CPU r t nhi u. ph i ñư c CPU ñi u khi n. Ki n trúc này có ñ linh ho t cao, cho phép các module ñư c g n vào ñư ng truy n ñ t o ra r t nhi u c u M t ñ c trưng khác n a là b ña công, ñi m k t thúc trung hình khác nhau. C u trúc ki u này c a DEC ñã ñư c s d ng trong tâm cho các kênh d li u, CPU và b nh . B ña công l p l ch các t t c các máy tính ngày nay. DEC ñã bán ñư c 50000 chi c PDP-8 truy c p ñ n b nh t CPU và các kênh d li u, cho phép nh ng và tr thành nhà cung c p máy tính mini ñ ng ñ u th gi i lúc b y thi t b này ho t ñ ng ñ c l p v i nhau. gi . Máy PDP-1 Máy PDP-1 có g n 4 K word, 1 [word=18 bit] và th i gian B ñi u khi n CPU B nh chính I/O I/O ••• cho 1 chu kỳ là 5 microsecond. Thông s này l n hơn g n g p 2 l n console so v i máy cùng dòng v i nó IBM-709, nhưng PDP-1 là máy tính nh g n nhanh nh t th i b y gi và có giá bán 120000$, còn IBM- 7090- có giá bán t i 1 tri u USD. Máy PDP-1 v i màn hình kính Omnibus c 512 ñi m ñư c cho ñ n ðH công ngh Massachuset và t ñây các sinh viên ñã vi t trò chơi máy tính ñ u tiên – chò trơi chi n Hình 1.6 C u trúc ñư ng truy n PDP-8 tranh gi a các vì sao . M t máy tính cũng ñáng chú ý n a trong giai ño n này là Sau m t vài năm DEC cho ra ñ i m t hi n tư ng khác trong vào năm 1964, khi công ty CDC [Control Data Corporation] cho ra ngành công nghi p máy tính. ðó là máy PDP-8, máy tính 12 bít. ñ i máy tính 6600. Máy này có t c ñ cao hơn g p nhi u l n IBM- Vào lúc m t máy tính c trung cũng ñòi h i m t phòng có ñi u hòa 7094 và ñi m ñ c bi t c a máy tính này là s lý song song mà sau không khí, máy PDP-8 ñ nh ñ có th ñ t trên m t chi c gh dài này trong các siêu máy tính hay s d ng. v n thư ng g p trong phòng thí nghi m ho c ñ k t h p vào trong các thi t b khác. Nó có th th c hi n m i công vi c c a m t máy 11 12
8. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u chip. ði u này có nghĩa là giá c cho các m ch nh và 1.1.4. Th h III – m ch tích h p [1965-1980] lu n lý gi m m t cách ñáng k . - Vì nh ng thành ph n lu n lý và ô nh ñư c ñ t g n M t ñèn bán d n ñơn l thư ng ñư c g i là m t thành nhau hơn trên các chip nên kho ng cách gi a các ph n r i r c. Trong su t nh ng năm 50 và ñ u nh ng năm 60 c a nguyên t ng n hơn d n ñ n vi c gia tăng t c ñ chung th k 20, các thi t b ñi n t ph n l n ñư c k t h p t nh ng cho toàn b . thành ph n r i r c – ñèn bán d n, ñi n tr , t ñi n, v.v... Các thành - Máy tính s tr nên nh hơn, ti n l i hơn ñ b trí vào ph n r i r c ñư c s n xu t riêng bi t, ñóng gói trong các b ch a các lo i môi trư ng khác nhau. riêng, sau ñó ñư c dùng ñ n i l i v i nhau trên nh ng b ng m ch. - Có s gi m thi u trong nh ng yêu c u v b ngu n và Các b ng này l i ñư c g n vào trong máy tính, máy ki m tra dao thi t b làm mát h th ng. ñ ng, và các thi t b ñi n t khác n a. - S liên k t trên m ch tích h p ñáng tin c y hơn trên các n i k t hàn. V i nhi u m ch trên m i chip, s có ít s B t c khi nào m t thi t b ñi n t c n ñ n m t ñèn bán n i k t liên chip hơn. d n, m t ng kim lo i nh ch a m t m u silicon s ph i ñư c hàn vào m t b ng m ch. Toàn b quá trình s n xu t, ñi t ñèn bán d n Máy IBM System/360 ñ n b ng m ch, là m t quá trình t n kém và không hi u qu . Các máy tính th h th hai ban ñ u ch a kho ng 10000 ñèn bán d n. Con s này sau ñó ñã tăng lên nhanh chóng ñ n hàng trăm ngàn, Máy IBM System/360 ñư c IBM ñưa ra vào năm 1964 là h làm cho vi c s n xu t các máy m nh hơn, m i hơn g p r t nhi u máy tính công nghi p ñ u tiên ñư c s n xu t m t cách có k ho ch. khó khăn. ð gi i quy t nh ng v n ñ khó khăn này, năm 1958 Khái ni m h máy tính bao g m các máy tính tương thích nhau là Jack Kilby và Robert Noyce ñã cho ra ñ i m t công ngh m i, m t khái ni m m i và h t s c thành công. ðó là chu i các máy tính công ngh m ch tích h p [Integrated circuit - IC hay vi m ch - v i cùng m t ngôn ng Assembler. Chương trình vi t cho máy này CHIP]. có th ñư c dùng cho máy khác mà không ph i vi t l i, ñây chính là ưu ñi m n i b t c a nó. Ý tư ng thành l p h máy tính tr thành r t ph bi n trong r t nhi u năm sau ñó. Trong b ng 1.1 cho ta th y S phát minh ra m ch tích h p vào năm 1958 ñã cách m ng nh ng thông s chính c a m t trong nh ng ñ i ñ u tiên c a h hóa ñi n t và b t ñ u cho k nguyên vi ñi n t v i nhi u thành t u IBM-360. r c r . M ch tích h p chính là y u t xác ñ nh th h th ba c a máy tính. V i công ngh này nhi u transitor ñư c cho vào trong m t chip nh . H máy IBM System/360 không nh ng ñã quy t ñ nh tương lai v sau c a IBM mà còn có m t nh hư ng sâu s c ñ n toàn b ngành công nghi p máy tính. Nhi u ñ c trưng c a h máy ð i v i nhà s n xu t máy tính, vi c s d ng nhi u IC ñư c này ñã tr thành tiêu chu n cho các máy tính l n khác. ñóng gói mang l i nhi u ñi m có ích như sau: - Giá chip g n như không thay ñ i trong quá trình phát tri n nhanh chóng v m t ñ c a các thành ph n trên 13 14
9. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Thông s Model Model Model 50 Model 30 40 60 T c ñ so sánh 1 3.5 10 21 gi a chúng Th i gian 1 chu kỳ, 1000 625 500 250 nano giây Dung lư ng b nh 64 256 256 512 t i ña, Kbyte S byte l y t b 1 2 4 16 Hình 1.7. Máy tính IBM 5100 nh m i chu kỳ 1.1.5. Th h IV – máy tính cá nhân [1980-ñ n nay] S kênh d li u t i 3 3 4 6 ña S xu t hi n c a m ch tích h p t l cao Very Large Scale B ng 1.1. Các thông s h IBM - 360 Integrated [VLSI] circuit vào nh ng năm 80 cho phép ghép hàng tri u transistor trên m t b n m ch. ði u ñó d n ñ n kh năng thi t M t s c t m c ñáng chú ý n a trong giai ño n này là: k nh ng máy tính c nh , nhưng v i t c ñ cao. Trong ph n ti p theo, hai thành t u tiêu bi u v công ngh 1975 máy tính cá nhân ñ u tiên [Portable computer] c a máy tính th h th tư s ñư c gi i thi u m t cách tóm lư c. IBM 5100 [hình 1.7] ra ñ i, tuy nhiên máy tính này ñã không g t hái ñư c thành công nào. Nh ng thông s B nh bán d n chính c a nó như sau: Vào kho ng nh ng năm 50 ñ n 60 c a th k này, h u h t b - B nh dùng băng t nh máy tính ñ u ñư c ch t o t nh ng vòng nh làm b ng v t - N ng 23 Kg li u s t t , m i vòng có ñư ng kính kho ng 1/16 inch. Các vòng - Có giá 10000$ này ñư c treo trên các lư i trên nh ng màn nh bên trong máy - Kh năng l p trình trên Basic tính. Khi ñư c t hóa theo m t chi u, m t vòng [g i là m t lõi] - Màn hình 16 dòng, 64 ký t bi u th giá tr 1, còn khi ñư c t hóa theo chi u ngư c l i, lõi s - B nh
10. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Năm 1970, Fairchild ch t o ra b nh bán d n có dung vi x lý ñơn chip 32 bit. Trong khi ñó, Intel gi i thi u b vi x lý lư ng tương ñ i ñ u tiên. Chip này có kích thư c b ng m t lõi ñơn, 32 bit c a riêng mình là chip 80386 vào năm 1985. có th lưu 256 bit nh , ho t ñ ng không theo cơ ch lo i tr và nhanh hơn b nh lõi t . Nó ch c n 70 ph n t giây ñ ñ c ra m t ði m ñáng lưu ý nh t trong giai ño n này là vào năm 1981 bit d li u trong b nh . Tuy nhiên giá thành cho m i bit cao hơn ra ñ i máy IBM PC trên cơ s CPU Intel 8088 và dùng h so v i lõi t . ñi u hành MS-DOS c a Microsoft [hình 1.8]. K t năm 1970, b nh bán d n ñã ñi qua 11 th h : 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M và gi ñây là 1G bit trên m t chip ñơn [1K = 210, 1M = 220]. M i th h cung c p kh năng lưu tr nhi u g p b n l n so v i th h trư c, cùng v i s gi m thi u giá thành trên m i bit và th i gian truy c p. B vi x lý Vào năm 1971, hãng Intel cho ra ñ i chip 4004, chip ñ u tiên có ch a t t c m i thành ph n c a m t CPU trên m t chip ñơn. K nguyên b vi x lý ñã ñư c khai sinh t ñó. Chip 4004 có th c ng hai s 4 bit và nhân b ng cách l p l i phép c ng. Theo tiêu chu n ngày nay, chip 4004 rõ ràng quá ñơn gi n, nhưng nó ñã ñánh d u s b t ñ u c a m t quá trình ti n hóa liên t c v dung lư ng và s c Hình 1.8. Máy tính IBM PC ñ u tiên m nh c a các b vi x lý. Bư c chuy n bi n k ti p trong quá trình ti n hóa nói trên là s gi i thi u chip Intel 8008 vào năm 1972. ðây 1.2. Kh i các nư c XHCN và Vi t Nam là b vi x lý 8 bit ñ u tiên và có ñ ph c t p g p ñôi chip 4004. Nh c ñ n l ch s phát tri n c a máy tính, chúng ta cũng c n ð n năm 1974, Intel ñưa ra chip 8080, b vi x lý ña d ng hư ng t m nhìn ñ n các máy tính c a kh i XHCN phát minh mà ñ u tiên ñư c thi t k ñ tr thành CPU c a m t máy vi tính ña h u như trong các tài li u ít khi ñ c p ñ n. Vào kho ng gi a th k d ng. So v i chip 8008, chip 8080 nhanh hơn, có t p ch th phong 20, các nư c XHCN cũng ñã cho ra ñ i hàng lo t các máy tính v i phú hơn và có kh năng ñ nh ñ a ch l n hơn. các tính năng tương ñương v i các lo i máy tính c a kh i Tư b n. Chi c máy tính ñ u tiên b t ñ u ñư c xây d ng có th k ñ n ñó là Cũng trong cùng th i gian ñó, các b vi x lý 16 bit ñã b t vào năm 1950 t i trư ng Cơ khí chính xác và quang h c [ Nay là ñ u ñư c phát tri n. M c dù v y, mãi ñ n cu i nh ng năm 70, các trư ng ð i h c Công ngh thông tin và quang h c]. M t năm sau b vi x lý 16 bit ña d ng m i xu t hi n trên th trư ng. Sau ñó ñ n ñó t i ñây ñã cho ra ñ i máy tính toán ñi n c l n ñ u tiên ra ñ i năm 1981, c Bell Lab và Hewlett-packard ñ u ñã phát tri n các b v i m c ñích gi i quy t các bài toán khoa h c và k thu t ph c t p. 17 18
11. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Trong kho ng t năm 1959 ñ n 1966 ñã cho ra ñ i 4 th h ti p L ch s phát tri n máy tính c a Vi t Nam có th k ñ n b t theo c a máy này v i kh năng tính toán lên ñ n 10000 phép ñ u t năm 1968 khi chi c máy tính ñi n t do Liên Xô t ng v ñ n tính/giây. Cũng trong kho ng th i gian này t i m t trư ng khác là Vi t Nam và ñư c ñ t t i U Ban Khoa h c và K thu t Nhà nư c, Trư ng ð i h c Toán thu c Vi n Hàn lâm Khoa H c Liên Xô cũng 39 Tr n Hưng ð o, Hà N i. ti n hành xây d ng m t máy tính khác g i là Strela [Mũi tên] và cu i năm 1953 ñã cho ra ñ i máy này. Sau ñó các dòng h c a máy Máy tính ñi n t Minsk-22 là lo i máy tính thu c th h th này cũng ñã ñư c s n xu t hàng lo t. hai, ñư c ch t o t các linh ki n bán d n [chưa ph i là m ch t h p], k t h p k thu t cơ khí chính xác, nhưng vào th i ñi m ñó M t s các máy tính c a kh i XHCN th i b y gi có t m Minsk-22 là m t trong nh ng máy tính hi n ñ i nh t c a Liên Xô nh hư ng l n ñư c li t kê trong b ng 1.2. Trong ñó máy EC-1840, và các nư c ðông Âu, Vì v y c n ph i có m t di n tích kho ng 1841 tương ñương v i máy 8086, còn máy EC-1842, 1843 tương 100m² ñ ñ t máy. H th ng máy tính ñi n t Minsk-22 g m m t ñương v i 80286. Các th h sau ñó s d ng b vi x lý c a Intel. thi t b trung tâm có b nh kho ng 68K bites v i lõi Ferit t , t c ñ tính toán 5000 phép tính/giây. B nh ngoài b ng băng t , thi t b vào s li u dùng bìa và băng gi y. Ngôn ng s d ng là ngôn PC Năm b t ñ u SX Năm k t thúc SX S lư ng ng máy [n u so sánh ch c năng máy tính ñi n t Minsk-22 ch ЕС-1840 1986 1989 7461 tương ñương m t ph n nh c a m t dàn máy vi tính hi n ñ i]. ЕС-1841 1987 1995 83937 Nh c ñ n vi c khai thác Minsk-22 không th nào quên các ЕС-1842 1988 1996 10193 nhóm cán b nghiên c u c a các Vi n, Trư ng, B , ngành mà tên ЕС-1843 1990 1993 3012 c a h g n bó thân thi t v i Minsk-22 như Tr n Bình, L i Huy ЕС-1849 1990 1997 4966 Phương, Nguy n Tri Niên, Nguy n ð c Hi u, Hoàng Ki m, Nguy n Bá Hào, Tr nh Văn Thư, Mai Anh, Bùi Khương… ЕС-1851 1991 1997 3142 ЕС-1863 1991 1997 3069 Máy tính Minsk-22 ñã ñư c dùng ñ tính toán phương án ВМ2001 1994 - 1074 s a c u Long Biên sau khi m y nh p c u b bom M ñánh s p, ñư c dùng trong bài toán d báo th i ti t ng n h n, gi i h phương B ng 1.2. Các máy tính tiêu bi u c a Liên Xô trình khí nhi t ñ ng h c ñ y ñ b ng phương pháp h th c tích phân; gi i các bài toán tính toán d báo thu tri u; phân tích ñánh M t trong nh ng máy tính có nh hư ng l n ñ n Vi t Nam giá quan h gi a phân b mưa v i các ñi u ki n hoàn lưu khí là máy MINSK-22 cũng ñư c ra ñ i trong kho ng th i gian này. quy n; tính hàm phân b gió bão… V sau, d báo th i ti t ti p t c Máy Minsk có nhi u th h như Minsk-1, Minsk-11, Minsk-12, ñư c x lý trên máy tính Minsk-32 c a quân ñ i và ñ t k t qu Minsk-14, Minsk-22,... v i kh năng tính toán lên ñ n 6000 phép ngày càng t t hơn. tính/giây. 19 20
12. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u 1.3. Khuynh hư ng hi n t i các b x lý ña lõi ñã ra ñ i và các siêu máy tính v i t c ñ không tư ng ñã cũng ñã ñư c các công ty ñua nhau gi i thi u. Vi c chuy n t th h th tư sang th h th 5 còn chưa rõ ràng. Ngư i Nh t ñã và ñang ñi tiên phong trong các chương trình M t s c t m c ñáng chú ý trong quá trình chuy n sang nghiên c u ñ cho ra ñ i th h th 5 c a máy tính, th h c a CPU ña lõi như sau: nh ng máy tính thông minh, d a trên các ngôn ng trí tu nhân t o – 1999 – CPU 2 lõi kép ñ u tiên ra ñ i [IBM Power4 cho máy như LISP và PROLOG,... và nh ng giao di n ngư i - máy thông ch ] minh. ð n th i ñi m này, các nghiên c u ñã cho ra các s n ph m – 2001 – b t ñ u bán ra th trư ng Power4 bư c ñ u và g n ñây nh t [2004] là s ra m t s n ph m ngư i máy – 2002 – AMD và Intel cùng thông báo v vi c thành l p thông minh g n gi ng v i con ngư i nh t: ASIMO [Advanced Step CPU ña lõi c a mình. Innovative Mobility: Bư c chân tiên ti n c a ñ i m i và chuy n – 2004 – CPU lõi kép c a Sun ra ñ i UltraSPARS IV ñ ng]. V i hàng trăm nghìn máy móc ñi n t t i tân ñ t trong cơ – 2005 – Power5 th , ASIMO có th lên/xu ng c u thang m t cách uy n chuy n, – 03/2005 – CPU Intel lõi kép x86 ra ñ i, AMD – Opteron, nh n di n ngư i, các c ch hành ñ ng, gi ng nói và ñáp ng m t Athlon 64X2 s m nh l nh c a con ngư i. Th m chí, nó có th b t chư c c – 20-25/05/2005 – AMD b t ñ u bán Opteron 2xx, 26/05 ñ ng, g i tên ngư i và cung c p thông tin ngay sau khi b n h i, r t Intel Pentium D, 31/05 AMD – bán Athlon 64X2 g n gũi và thân thi n. Hi n nay có nhi u công ty, vi n nghiên c u c a Nh t thuê Asimo ti p khách và hư ng d n khách tham quan T các c t m c ñó cho th y s c nh tranh gay g t gi a hai như: Vi n B o tàng Khoa h c năng lư ng và ð i m i qu c gia, công ty s n xu t CPU hàng ñ u. hãng IBM Nh t B n, Công ty ñi n l c Tokyo. Hãng Honda b t ñ u nghiên c u ASIMO t năm 1986 d a vào nguyên lý chuy n ñ ng M t thành qu ngày nay n a s ñư c ng d ng trong tương b ng hai chân. Cho t i nay, hãng ñã ch t o ñư c 50 robot ASIMO. lai g n là vi c cho ra ñ i các siêu máy tính. M t trong nh ng siêu máy tính hàng ñ u c a th gi i ngày nay là máy tính Blue Gene c a Các ti n b liên t c v m t ñ tích h p trong VLSI ñã cho IBM v i 8192 CPU và cho t c ñ tình toán lên ñ n 7,3 Tfops. Tuy phép th c hi n các m ch vi x lý ngày càng m nh [8 bit, 16 bit, 32 nhiên ch ng bao lâu sau nó cũng ch là chú rùa khi mà k ho ch bit và 64 bit v i vi c xu t hi n các b x lý RISC năm 1986 và các c a IBM s n xu t supercomputer Blue Gene/L v i 128 dãy, 130 b x lý siêu vô hư ng năm 1990]. Chính các b x lý này giúp ngàn CPU, 360 Tfops, v i giá d ñ nh 267 tri u USD ñã thành th c hi n các máy tính song song v i t vài b x lý ñ n vài ngàn công vào 26/06/2007. b x lý. ði u này làm các chuyên gia v ki n trúc máy tính tiên ñoán th h th 5 là th h các máy tính x lý song song. Tuy nhiên siêu máy tính c a IBM v n chưa ñư c g i là nhanh nh t th gi i vì vào 06/2006 vi n nghiên c u c a Nh t ðó là vi c c a tương lai xa, còn hi n t i thì các công ty s n RIKEN thông báo cho ra ñ i máy tính MDGRAPE-3 v i t c ñ lên xu t máy tính ñang ñ nh hư ng phát tri n các máy tính v i nhi u ñ n 1 Petaflop, t c nhanh hơn t i 3 l n máy Blue Gene/L nhưng b x lý nh m gi i quy t các bài toán song song ñ tăng cư ng t c ch dùng 40.314 CPU. Máy tính này không ñư c s p vào TOP500 ñ x lý chung c a máy tính. Thành qu c a vi c này là hàng lo t vì nó không ñư c dùng cho m c ñích chung mà ph c v cho vi c 21 22
13. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u nghiên c u và mô ph ng các h th ng ph c t p trong m t chương trình chung c a các công ty Riken, Hitachi, Intel, and NEC 1.4. Các dòng Intel subsidiary SGI Japan. Do th trư ng Vi t Nam ch y u s d ng b vi x lý c a 1.3. Phân lo i máy tính hãng này, nên ph n này s trình bày k hơn v quá trình phát tri n các b x lý c a Intel. D a vào kích thư c v t lý, hi u su t, giá ti n và lĩnh v c s d ng, thông thư ng máy tính ñư c phân thành b n lo i chính như Intel là nhà tiên phong trong vi c s n xu t b vi x lý sau: [BVXL] khi tung ra Intel 4004 vào năm 1971. Kh năng tính toán c a Intel 4004 ch d ng l i hai phép toán: c ng ho c tr và nó ch a] Các siêu máy tính [Super Computer]: là các máy tính có th tính toán ñư c 4 bits t i m t th i ñi m. ði u ñáng kinh ng c ñ t ti n nh t và tính năng k thu t cao nh t. Giá bán m t ñây là toàn b "c máy" tính toán ñư c tích h p "n m" g n trên siêu máy tính t vài tri u USD. Các siêu máy tính thư ng là m t chip ñơn duy nh t [hình 1.9]. Trư c khi cho ra ñ i Intel 4004, các máy tính vectơ hay các máy tính dùng k thu t vô các k sư ñã ch t o ra máy tính ho c là t m t t h p nhi u chip hư ng và ñư c thi t k ñ tính toán khoa h c, mô ph ng ho c là t các thành ph n linh ki n r i r c. các hi n tư ng. Các siêu máy tính ñư c thi t k v i k thu t x lý song song v i r t nhi u b x lý [hàng ngàn ñ n hàng Th nhưng BVXL ñ u tiên "ñ t chân" vào ngôi nhà s c a trăm ngàn b x lý trong m t siêu máy tính]. chúng ta hi n nay l i không ph i là Intel 4004 mà là BVXL th h b] Các máy tính l n [Mainframe] là lo i máy tính ña d ng. k ti p c a nó - Intel 8080, m t máy tính 8-bit hoàn h o trên m t Nó có th dùng cho các ng d ng qu n lý cũng như các tính chip duy nh t, ñư c gi i