5. Các mô hình kiến trúc máy tính
Mục tiêu:Hiểu được các mô hình kiến trúc Von Neuman và Havard
5.1. Mô hình kiến trúc Von Neumann
Kiến trúc máy tính von-Neumann được nhà toán học John von-Neumann đưa ra vào năm1945 trong một báo cáo vềmáy tính EDVAC như minh hoạ trên
Hình 1.8: Kiến trúc máy tínhvon-Neumann nguyên thuỷ.
Các máy tính hiện đại ngày nay sử dụng kiến trúc máy tính von-Neumann cải tiến –còn gọi là kiến trúc máy tính von-Neumann hiện đại,như minh hoạ trênhình bên dưới.
Kiến trúcmáy tính von-Neumann hiện đại
Các đặc điểm của kiến trúc von-Neumann
Kiến trúc von-Neumann dựa trên 3 khái niệm cơ sở:
[1] Lệnh và dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ đọc ghi chia sẻ-một bộ nhớ duy nhất được sử dụng để lưu trữ cả lệnh và dữ liệu.
[2] Bộ nhớ được đánh địa chỉ theo vùng, không phụ thuộc vào nội dung nó lưu trữ.
[3] Các lệnh của một chương trình được thực hiện tuần tự.
Quá trìnhthực hiện lệnh được chia thành3 giai đoạn [stages] chính:
[1] CPU đọc [fetch] lệnh từ bộ nhớ,
[2] CPU giải mã và thực hiện lệnh;nếu lệnh yêu cầu dữ liệu, CPU đọc dữ liệu từ bộ nhớ
[3] CPU ghi kết quả thực hiện lệnh vào bộ nhớ [nếu có].
5.2. Mô hình kiến trúc Havard
Kiến trúc máy tính Harvard là một kiến trúc tiên tiến như minh hoạ trên
hình.
Hình 1.9: Kiến trúc máy tính Harvard
Kiến trúc máy tính Harvard chia bộ nhớ trong thành hai phần riêng rẽ: Bộ nhớ lưu chươngtrình [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.
Máy tính dựa trên kiến trúc Harvard có khả năng đạt được tốc độ xử lý cao hơn máy tính dựa trên kiến trúc von-Neumann do kiến trúc Harvard hỗ trợ hai hệ thống bus độc lập với băng thông lớn hơn. Ngoài ra, nhờ có hai hệ thống bus độc lập, hệ thống nhớ trong kiến trúc Harvard hỗ trợ nhiều lệnh truy nhập bộ nhớ tại một thời điểm, giúp giảm xung đột truy nhậpbộ nhớ, đặc biệt khi CPU sử dụng kỹ thuật đường ống [pipeline].
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Dựa vào tiêu chuẩn nào người ta phân chia máy tính thành các thế hệ?
2. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ nhất?
3. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ hai?
4. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ ba?
5. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ tư?
6. Khuynh hướng phát triển của máy tính điện tử ngày nay là gì?
7. Việc phân loại máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào?
8. Khái niệm thông tin trong máy tính được hiểu như thế nào?
9. Lượng thông tin là gì ?
10. Sự hiểu biết về một trạng thái trong 4096 trạng thái có thể có ứng với lượng thông tin là bao nhiêu?
12. Số nhị phân 8 bit [11001100]2, số này tương ứng với số nguyên thập phân có dấu là bao nhiêu nếu số đang được biểu diễn trong cách biểu diễn:
b. Số bù 1.
c. Số bù 2.
13. Đổi các số sau đây:
a. [011011]2 ra số thập phân.
b. [55.875]10 ra số nhị phân.
14. Biểu diễn số thực [31.75]10 dưới dạng số có dấu chấm động chính xác đơn 32 bit.
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC TẬP LỆNH CỦA MÁY TÍNH
Mã chương: MH09-02
|
Mục tiêu |
|
Trình bày các thành phần cơ bản của một máy vi tính; Trình bày tổng quát tập lệnh của các kiến trúc máy tính, các kiểu định vị được dùng trong kiến trúc, loại và chiều dài của toán hạng, tác vụ mà máy tính có thể thực hiện; Mô tả kiến trúc các tập lệnh CISC và RISC; Thực hiện các thao tác an toàn với máy tính. |
1. Thành phần cơ bản của một máy tính
Mục tiêu: Hiểu được các thành phần cơ bản của một máy vi tính
Thành phần cơ bản của một bộ máy tính gồm: bộ xử lý trung tâm [CPU: Central Processing Unit], bộ nhớ, các bộ phận nhập-xuất thông tin. Các bộ phận trên được kết nối với nhau thông qua các hệ thống bus. Hệ thống bus bao gồm: bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển. Bus địa chỉ và bus dữ liệu dùng trong việc chuyển dữ liệu giữa các bộ phận trong máy tính. Bus điều khiển làm cho sự trao đổi thông tin giữa các bộ phận được đồng bộ. Thông thường người ta phân biệt một bus hệ thống dùng trao đổi thông tin giữa CPU và bộ nhớ trong [thông qua cache], và một bus vào - ra dùng trao đổi thông tin giữa các bộ phận vào-ra và bộ nhớ trong.
