Giới thiệu tổng quan về giáo trình kiến trúc máy tính

MỤC ĐÍCH

Giáo trình này nhằm trang bị cho người đọc các nội dung chủ yếu sau:

• Lịch sử phát triển của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại máy tính. Cách biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự.
• Giới thiệu các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính, khái niệm về kiến trúc máy tính, tập lệnh. Các kiểu kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, các kiểu định vị.
• Giới thiệu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máy và một số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng, máy tính có lệnh thật dài, máy tính véc-tơ, xử lý song song và kiến trúc IA-64.
• Giới thiệu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ máy tính.
• Giới thiệu một số thiết bị lưu trữ ngoài như: đĩa từ, đĩa quang, thẻ nhớ, băng từ. Hệ thống kết nối cơ bản các bộ phận bên trong máy tính. Cách giao tiếp giữa các ngoại vi và bộ xử lý.
• Phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngoài.

Yêu cầu

Sau khi học xong môn học này, người học được trang bị các kiến thức về:

• Sinh viên được trang bị kiến thức về lịch sử phát triển của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại máy tính. Nắm vững các khái niệm cơ bản liên quan đến các hệ thống số được dùng trong máy tính. Thành thạo các thao tác biến đổi số giữa các hệ thống số.
• Sinh viên có kiến thức về các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính, khái niệm về kiến trúc máy tính, tập lệnh. Nắm vững các kiến thức về các kiểu 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. Phân biệt được hai loại kiến trúc: CISC (Complex Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer). Các kiến thức cơ bản về kiến trúc RISC, tổng quát tập lệnh của các kiến trúc máy tính.
• Sinh viên phải nắm vững cấu trúc của bộ xử lý trung tâm và diễn tiến thi hành một lệnh mã máy, vì đây là cơ sở để hiểu được các hoạt động xử lý lệnh trong các kỹ thuật xử lý thông tin trong máy tính.
• Sinh viên phải hiểu được các cấp bộ nhớ và cách thức vận hành của các loại bộ nhớ được giới thiệu để có thể đánh giá được hiệu năng hoạt động của các loại bộ nhớ.
• Sinh viên phải nắm vững các kiến thức về hệ thống kết nối cơ bản các bộ phận bên trong máy tính, cách giao tiếp giữa các ngoại vi và bộ xử lý. Biết được cấu tạo và các vận hành của các loại thiết bị lưu trữ ngoài và phương pháp an toàn dữ liệu trên đĩa cứng.

Nội dung

• Chương I: ĐẠI CƯƠNG

Lịch sử phát triển của máy tính, thông tin và sự mã hoá thông tin.

• Chương II: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ

Giới thiệu các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính, kiến trúc máy tính, tập lệnh và các kiểu định vị cơ bản. Khái niệm về kiến trúc RISC và CISC, ngôn ngữ cấp cao và ngôn ngữ máy.

• Chương III: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ

Giới thiệu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Một số kỹ thuật xử lý thông tin.

• Chương IV: CÁC CẤP BỘ NHỚ

Giới thiệu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ máy tính.

• Chương V: NHẬP - XUẤT

Thiết bị ngoại vi: các thành phần và hệ thống liên kết. Phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngoài

Kiến thức tiên quyết

• KỸ THUẬT SỐ (TH 313)

Tài liệu tham khảo

1. Kiến trúc máy tính – Võ Văn Chín, Đại học Cần Thơ, 1997.
2. Computer Architecture: A Quantitative Approach, A. Patterson and J. Hennesy, Morgan Kaufmann Publishers, 2nd Edition, 1996.
3. Computer Otganization and Architecture: Designing for Performance, Sixth Edtion, William Stallings, Prentice Hall.
4. Principles of Computer Architecture, Miles Murdocca and Vincent Heuring (internet- http://iiusaedu.com).
5. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Patterson and Hennessy, Second Edition (internet-http://engronline.ee.memphis.edu).

Phương pháp học tập

Do giáo trình chỉ mang tính chất giới thiệu tổng quát nên người đọc cần đọc thêm các tài liệu giới thiệu về kiến trúc cụ thể của các bộ xử lý. Người đọc cần tìm hiểu thêm các hình ảnh và ví dụ minh hoạ trong các tài liệu liên quan để thấy được sâu hơn vấn đề được đặt ra.

Từ khoá

CPU (Central Processing Unit): Bộ xử lý trung tâm

ALU (Arithmetic And Logic Unit): Bộ tính toán số học và luận lý

CU (Control Unit): Bộ điều khiển

RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

SRAM (Static RAM): RAM tĩnh

DRAM (Dynamic RAM): RAM động

ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc

I/O (Input/Output): Nhập / Xuất

Opcode (Operation Code): Mã tác vụ

General Register: thanh ghi tổng quát

Stack: Ngăn xếp

Accumulator Register: thanh ghi tích luỹ

Interrupt: ngắt quãng

CISC (Complex Instruction Set Computer): Máy tính có tập lệnh phức tạp

RISC ( Reduced Instruction Set Computer): Máy tính có tập lệnh rút gọn

Compiler: Trình biên dịch

Assembler: Bộ dịch hợp ngữ

Pipeline: Ống dẫn

SuperScalar: Siêu vô hướng

VLIW (Very Long Instruction Word): Máy tính có lệnh thật dài

SISD (Single Instructions Stream, Single Data Stream): Máy tính một dòng lệnh, một dòng số liệu.

SIMD (Single Instructions Stream, Multiple Data Stream): Máy tính một dòng lệnh, nhiều dòng số liệu.

MISD (Multiple Instructions Stream, Single Data Stream):Máy tính nhiều dòng lệnh, một dòng số liệu.

MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream): Máy tính nhiều dòng lệnh, nhiều dòng số liệu.

Cluster: các máy tính độc lập được kết nối với nhau thông qua một hệ thống kết nối tốc độ cao, hoạt động như một máy tính thống nhất.

EPIC (Expicitly Parallel Intruction Computing): kỹ thuật xử lý lệnh mức độ song song

Virtual Memory: Bộ nhớ ảo

System bus: bus hệ thống

FSB (Front Side Bus): Bus mặt trước, bus hệ thống

DMA (Direct Memory Access): Truy cập bộ nhớ trực tiếp

RAID (Redundant Array of Independent Disks): Mảng các đĩa độc lập và dư thừa.