thi u vào năm1974. Trong khi ñó, Intel toán khoa h c. Dùng k thu t x lý song song và có h 8088 m i là th h BVXL ñ u tiên "loé sáng" th c s trên th th ng vào ra m nh. Giá m t máy tính l n có th t vài trăm trư ng. ðư c gi i thi u năm 1979 và sau ñó ñư c tích h p vào các ngàn USD ñ n hàng tri u USD. máy tính cá nhân IBM xu t hi n trên th trư ng vào năm 1982, Intel 8088 có th ñư c xem như "ngư i ti n nhi m chính" c a các c] Máy tính mini [Minicomputer] là lo i máy c trung, giá b x lý th h ti p theo: Intel 80286, 80386, 80486 r i ñ n Intel m t máy tính mini có th t vài ch c USD ñ n vài trăm Pentium, Pentium Pro, Pentium II, III và IV. Do t t c ñ u ñư c c i ngàn USD. ti n d a trên thi t k cơ b n c a Intel 8088. Ngày nay, BVXL Intel Pentium 4 có th th c hi n b t kỳ ño n mã nào ñã ch y trên BVXL d] Máy vi tính [Microcomputer] là lo i máy tính dùng b vi Intel 8088 nguyên thu nhưng v i t c ñ nhanh hơn g p nhi u x lý, giá m t máy vi tính có th t vài trăm USD ñ n vài nghìn l n. ngàn USD. 23 24
14. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u S lư ng bóng bán d n: 6.000 T c ñ : 2MHz Năm 1978: B vi x lý 8086-8088 M t h p ñ ng cung c p s n ph m quan tr ng cho b ph n máy tính cá nhân m i thành l p c a IBM ñã bi n b vi x lý 8088 tr thành b não c a s n ph m ch ñ o m i c a IBM—máy tính IBM PC. S lư ng bóng bán d n: 29.000 Hình 1.9. B vi x lý 4004 ñ u tiên c a Intel T c ñ : 5MHz, 8MHz, 10MHz ð có cái nhìn bao quát hơn, chúng ta xem Quá trình phát Năm 1982: B vi x lý 286 tri n c a CPU Intel trong cac th i kỳ như sau: B vi x lý 286, còn ñư c bi t ñ n v i cái tên là 80286, là b vi x lý Intel ñ u tiên có th ch y t t c các ph n m m ñư c vi t Năm 1971: B vi x lý 4004 cho nh ng b vi x lý trư c ñó. Tính tương thích v ph n m m này 4004 là b vi x lý ñ u tiên c a Intel. Phát minh ñ t phá v n luôn là m t tiêu chu n b t bu c trong h các b vi x lý c a này nh m tăng s c m nh cho máy tính Busicom và d n ñư ng cho Intel kh năng nhúng trí thông minh c a con ngư i vào trong các thi t b S lư ng bóng bán d n: 134.000 vô tri cũng như các h th ng máy tính cá nhân. T c ñ : 6MHz, 8MHz, 10MHz, 12,5MHz S lư ng bóng bán d n: 2.300 T c ñ : 108KHz Năm 1985: B vi x lý Intel 386 B vi x lý Intel 386 có 275.000 bóng bán d n – nhi u hơn Năm 1972: B vi x lý 8008 100 l n so v i b vi x lý 4004 ban ñ u. ðây là m t chip 32 bit và B vi x lý 8008 m nh g p ñôi b vi x lý 4004. Thi t b có kh năng x lý “ña tác v ”, nghĩa là nó có th ch y nhi u các Mark-8 ñư c bi t ñ n như là m t trong nh ng h th ng máy tính chương trình khác nhau cùng m t lúc. ñ u tiên dành cho ngư i s d ng gia ñình – m t h th ng mà theo S lư ng bóng bán d n: 275.000 các tiêu chu n ngày nay thì r t khó ñ xây d ng, b o trì và v n T c ñ : 16MHz, 20MHz, 25MHz, 33MHz hành. S lư ng bóng bán d n: 3.500 Năm 1989: B vi x lý CPU Intel 486 DX T c ñ : 200KHz Th h b vi x lý 486 th c s có ý nghĩa khi giúp chúng ta thoát kh i m t máy tính ph i gõ l nh th c thi và chuy n sang ñi n Năm 1974: B vi x lý 8080 toán ch và nh n [point-and-click]. B vi x lý 8080 ñã tr thành b não c a h th ng máy tính S lư ng bóng bán d n: 1,2 tri u cá nhân ñ u tiên – Altair. T c ñ : 25MHz, 33MHz, 50MHz 25 26
15. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Năm 1993: B vi x lý Pentium® Tháng 11 năm 2002: B vi x lý Intel Pentium 4 h tr Công ngh B vi x lý Pentium® cho phép các máy tính d dàng hơn Siêu phân lu ng trong vi c tích h p nh ng d li u ‘th gi i th c” như gi ng nói, âm Intel gi i thi u Công ngh Siêu phân lu ng ñ t phá cho b thanh, ký t vi t tay và các nh ñ h a vi x lý Intel® Pentium® 4 m i có t c ñ 3,06 GHz. Công ngh S lư ng bóng bán d n: 3,1 tri u Siêu phân lu ng có th tăng t c hi u su t ho t ñ ng c a máy tính T c ñ : 60MHz, 66MHz lên t i 25%. Intel ñ t m c t c ñ m i cho máy tính v i vi c gi i thi u b vi x lý Pentium 4 t c ñ 3,06 GHz. ðây là b vi x lý Năm 1997: B vi x lý Pentium® II thương m i ñ u tiên có th x lý 3 t chu trình m t giây và ñư c B vi x lý Pentium® II có 7,5 tri u bóng bán d n này ñư c hi n th c hóa thông qua vi c s d ng công ngh s n xu t 0,13 tích h p công ngh Intel MMX, m t công ngh ñư c thi t k ñ c micron tiên ti n nh t c a ngành công nghi p. bi t ñ x lý các d li u video, audio và ñ h a m t cách hi u qu . S lư ng bóng bán d n: 7,5 tri u Tháng 11 năm 2003: B vi x lý Intel® Pentium® 4 Extreme T c ñ : 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz Edition h tr Công ngh Siêu phân lu ng t c ñ 3,20 GHz ñư c gi i thi u. S d ng công ngh x lý 0,13 micron c a Intel, b vi x Năm 1999: B vi x lý Pentium® III lý Intel Pentium 4 Extreme Edition có b nh ñ m L2 dung lư ng B vi x lý Pentium® III có 70 l nh x lý m i – nh ng m 512 kilobyte, m t b nh ñ m L3 dung lư ng 2 megabyte và m t r ng Internet Streaming SIMD – giúp tăng cư ng m nh m hi u kênh truy n h th ng t c ñ 800 Mhz. B vi x lý này tương thích su t ho t ñ ng c a các ng d ng x lý nh tiên ti n, 3-D, streaming v i h chipset hi n t i Intel® 865 và Intel® 875 cũng như b nh audio, video và nh n d ng gi ng nói. B vi x lý này ñư c gi i h th ng chu n. thi u s d ng công ngh 0,25 micron. Tháng 6 năm 2004: B vi x lý Intel Pentium 4 h tr Công ngh S lư ng bóng bán d n: 9,5 tri u Siêu phân lu ng ñ t m c 3,4 GHz T c ñ : 650MHz t i 1,2GHz Năm 2000: B vi x lý Pentium® 4 Tháng 4 năm 2005: Gi i thi u n n t ng s d ng b vi x lý hai B vi x lý này ñư c gi i thi u v i 42 tri u bóng bán d n nhân ñ u tiên c a Intel g m b vi x lý Intel® Pentium® Extreme và các m ch 0,18 micron. B vi x Pentium® 4 có t n s ho t ñ ng Edition 840 ch y t c ñ 3,2 GHz và m t chipset Intel® 955X là 1,5 gigahertz [1,5 t hertz], nhanh hơn g p 10 nghìn l n so v i Express. Các b vi x lý hai nhân ho c ña nhân ñư c phát tri n b vi x lý ñ u tiên c a Intel, b vi x lý 4004, ch y t c ñ 108 b ng cách ñưa hai hay nhi u nhân x lý hoàn ch nh vào trong m t kilohertz [108.000 hertz]. b vi x lý ñơn nh t giúp qu n lý ñ ng th i nhi u tác v . S lư ng bóng bán d n: 42 tri u Tháng 5 năm 2005: B vi x lý Intel® Pentium® D v i hai nhân T c ñ : 1,30GHz, 1,40GHz, 1,50GHz, 1,70GHz, 1,80Ghz x lý – hay còn g i là “các b não” – ñư c gi i thi u cùng v i h Tháng 8 năm 2001: B vi x lý Pentium 4 ñ t m c 2 GHz chipset Intel® 945 Express có kh năng h tr nh ng tính năng c a các thi t b ñi n t tiêu dùng như âm thanh vòm, video có ñ phân gi i cao và các kh năng x lý ñ h a tăng cư ng. 27 28
16. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u Chương I: Gi i thi u Tháng 5 năm 2006: Nhãn hi u Intel Core 2 Duo ñư c công b ra Micros: là chi u r ng, tính b ng Microns, c a dây d n nh nh t th gi i và sau ñó 5 tháng chính hãng Intel ñã ñ n Vi t Nam ñ trên chip. ð d hình dung, chúng ta hãy liên tư ng ñ n tóc ngư i qu ng bá cho s n ph m m i này. có ñ dày là 100 microns. Và như chúng ta th y thì kích thư c ñ c trưng c a các ph n t gi m xu ng thì s lư ng transistor s ñư c Tháng 7 năm 2006: T p ñoàn Intel công b 10 b vi x lý m i tăng lên. Intel Core 2 Duo và Core Extreme cho các h th ng máy tính ñ Data Width: là chi u r ng c a b tính toán Logic-S h c ALU. bàn và máy tính xách. Nh ng b vi x lý m i này nâng cao t i 40% hi u su t ho t ñ ng và nhi u hơn 40% hi u qu ti t ki m ñi n M t ALU 8 bit có th c ng/tr /nhân/… 2 s 8 bit, trong khi m t năng so v i b vi x lý Intel® Pentium® t t nh t. Các b vi x lý ALU 32 bit có th tính toán các s 32 bit. M t ALU 8 bit s ph i Core 2 Duo có 291 tri u bóng bán d n. th c hi n 4 ch l nh ñ c ng hai s 32 bit, trong khi m t ALU 32 bit có th làm vi c này ch v i m t ch l nh duy nh t. Trong ña s trư ng h p, tuy n d li u ngo i có cùng ñ r ng v i ALU, nhưng B ng dư i ñây [B ng 1.3] s giúp chúng ta hi u ñư c s không ph i lúc nào cũng v y. Trong khi các CPU Pentium m i tìm khác bi t gi a các b x lý mà Intel ñã gi i thi u qua các năm: n p d li u 64 bit t i cùng m t th i ñi m cho các ALU 32 bit c a chúng MIPS: vi t t t c a c m "millions of instructions per second", là thư c ño tương ñ i cho hi u năng c a CPU. Các CPU th h m i hi n nay có th làm r t nhi u vi c khác nhau khi n vi c ñánh giá b ng các giá tr MIPS m t d n ý nghĩa c a chúng. Thay th b ng MIPS, ngày nay ngư i ta dùng MFLOPS [Mera Floating Point Operations Per Second] ho c TFLOPS [Tera Floating Point Operations Per Second] ñ ñánh giá hi u năng c a máy tính. Tuy nhiên, chúng ta có th có ñư c phán ñoán chung v s c m nh tương ñ i c a các CPU t c t cu i trong b ng 1.2. B ng 1.3. T ng quan v CPU Intel 29 30
17. Simpo PDF iMerge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Chương I: Gi thi u CÂU H I VÀ BÀI T P CHƯƠNG I 1. D a vào tiêu chu n nào ngư i ta phân chia máy tính thành các th h ? 2. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th nh t? 3. Hãy nêu ñi m ñ c bi t c a máy tính ENIAC so v i các máy tính ra ñ i trư c nó. Máy tính Von Neumann khác ENIAC ñi m nào chính? 4. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th hai? 5. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th ba? 6. Hãy nêu m t vài ưu ñi m c a công ngh m ch tích h p. ði m ñ c bi t trong các máy tính IBM System/360 là gì? 7. Hãy ñi m qua các c t m c quan tr ng và ñ c trưng cơ b n c a các máy tính th h th tư? 8. Khuynh hư ng phát tri n c a máy tính ñi n t ngày nay là gì? 9. Vi c phân lo i máy tính d a vào tiêu chu n nào? có máy lo i máy tính? 10. Hi n nay b vi x lý nào c a Intel ñang ñư c bán r ng rãi th trư ng Vi t Nam? Hãy ñưa ra m t s lo i CPU Intel thông d ng nh t ngày nay. 31
18. Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Central Processing Unit - CPU Chương II: Control Các b ph n cơ b n c a máy tính Block ALU I/O devices Vì tính ph c t p c a các b ph n cơ b n trong máy tính, trong ph n này tôi ch gi i thi u sơ qua hình dáng bên ngoài, v trí n m trong Main Disk Printer Registers máy tính, ch c năng làm vi c v i m c ñích n m b t ñư c các ñ c memory tính chính, giúp ta có th tháo g , láp ráp m t máy tính ñ bàn và hi u ñư c nguyên lý ho t ñ ng cơ b n, cũng như liên k t gi a các thi t b trong máy tính. Bus Hình 2.1. T ch c máy tính theo hư ng BUS ñơn gi n 2.1. B x lý [CPU] Ph thu c vào s bit trong các thanh ghi mà ta có CPU 8 B vi x lý CPU [Central Processing Unit] là c t lõi c a bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit. Các máy tính hi n ñ i ngày nay là lo i m t máy vi tính. Nh ng b vi x lý tương thích c a các hãng như CPU 64 bit. AMD và Cyrix có cách phân b chân vi m ch và ho t ñ ng tương M t thông s quan trong khi l a ch n mua CPU là t c ñ thích v i x lý c a Intel, vì th chúng ta s ch nói ñ n vi x lý c a ñ ơc ño b ng MOPS [Millions of Operations Per Second] hay Intel, hãng chi m th ph n l n nh t th gi i v CPU. Trong hình 2.1 minh h a t ch c máy tính theo hư ng BUS ngày nay hay dùng là TFOPS [Tera Floating Point Operations Per Second], tuy nhiên trong th c t chúng ta l i hay d a vào t n s ghi ñơn gi n. CPU là b não c a máy tính, nó ñóng vai trò thi hành kèm ñ nói ñ n t c ñ tương ñ i c a CPU. Hình dáng bên ngoài chương trình lưu trong b nh chính b ng cách n p l nh, ki m tra c a các CPU hi n ñ i ngày nay ñ u có d ng như hình 2.2. chúng r i thi hành l n lư t t ng l nh. B ñi u khi n [control block] ch u trách nhi m tìm n p l nh t b nh chính và ñ nh lo i. CPU ch a b nh nh có t c ñ cao, dùng ñ lưu tr k t qu t m th i và thông tin ñi u khi n. B nh này g m các thanh ghi [register], m i thanh ghi có m t ch c năng c th . Thanh ghi quan tr ng nh t là b ñ m chương trình [PC- program counter] ch ñ n l nh s thi hành ti p theo. ALU-b x lý logic-s h c, th c hi n các phép tính s h c Intel Pentium 4 AMD Athlon 64 như phép c ng [+] và các lu n lý logic như logic AND, OR. Hình 2.2. Hình dáng bên ngoài CPU. 32 33
19. Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com Các thông s quan tr ng c a b vi x lý: GHz Pentium 4, b i vì Celeron có b nh ñ m cache L2 nh hơn và t c ñ c a kênh truy n ch [host-bus] th p hơn. a] Hãng s n xu t và model [Processor make and model] ð c bi t là gi a AMD và Intel có s khác bi t l n, AMD- Trên th trư ng máy tính cá nhân hi n nay ch y u có 2 CPU ch y v i CS th p hơn Intel, nhưng làm kho ng 50% công hãng s n xu t CPU chi m h u h t th ph n là AMD và Intel. vi c nhi u hơn Intel trong m t xung ñ ng h [clock tick]. Do Tuy các CPU c a 2 hãng này có nh ng ñ c tính và t c ñ g n ñó m t AMD Athlon 64 ch y 2.0 GHz s tương ñương v i như nhau, nhưng không th cài ñ t m t AMD-CPU vào m t bo Intel P4 ch y 3.0 GHz. Chính vì CS c a AMD-CPU luôn th p m ch chính [Motherboard] dùng cho Intel-CPU và ngư c l i. hơn c a intel, nên AMD m i có các ký hi u model như 3000+ b] D ng Socket [Socket type] ñ ch ra r ng t c ñ c a nó tương ñương v i 3.0 GHz c a Intel. Tính ch t này xác ñ nh s lư ng, hình d ng, cũng như cách Kh năng CPU có th nâng Socket CPU g c s p x p các chân và như v y m i lo i CPU ph i ñư c g n vào nâng c p cp bo m ch chính có socket lo i ñó hay nói cách khác là lo i khe c m c a CPU. Trong b ng 2.1 cho th y các lo i CPU nào dùng Pentium II/III, Slot 1 không không có v i lo i Socket nào và lo i nào có th nâng c p [upgrade] ñư c, Celeron còn hình 2.3 cho th y m t s b vi x lý v i các d ng Socket Slot A không Athlon không có khác nhau. có, nhưng Celeron, Pentium 370 Celeron, Pentium III r t h n ch III, VIA 423 không Pentium 4 không có Athlon, Athlon XP, 462 có Sempron Sempron Celeron, Celeron D, Celeron D, Pentium 478 có Pentium 4 4 Socket 478 Socket 370 Socket 775 754 tt Sempron, Athlon 64 Sempron, Athlon 64 Hình 2.3. M t s lo i Socket Celeron D, Pentium Celeron D, Pentium 775 r tt t 4 4, Pentium D c] T c ñ ñ ng h xung [Clock Speed - CS] Athlon 64, Athlon Athlon 64, Athlon T c ñ ñ ng h xung c a CPU thư ng ñư c tính b ng 939 r tt t 64/FX 64/FX, Athlon 64 X2 megahertz [MHz] ho c gigahertz [GHz]. Chúng ta thư ng dùng thông s này ñ nói ñ n t c ñ x lý c a CPU. Tuy nhiên, Athlon 64 FX, Athlon 64 FX, 940 r tt t không ph i lúc nào CS c a CPU nào l n hơn thì CPU ñó cũng Opteron Opteron m nh hơn. Ví d , m t 3.0 GHz Celeron CPU s ch m hơn 2.6 B ng 2.1. Các lo i socket và CPU tương ng 34 35
20. Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Chương II: Các b ph n cơ b n c a máy tính Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - //www.simpopdf.com thu c cùng dòng. Con s này là m t quy ư c c a hãng Intel. S d] T c ñ ñư ng truy n ch [host-bus speed] càng cao ch ng t CPU càng t t. Hay còn g i là front-side bus [FSB] speed, hay FSB speed, hay ch ñơn gi n là FSB ñ ch ra t c ñ truy n d li u gi a - Socket 775, ch lo i khe c m c a CPU. ðây là ñ c tính ñ CPU và các vi m ch [chipset]. T c ñ FSB giúp tăng hi u su t xét s tương h p gi a vi x lý và mainboard. Bo m ch ch ph i h c a CPU ngay c khi CPU có cùng m t CS. AMD và intel th c tr lo i socket này thì vi x lý m i có th ho t ñ ng ñư c. hi n truy n d li u gi a b nh và cache khác nhau, nhưng b n ch t ñ u là s lư ng l n nh t c a m t gói d li u có th ñư c - Bus 533, ch t c ñ "lõi" c a ñư ng giao ti p gi a CPU và truy n trong m t giây. Theo cách tính này thì m t máy tính v i mainboard. M t CPU ñư c ñánh giá nhanh hay ch m tuỳ thu c khá FSB là 100 MHz, nhưng trong m t chu kỳ xung ñ ng h l i l n vào giá tr này. Vi x lý ch y ñư c bus 533 thì ñương nhiên truy n ñư c 4 l n thì tương ñương v i m t máy tính cùng CPU hơn h n so v i vi x lý ch ch y ñư c bus 400 Mhz. nhưng FSB h at ñ ng FSB là 400 MHz. - 1024K, ch b nh ñ m c a vi x lý. ðây là vùng ch a e] Kính thư c b nh ñ m [Cache size] thông tin trư c khi ñưa vào cho vi x lý trung tâm [CPU] thao tác. Cache là m t lo i b nh có t c ñ cao hơn r t nhi u so v i Thư ng thì t c ñ x lý c a CPU s r t nhanh so v i vi c cung c p b nh chính [main memory]. Các CPU dùng hai lo i b nh thông tin cho nó x lý, cho nên, không gian b nh ñ m [cache] cache L1 [Level 1] và L2 [Level 2] ñ tăng hi u su t c a CPU càng l n càng t t vì CPU s l y d li u tr c ti p t vùng này. M t b ng cách t m th i lưu tr các d li u c n truy n gi a CPU và s Vi x lý còn làm b nh ñ m nhi u c p. S 1024 mà b n th y b nh chính vào trong cache. Cache L1 là cache n m trong ñó chính là dung lư ng b nh ñ m c p 2, 1024 KB = 1 MB. CPU và nó không th thay ñ i n u không thi t k l i CPU. Cache L2 là cache n m ngoài nhân CPU, có nghĩa là có th ch - Prescott chính là tên m t dòng vi x lý c a Intel. Dòng vi t o CPU v i kích thư c L2 khác nhau. Như v y cache càng l n x lý này có kh năng x lý video siêu vi t nh t trong các dòng vi thì càng t t, càng giúp cho t c ñ x lý chung c a máy tính x lý cùng công ngh c a Intel. Tuy nhiên, ñây là dòng CPU tương nhanh hơn. ñ i nóng, t c ñ xung ñ ng h t i ña ñ t 3.8 Ghz. Ví d : S khác bi t cơ b n gi a AMD và Intel P4 2.8Ghz [511]/Socket 775/ Bus 533/ 1024K/ Prescott CPU có nghĩa là: a] Cách ñ t tên - P4, vi t t c c a t Pentium 4, t c là tên c a lo i CPU. ðây AMD là CPU c a hãng Intel. 2.8 Ghz, ch t c ñ xung ñ ng h c a vi x ðư c g i theo tên và không h xu t hi n xung nh p th c lý. Con s này là m t trong nh ng thư c ño s c m nh c a vi x lý, c a CPU, thay vào ñó là các con s ñ so sánh nó tương ñương v i tuy v y nó không ph i là t t c . ðôi lúc ch là m t con s nh m so th h Intel Pentium tương ng. Ví d trong tên g i c a CPU AMD sánh tương ñ i s c m nh c a CPU. Con s 511 phía sau con s th Athlon 64 3000+, không h xu t hi n xung nh p th c c a CPU. hi n ch t lư ng và v th c a con CPU trong toàn b các s n ph m ðây là ñi u hơi khác l ñ i v i ngư i Vi t Nam vì thư ng quen 36 37