Bộ xử lý trung tâm [CPU]
Hình 2.1: Cấu trúc của một hệ máy tính đơn giản
Một chương trình sẽ được sao chép từ đĩa cứng vào bộ nhớ trong cùng với các thông tin cần thiết cho chương trình hoạt động, các thông tin này được nạp vào bộ nhớ trong từ các bộ phận cung cấp thông tin [ví dụ như một bàn phím hay một đĩa từ]. Bộ xử lý trung tâm sẽ đọc các lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ, thực hiện các lệnh và lưu các kết quả trở lại bộ nhớ trong hay cho xuất kết quả ra bộ phận xuất thông tin [màn hình hay máy in].
Thành phần cơ bản của một máy tính bao gồm :
1.1 Bộ xử lý trung tâm [CPU]
+ Chức năng:
- Điều khiển hoạt động của máy tính .
- Xử lý dữ liệu .
+ Nguyên tắc hoạt động cơ bản: CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính.
Cấu trúc cơ bản của CPU:
Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của CPU
Các thành phần cơ bản của CPU
- Đơn vị điều khiển [Control Unit – CU]: điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn.
- Đơn vị số học và logic [Arithmetic and Logic Unit – ALU]: thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic trên các dữ liệu cụ thể.
- Tập thanh ghi [Register File - RF]: lưu giữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU.
- Đơn vị nối ghép bus [Bus interface Unit - BIU]: kết nối và trao đổi thông tin giữa bus bên trong [internal bus] và bus bên ngoài [external bus].
1.2 Bộ nhớ máy tính
-
+ Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu. -
+ Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:
- Đọc [Read]
- Ghi [Write]
-
+ Các thành phần chính:
- Bộ nhớ trong [Internal Memory]
- Bộ nhớ ngoài [External Memory]
Hình 2.3: Bộ nhớ máy tính
-
Bộ nhớ trong [Internal memory]
- Chức năng và đặc điểm:
+ Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp.
+ Tốc độ rất nhanh.
+ Dung lượng không lớn.
+ Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM, RAM.
- Các loại bộ nhớ trong: Bộ nhớ chính, Bộ nhớ cache [bộ nhớ đệm nhanh].
-
Bộ nhớ chính [Main memory]
-
Chứa các chương trình và dữ liệu đang được CPU sử dụng. -
Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ. -
Ngăn nhớ thường được tổ chức theo byte. -
Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, song địa chỉ vật lý của ngăn nhớ luôn cố định.
-
Bộ nhớ đệm nhanh [Cache memory]
-
Bộ nhớ có tốc độ nhanh được đặt đệm giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ CPU truy nhập bộ nhớ. -
Dung lượng nhỏ hơn bộ nhớ chính -
Tốc độ nhanh hơn -
Cache thường được chia thành một số mức -
Cache có thể được tích hợp trên chip vi xử lý. -
Cache có thể có hoặc không
Hình 2.4: Bộ nhớ đệm Cache
-
Bộ nhớ ngoài [External memory]
-
Chức năng và đặc điểm:
+ Lưu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính.
+ Được kết nối với hệ thống dưới dạng các thiết bị vào-ra.
+ Dung lượng lớn.
+ Tốc độ chậm.
-
Các loại bộ nhớ ngoài:
+ Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩa mềm.
+ Bộ nhớ quang: đĩa CD, DVD.
+ Bộ nhớ bán dẫn: Flash disk, memory card.
1.3 Hệ thống vào - ra
- Chức năng: Trao đổi thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài.
- Các thao tác cơ bản: + Vào dữ liệu [Input]
+ Ra dữ liệu [Output]
- Các thành phần chính:
+ Các thiết bị ngoại vi [Peripheral Devices]: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính.
Thiết bị vào: bàn phím, chuột, máy quét ...
Thiết bị ra: màn hình, máy in ...
+ Các mô-đun vào ra [IO Modules]: nối ghép các thiết bị ngoại vi với máy tính.
1.4 Liên kết hệ thống
Luồng thông tin trong máy tính trong đó có các mô đun trong máy tính như CPU, mô đun nhớ, mô đun vào ra cần được kết nối với nhau.
Hình 2.5 Kết nối mô đun nhớ
Hình 2.6 Kết nối mô đun vào ra
Hình 2.7 Kết nối CPU
Kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau.Để thực hiện được điều đó chúng ta có khái niệm bus.Bus là đường truyền tín hiệu điện chung nối các thiết bị khác nhau trong một hệ thống máy tính. Bus thường bao gồm 50 đến 100 dây dẫn được gắn chặt với mainboard, trên các dây này có các đường nối đưa ra, các đầu này được sắp xếp và cách nhau một khoảng quy định để có thể cắm vào đó các bảng mạch điều khiển vào ra hoặc bộ nhớ. Chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ hơn hệ thống bus ở chương 6 trong giáo trình.
Каталог: mydata -> giaoan
giaoan -> MôN: tiếng anh
giaoan -> Giới thiệu
giaoan -> MôN: tiếng anh
giaoan -> Giáo trìNH
giaoan -> Bộ lao đỘng thưƠng binh và XÃ HỘi tổng cục dạy nghề giáo trìNH
giaoan -> Bộ lao đỘng thưƠng binh và XÃ HỘi tổng cục dạy nghề
giaoan -> Chương 1: TỔng quan về
giaoan -> Bộ lao đỘng thưƠng binh và XÃ HỘi tổng cục dạy nghề giáo trìNH
tải về 1.99 Mb.
Chia sẻ với bạn bè của bạn: