Chuong 11. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương1
©2010 1
Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM
Hệ Đào Tạo Từ Xa
Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc Máy tính
Bộ môn Kỹ thuật Máy tính
2. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 2
Chương 1: Giới thiệu
3. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 3
Nội dung
Giới thiệu môn học
Nội dung môn học
Đánh giá điểm môn học
Khái niệm chung máy tính
Cuộc cách mạng phát triển máy tính
Lịch sử phát triển máy tính
Phân loại máy tính
Xu hướng công nghệ chip vi xử lý
4. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 4
Nội dung môn học
Chương 1: Giới thiệu
Lịch sử máy tính
Định nghĩa và phân loại máy tính
Chương 2: Lắp ráp máy tính
Các thành phần của máy tính
Cách xem thông tin kỹ thuật từ bản báo giá
Chọn lựa linh kiện cho máy tính theo yêu cầu khác hàng
Lắp ráp máy tính để bàn
Thay thế linh kiện máy tính xách tay
Chương 3: Cài đặt máy tính
Thiết lập các thông số BIOS
Cài đặt hệ điều hành
Sử dụng phận mềm NortonGhost
Cài đặt các phần mềm thông dụng
5. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 5
Giới thiệu môn học
Môn học : Cấu trúc máy tính (Mã MH: 5x4602)
Thời gian mở môn học:
Học kỳ 2
Chứng chỉ Sửa chữa máy tính
CBGD: Vũ Trọng Thiên
Email: vtthien@cse.hcmut.edu.vn
Hướng dẫn online: Thứ 3, 9h15 – 11h45
6. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 6
Nội dung môn học
Chương 4: Cấu hình máy tính
Thiết lập, thay đổi password tài khoản trên máy tính
Thiết lập các thông số để truy xuất mạng
Cài đặt driver thiết bị mới
Sử dụng MS-DOS
Chương 5: Các lỗi thường gặp
Các lỗi không khởi động được
Các lỗi liên quan máy tự động reset
Tăng tốc máy tính
Bảo trì máy tính
7. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 7
Đánh giá điểm môn học
Bài tập lớn: 20%
Kiểm tra giữa kỳ: 30%
Kiểm tra cuối kỳ: 50%
8. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 8
Khái niệm chung máy tính
Định nghĩa máy tính: Một máy tính là một loại thiết bị xử lý
dữ liệu một cách tự động được điều khiển bởi một tập các
câu lệnh lưu trữ trong bộ nhớ chính
Central
Processing Unit
(CPU)
Main
Memory
Control
Data Transfer
Computer
9. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 9
Khái niệm chung máy tính
Một hệ thống máy tính bao gồm một máy tính và các thiết
bị ngoại vi
Thiết bị ngoại vi của máy tính gồm: thiết bị nhập (input
devices), thiết bị xuất (output devices) và bộ nhớ thứ cấp
(secondary memories)
Output
devices
Input
devices
Computer
Secondary
memory
Computer System
10. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 10
Khái niệm chung máy tính
Định nghĩa máy tính: Sơ đồ máy tính
11. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 11
Khái niệm chung máy tính
Định nghĩa máy tính: Sơ đồ máy tính (tt)
12. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 12
Khái niệm chung máy tính
Định nghĩa máy tính: Sơ đồ máy tính (tt)
13. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 13
Khái niệm chung máy tính
Định nghĩa máy tính: Sơ đồ máy tính (tt)
14. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 14
Khái niệm chung máy tính
Định nghĩa máy tính: Sơ đồ máy tính (tt)
15. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 15
Khái niệm chung máy tính
Định nghĩa máy tính: Sơ đồ máy tính (tt)
16. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 16
Khái niệm chung máy tính
Chương trình máy tính (computer program): là một tập các
lệnh được viết bằng một hay nhiều ngôn ngữ lập trình để
thực hiện một một nhiệm vụ, chức năng cụ thể nào đó trên
máy tính.
17. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 17
Khái niệm chung máy tính
Phần mềm (software):
Là những chương trình dùng để chỉ dẫn các hoạt động của máy tính
theo một chức năng cụ thể nào đó (bao gồm cả những dữ liệu mà
chương trình sử dụng, cũng như những tài liệu hướng dẫn sử dụng
chúng).
18. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 18
Khái niệm chung máy tính
Phần cứng (hardware): là các thiết bị vật lý cấu tạo nên hệ
thống máy tính
19. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 19
Khái niệm chung máy tính
Phần dẻo (firmware):
Là phần sụn hay sự mềm dẻo hóa phần cứng.
Là phần mềm nhớ trong bộ nhớ chỉ đọc (ROM, PROM, EPROM) chứa
các thủ tục khởi động, lệnh vào/ra ở mức thấp.
Mềm dẻo hóa phần cứng do linh hoạt, dễ sửa đổi và thông qua đó
làm tăng tốc phần cứng.
20. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 20
Khái niệm chung máy tính
Middleware:
Là phần mềm máy tính với nhiệm vụ kết nối các thành phần phần
mềm hoặc các ứng dụng với nhau.
Bao gồm một tập các dịch vụ cho phép sự tương tác giữa các tiến
trình chạy trên một hoặc nhiều máy khác nhau.
Cung cấp khả năng hoạt động tương hỗ, phục vụ cho các kiến trúc
phân tán thường được dùng để hỗ trợ và đơn giản hóa các ứng
dụng phân tán phức tạp.
21. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 21
Khái niệm chung máy tính
Kiến trúc máy tính (Computer Architecture):
Kiến trúc máy tính liên quan đến các thuộc tính của một hệ thống
máy tính mà người lập trình có khả năng truy xuất, hoặc những
thuộc tính có ảnh hưởng trực tiếp đến việc thực hiện luận lý của
chương trình
22. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 22
Khái niệm chung máy tính
Kiến trúc máy tính: Các thuộc tính điển hình
Tập lệnh (kiểu lệnh và tác vụ)
Phương pháp biểu diễn dữ liệu cơ bản
Cơ chế xuất nhập
Các khối cơ bản trong CPU
Chức năng của các thành phần chính
Việc thực hiện lệnh
Tổ chức bộ nhớ (kỹ thuật định vị bộ nhớ)
Cách thức kết nối của các thành phần cơ bản
…
23. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 23
Khái niệm chung máy tính
Tổ chức máy tính (Computer Organization):
Tổ chức máy tính liên quan đến các đơn vị chức năng và sự kết nối
của chúng để hiện thực hóa các đặc tả kiến trúc (nghĩa là làm thế
nào để các tính năng được hiện thực)
Các tín hiệu điều khiển, giao tiếp, giữa máy tính và các thiết bị
ngoại vi, công nghệ bộ nhớ.
24. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 24
Khái niệm chung máy tính
Kiến trúc máy tính và Tổ chức máy tính: Ví dụ
Vấn đề kiến trúc: có hay không có bộ nhân (thuộc tính)
Vấn đề tổ chức: chức năng nhân được thực hiện bởi một đơn vị
nhân đặc biệt hay sử dụng (liên tiếp) các lệnh cộng
Khái niệm dòng máy tính: cùng kiến trúc nhưng khác nhau về mặt
tổ chức
Tất cả các máy tính dòng x86 của Intel có cùng kiến trúc cơ bản
Dòng máy tính System/370 của IBM có cùng kiến trúc cơ bản
Ưu điểm:
Cho phép các máy tính khác nhau trong cùng dòng có giá thành
và hiệu suất khác nhau
Tổ chức các máy tính khác nhau tùy theo công nghệ
25. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 25
Khái niệm chung máy tính
Cấu trúc máy tính (Computer Structure):
Là những thành phần của máy tính và những liên kết giữa các
thành phần.
Ở mức cao nhất, máy tính gồm 4 thành phần
Bộ xử lý
Bộ nhớ
Hệ thống vào ra
Liên kết giữa các hệ thống
26. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 26
Cách mạng phát triển máy tính
Công nghệ phát triển máy tính được củng cố vững chắc bởi
định luật Moore
Sự bùng nổ của các hệ thống máy tính dẫn đến các ứng
dụng của nó ngày càng đa dạng
Các hệ thống điều khiển bằng máy tính được trang bị trong xe hơi
Điện thoại di động
Hệ thống máy tính giúp xây dựng và phân tích hoàn chỉnh bộ gen
con người
Công nghệ World Wide Web
Các bộ công cụ tìm kiếm
Máy tính đang ngày càng trở nên phổ biến
27. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 27
Cách mạng phát triển máy tính
Cách mạng phần cứng máy tính
Đơn vị cơ bản cấu thành phần cứng máy tính ngày này được tạo thành từ
các transitor
Transitor đầu tiên được phát minh
The 1st transistor
(Bell Labs, 1947)
28. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 28
Cách mạng phần cứng máy tính
Mạch tích hợp (Integrated Circuit) đầu tiên được cấp bằng
sáng chế năm 1958 cho Jack Kilby đã tạo ra cuộc cách
mạng điện tử
29. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 29
Cách mạng phần cứng máy tính
30. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 30
Cách mạng phần cứng máy tính
Year Technology Relative performance/cost
1951 Vacuum tube 1
1965 Transistor 35
1975 Integrated circuit (IC) 900
1995 Very large scale IC (VLSI) 2,400,000
2005 Ultra large scale IC 6,200,000,000
31. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 31
Định luật Moore
Năm 1965, Gordon Moore đồng
sáng lập hãng Intel đưa ra nhận
định rằng số lượng transitors có
thể được tích hợp trên một chip sẽ
tăng gấp đôi mỗi hai năm
Dual Core Itanium
with 1.7B transistors
4,5002,500
7,500,000
42,000,000
32. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 32
PowerPC 750
Giới thiệu vào năm 1999
3.65 triệu transitors
Tần số clock 366MHz
Kích thước 40mm2
Công nghệ 250nm
33. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 33
AMD’s Barcelona Multicore Chip
Tích hợp bốn
core trên một
chip
Tần số clock
1.9GHz
Công nghệ 65nm
Có 3 mức cache
tích hợp vào chip
http://www.techwarelabs.com/reviews/processors/barcelona/
HTPHY,link2HTPHY,link3
2MB
Shared
L3
Cache
128-bit FPU
Load/
Store
L1 Data
Cache
Execution
Fetch/
Decode/
Branch
Northbridge
HT PHY, link 4 Slow IO Fuses
512kB
L2
CacheL2
Ctl
L1 Instr
Cache D
D
R
P
H
Y
Core 4 Core 3
Core 2
HT PHY, link 1 Slow IO Fuses
34. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 34
Lịch sử phát triển máy tính
Lịch sử phát triển máy tính chia làm 5 thế hệ:
Thế hệ I (1945 - 1958): Máy tính dùng đèn chân không
Thết hệ II (1958 – 1964): Máy tính dùng Transistor
Thế hệ III (1964 – 1974): Máy tính dùng mạch tích hợp IC
Thế hệ IV (1974 – nay): Máy tính dùng mạch tích hợp cực lớn VLSI
(Very Large Scale Integrated)
Thế hệ V (hiện tại – tương lai): Máy tính thông minh (sử dụng trí
tuệ nhân tạo)
35. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 35
Lịch sử phát triển máy tính
Thế hệ máy tính thứ I (1945 – 1958)
Nét đặc trưng:
Sử dụng bóng đèn chân không (vacuum tube)
Lập trình bằng ngôn ngữ máy
Dữ liệu và chương trình được nạp vào bằng bìa đục lỗ
36. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 36
Lịch sử phát triển máy tính
Thế hệ máy tính thứ I (1945 – 1958) – Những thành tựu tiêu biểu
Máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
Máy tính EDVAC – John Von Neumann
EDSAC ((Electronic Delay Storage Automatic Calculator)
Harvard Mark – I
Kiến trúc Von Neumann và kiến trúc Harvard
37. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 37
Lịch sử phát triển máy tính
Máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
38. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 38
Lịch sử phát triển máy tính
J. Presper Eckert và John Mauchly tạo ra máy tính ENIAC (Electronic
Numerical Integrator and Calculator) đầu tiên tại trường đại học
Pennsylvania
Phục vụ chiến tranh thế giới thứ II
Chỉ được công bố vào năm 1946
Sử dụng 18.000 bóng đèn chân không
nặng 30 tấn, thực thi 5000 phép toán trong 1 giây
Lập trình bằng công tắc
Đọc chương trình thực thi bằng bìa đục lỗ
Chiếm diện tích 150m2
Sử dụng 140KW
39. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 39
Lịch sử phát triển máy tính
Máy tính EDVAC
John Von Neumann
(1903 – 1957)
40. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 40
Lịch sử phát triển máy tính
Nhà toán học John von Neumann phát thảo ý tưởng máy
tính lưu trữ chương trình EDVAC (Electronic Discrete
Variable Automatic Computer)
Hoàn thành vào năm 1949
Chương trình hay phần mềm có thể được lập trình và thay
đổi dễ dàng bằng cách thay đổi nội dung bộ nhớ
Vượt trội so với ENIAC về tốc độ tính toán và công sức cần
thiết để cấu hình lại máy
Kiến trúc máy tính Von Neumann lưu trữ dữ liệu và
chương trình chung trong bộ nhớ
41. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 41
Lịch sử phát triển máy tính
Máy tính EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic
Calculator)
42. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 42
Lịch sử phát triển máy tính
Năm 1949, máy tính EDSAC (Electronic Delay Storage
Automatic Calculator) ra đời
Hoạt động theo kiến trúc Von Neumann bằng rơle điện
Được phát triển tại đại học Cambrighe nước Anh bởi
Maurice Wilkes
Xử lý 650 dòng lệnh/ giây
Chiếm diện tích 65m2
43. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 43
Lịch sử phát triển máy tính
Máy tính Harvard Mark - I
44. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 44
Lịch sử phát triển máy tính
1949, tại thành phố Harvard,
Howard Hathaway Aiken đã thiết kế
máy tính Harvard Mark-I hoạt
động bằng rơle.
Các thế hệ Mark-II, Mark-III hoạt
động bằng bóng đèn chân không
Kiến trúc máy tính Harvard sử
dụng bộ nhớ riêng cho lệnh và
chương trình
Howard Hathaway Aiken
(1900 – 1973)
45. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 45
Lịch sử phát triển máy tính
Memory
Control
Unit
Arithmetic
Logic Unit
Accumulator
Input Output
Intructions
memory
Control
Unit
Data
memory
ALU
I/O
Kiến trúc Von Neumann Kiến trúc Harvard
2 kiến trúc máy tính nền tảng của kiến trúc máy tính tương lai
46. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 46
Lịch sử phát triển máy tính
Máy tính Whirlwind
47. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 47
Lịch sử phát triển máy tính
Năm 1947, một dự án phát triển máy tính Whirlwind tại đại
học MIT dùng để xử lý tín hiệu rađa
Máy tính Whirlwind có nhiều phát minh, tuy nhiên phát
minh quan trọng nhất là bộ nhớ bằng từ tính (magnetic
core memory)
Máy tính Whirlwind 5000 bóng chân không và có 2048 từ
nhớ 16-bits
48. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 48
Lịch sử phát triển máy tính
Máy tính thương mại
Năm 1951, Hãng Eckert-Mauchly tiên phong thương mại hóa máy
tính UNIVAC I (Universal Automatic Computer). Giá bán khoảng
1triệu đô la và bán được 48 chiếc
Phép cộng: 120us
Phép nhân: 1800us
Phép chia: 3600us
Dữ liệu vào: băng từ
Năm 1952, hãng máy tính
IBM đã bán được 19 chiếc
dòng IBM 701 đầu tiên
của mình
49. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 49
Lịch sử phát triển máy tính
Thế hệ máy tính thứ II (1958 – 1964)
Nét đặc trưng:
Sử dụng transitors – nhỏ gọn, tiêu tốn ít năng lượng, giá thành
thấp và đáng tin cậy hơn so với bóng đèn chân không
Sử dụng bộ nhớ từ tính
Sử dụng số bù 2, phép toán số thực
Sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp cao
Năm 1959, dòng máy tính IBM 7000 đầu tiên được chế tạo
bằng transitors
50. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 50
Lịch sử phát triển máy tính
Dòng máy IBM 7090 tiêu biểu cho giai đoạn này
51. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 51
Lịch sử phát triển máy tính
Dòng máy IBM :
Được chế tạo bằng transitors, nó có thể xử lý nhanh hơn 6 lần so
với dòng máy IBM 709 được chế tạo bằng đèn chân không thế hệ
trước đó
Dùng để tính toán chế tạo tên lửa, động cơ máy bay, thử hạt nhân,
máy bay siêu thanh
Sử dụng 50.000 transitors
Trong một giây nó có thể tính toán: 229.000 phép cộng, 39.500
phép nhân, 32.700 phép chia
52. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 52
Lịch sử phát triển máy tính
Thế hệ máy tính thứ III (1964 – 1974)
Nét đặc trưng:
Chế tạo từ vi mạch tích hợp (Integrated Circuit) – cho phép
chế tạo hàng ngàn transitors gắn trên một chip
Sử dụng bộ nhớ bán dẫn (semiconductor memory)
Bộ nhớ đạt được 2Mb, thực thi được 5 triệu lệnh trong 1 giây
Bắt đầu dùng thêm bộ nhớ cache
Năm 1964, IBM đã thành công trong thương mại với dòng
máy IBM System/360
53. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 53
Lịch sử phát triển máy tính
Họ máy tính IBM System/360 được giới thiệu năm 1964 với 4 mẫu
(a) 40: 1.6 MHz, 32 KB–256 KB, $225,000 (b) 50: 1.6 MHz, 32 KB–256 KB, $225,000
(c) 65: 5.0 MHz, 256 KB–1 MB, $1,200,00 (d) 75: 5.1 MHz, 256 KB–1 MB, $1,900,000
54. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 54
Lịch sử phát triển máy tính
Cùng năm 1964, hãng DEC giới
thiệu máy tính loại nhỏ
(minicomputer) PDP-8
55. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 55
Lịch sử phát triển máy tính
DEC-PDP-8
Giá thành dưới 20.000 đô la
Kích thước nhỏ gọn so với các máy tính mainframe, phù hợp trang
bị cho các phòng thí nghiệm
DEC đã bán được hơn 50.000 máy và trở thành nhà cung cấp máy
tính lớn thứ 2 sau IBM
Thị trường máy tính dẫn đến cuộc chạy đua cho các nhà sản xuất vi
xử lý
Năm 1971, Intel giới thiệu vi xử lý 4 bit đầu tiên – 4004
56. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 56
Lịch sử phát triển máy tính
Thế hệ máy tính thứ IV (1974 – nay): Microprocessor
Nét đặc trưng:
Công nghệ tích hợp vi mạch đạt được triệu transitors trên một chip
– Very Large-Scale Integration (VLSI)/Ultra Large Scale
Integration (ULSI)
Kích thước CPU và bộ nhớ trở nên nhỏ gọn
Ra đời máy tính cá nhân (Personal Computer)
Siêu máy tính (supercomputer)
Công nghệ truyền dữ liệu
57. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 57
Lịch sử phát triển máy tính
Năm 1975, hãng MITS giới thiệu chiếc
máy tính PC Altair đầu tiên sử dụng bộ
vi xử lý Intel 8080 của Intel
Prices:US $395 as a kit
How many:estimated 2000+
CPU:Intel 8080, 2.0 MHz
RAM:256 bytes, 64K max
Display:front panel LEDs
Controls:front panel switches
Expansion:Altair-bus card-cage
Storage:paper tape, cassette or floppy drive
58. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 58
Lịch sử phát triển máy tính
Năm 1977, hãng Apple giới thiệu máy tính PC
Apple II có màn hình và bàn phím
Price:
US $1298 with 4K RAM
US $2638 with 48K RAM
CPU:MOS 6502, 1.0 MHz
RAM:4K min, 48K max
Display:280 X 192, 40 X 24 text 6 colors maximum
Ports:composite video output cassette interface 8
internal expansion slots
Storage:generic cassette drive external 143K floppy
(1978)
59. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 59
Lịch sử phát triển máy tính
Xerox Alto: máy tính cá nhân đầu
tiên tiên phong cho thế hệ máy tính
hiện đại
Trang bị:
Chuột
Bàn phím
Màn hình bip-map
Giao diện Window
Kết nối mạng
60. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 60
Lịch sử phát triển máy tính
Siêu máy tính Cray-1 ra
đời năm 1976
Tốc độ 250MFLOPS (250
triệu phép tính/giây)
Nặng 5.5 tấn
64bits, 80MHz, RAM 8MB
61. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 61
Lịch sử phát triển máy tính
Năm 1981, IBM giới thiệu chuẩn
máy tính PC có khả năng mở rộng
Có nhiều khe cắm cho các thiết bị
thêm vào
Chạy hệ điều hành MS-DOS của
hãng phần mềm Microsoft
Đạt tốc độ 5Mhz
Từ năm 1981 – 1990, 80% máy
tính PC trên thế giới sử dụng MS-
DOS
62. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 62
Lịch sử phát triển máy tính
63. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 63
Lịch sử phát triển máy tính
Thế hệ máy tính thứ V (hiện tại – tương lai):
Artificial Intelligence
Là 1 nhánh của khoa học máy tính
liên quan đến việc làm cho máy tínhhoạt
động giống như con người.
Thuật ngữ này được đặt ra vào năm 1956
bởi JohnMcCarthy tại Viện Công nghệ
Massachusetts. Trí tuệ nhân tạo bao gồm:
Game
Hệ chuyên gia (Expert System)
Ngôn ngữ tự nhiên
Mạng Neural
Robotics
64. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 64
Lịch sử phát triển máy tính
Ai kiểm soát phần mềm PC ?
Năm 1991 Microsoft cho ra đời hệ điều hành Window 3.1 và có trên
90% máy tính PC trên Thế giới sử dụng
Năm 1995 Microsoft cho ra đời hệ điều hành Window 95 và có
khoảng 95% máy tính PC trên Thế giới sử dụng
Năm 1998 Microsoft cho ra đời hệ điều hành Window 98 và có trên
95% máy tính PC trên Thế giới sử dụng.
Năm 2000 Microsoft cho ra đời hệ điều hành Window 2000
Năm 2002 Microsoft cho ra đời hệ điều hành Window XP với khoảng
97% máy tính PC sử dụng
65. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 65
Lịch sử phát triển máy tính
Ai kiểm soát phần mềm PC ?
66. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 66
Lịch sử phát triển máy tính
Ai kiểm soát phần cứng PC ?
IBM thống trị từ 1981 – 1987. Sau đó là Intel (thành lập năm 1968)
Năm 1972 Intel giới thiệu chíp 8008 có tốc độ 0,2 MHz
Năm 1979 Intel giới thiệu chíp 8088 có tốc độ 5 MHz
Năm 1988 Intel giới thiệu chíp 386 có tốc độ 75 MHz
Năm 1990 Intel giới thiệu chíp 486 có tốc độ 100 -133 MHz
Năm 1993 - 1996 Intel giới thiệu chíp 586 có tốc độ 166 - 200MHz
Năm 1997-1998 Intel giới thiệu chíp Pentiun 2 có tốc độ 233 - 450 MHz
Năm 1999 - 2000 Intel giới thiệu chíp Pentium 3 có tốc độ 500- 1200
MHz
Từ năm 2001 - nay Intel giới thiệu chíp Pentium 4 có tốc độ từ 1500
MHz đến 3800MHz
67. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 67
Lịch sử phát triển máy tính
Ai kiểm soát phần cứng PC ?
68. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 68
Phân loại máy tính
Máy tính để bàn (Desktop Computers)
Loại máy tính đa dụng dành cho đại đa số người dùng cá nhân
Giá thành vừa phải
Được trang bị rất nhiều phần mềm từ nhiều nhà cung cấp
Giao diện người dùng cơ bản: chuột, màn hình, bàn phím
69. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 69
Phân loại máy tính
Máy chủ (Servers)
Dùng để chạy rất nhiều chương trình lớn, cùng lúc (ví dụ Web
servers, …)
Hỗ trợ nhiều người dùng truy cập đồng thời
Truy cập chủ yếu qua mạng
Yêu cầu cao về an ninh, khả năng lưu trữ, hiệu suất, độ tin cậy
70. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 70
Phân loại máy tính
Siêu máy tính (Supercomputers)
Thuộc lớp máy chủ hiệu suất cao. Giá rất đắt (hàng triệu đô la)
Được trang bị hàng trăm đến hàng ngàn bộ vi xử lý
Bộ nhớ đạt terabytes (240 bytes). Thiết bị lưu trữ đạt petabytes
(1024 terabytes)
Thường được dùng để tính toán khoa học. Ví dụ: dự báo thời tiết,
phát hiện mỏ dầu, xác định cấu trúc protein …
71. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 71
Phân loại máy tính
Datacenters
một cách gọi khác của siêu máy tính
Các hãng máy tính đang sử dụng: eBay, Google, …
72. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 72
Phân loại máy tính
Máy tính nhúng (Embedded
Computers)
Loại máy tính được tính hợp vào các
thiết bị để xử lý và chỉ chạy các ứng
dụng chuyên biệt
Yêu cầu ràng buộc gắt gao về năng
lượng tiêu thụ, hiệu suất, giá thành
Là phân loại máy tính có thị phần tiêu
thụ lớn nhất
Ví dụ: Điện thoại di động, máy chơi
game playstation, hệ thống điều khiển
máy bay, hệ thống giải trí trên xe hơi
…
73. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 73
Phân loại máy tính
Embedded growth >> Destop growth
0
200
400
600
800
1000
1200
InMillions
Cell Phones PCs TVs
74. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 74
Phân loại máy tính
Máy tính nhúng trong xe hơi
75. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 75
Xu hướng công nghệ chip vi xử lý
Hiệu suất đạt được của bộ đơn vi xử lý (uniprocessor)
Ràng buộc về năng lượng tiêu thụ, mức song song lệnh
thực thi, độ trễ truy xuất bộ nhớ
Công nghệ
Các ý tưởng vượt trội
về tổ chức và kiến trúc
máy tính
76. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 76
Xu hướng công nghệ chip vi xử lý
Bộ vi xử lý đa nhân (multicore)
Nhiều bộ vi xử lý tích hợp trên một chip
Phần cứng thực thi nhiều lệnh cùng lúc
Đòi hỏi người dùng biết cách tổ chức lập trình song song
Product
AMD Opteron
X4 (Barcelona)
Intel Nehalem IBM Power 6
Sun Ultra
SPARC T2
(Niagara 2)
Cores per chip 4 4 2 8
Clock rate 2.5 GHz ~ 2.5 GHz ? 4.7 GHz 1.4 GHz
Microprocessor power 120 W ~ 100 W ? ~ 100 W ? 94 W
77. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 77
Quy trình sản xuất chip
78. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 78
AMD Opteron X2 Wafer
X2: 300mm wafer, 117 chips, 90nm technology
X4: 45nm technology
79. Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính
Cấu trúc máy tính – Chương 1
©2010 79
Tổng kết
Lịch sử phát triển máy tính
Các thế hệ máy tính đã phát triển nhanh chóng
Ứng dụng máy tính đã trở nên rộng khắp trong cuộc sống con
người
Phân loại máy tính
Desktops
Servers
Supercomputers
Máy tính nhúng
Xu hướng công nghệ sản xuất chip
Định luật Moore vẫn chi phối
Đạt ngưỡng tới hạn về hiệu suất cho bộ vi xử lý đơn chip
Xu hướng tăng hiệu suất với chip đa lõi
Editor's Notes CPU sẽ nạp các lệnh từ bộ nhớ chính để thực thi và trong quá trình thực thi lệnh nó cũng có thể đọc/ghi dữ liệu trên bộ nhớ chính
Main Memory là nơi chứa lệnh cũng như dữ liệu mà CPU sẽ xử lý
Hai kết nối cơ bản giữa CPU và bộ nhớ chính là Data Transfer và Control
Data Transfer: là kết nối cho quá trình đọc/ghi hay nói khác hơn là trao đổi dữa liệu giửa CPU và bộ nhớ chính
Control: là kết nối giúp cho CPU điều khiển quá trình đọc ghi trên bộ nhớ chính. Ví dụ CPU có thể phát yêu cầu ghi/đọc dữ liệu tại một vị trí nào đó trên bộ nhớ chính Như vậy ta có thể xem laptop là 1 hệ thống máy tính
Iphone, máy tính desktop là một hệ thống máy tính Cánh mạng máy tính gắn liền với công nghệ vi điện tử
Năm 1965, Gordon Moore nhà đồng sáng lập hãng Intel cho rằng số lượng transitors có thể được tích hợp trên một chip sẽ tăng gấp đôi mỗi hai năm
Bên cạnh các ứng dụng của hệ thống máy tính dễ thấy như laptop, desktop. Các ứng dụng máy tính ngày nay được trang bị để điều khiển các bộ phận trong xe hơi, máy giặt, vệ tinh …
Sự phát triển mạnh mẽ ứng dụng WWW, cũng như độ chính xác và hiệu quả của các bộ công cụ tìm kiếm
Tóm lại máy tính và hệ thống máy tính đang ngành càng trở nên phổ biến có mặt khắp nơi trong cuộc sống của chúng ta
Su phat minh ra transitor da tao ra cuoc cach mang phat trien may tinh thay the bong den chan khong de vo, kenh cang, ko tin cay
Một bộ vi xử lý có thể được tạo thành từ trăm ngàn, hàng triệu transitor. Hay gần đây nhất là người ta có thể tích hợp được tỉ transitor trên 1 chip The he mach dien tu tiep theo la` IC.
IC là gì: là mạch điện chứa các transitor và điện trở kết nối với nhau, được chế tạo bởi công nghệ silicon.
IC được thiết kế để đảm nhiệm một chứng năng nào đó. Như vậy 1 chip vi xử lý là một IC
IC đầu tiên ra đời gồm 1 transitors
Sau do su ra doi cua cac mach IC tiep theo da co the tich hop nhieu transitor tren mot chip Intel 4004 4 bit, 1971, 2.300 transitor
P486, 1989, 1,180,000
P4, 2000, 42,000,000
Core 2 2006, 291,000,000
Dual core Itanium 1.7b VLSI: chứa hàng tram ngan den hang trieu transitors approximately 463 million transistors
285mm² Các máy tính thế hệ này giải quyết được nhiều bài toán khoa học kĩ thuật và các bài toán phức tạp về dự báo thời tiết và năng lượng hạt nhân
Gia dat
Kich thuoc lon, nang luong tieu thu lon
Toc do rat cham chi dat duoc vai ngan phep tinh/giay
Mỗi lần thay doi chuong trinh phai cai dat lai day cam va cong tac
Cung cap lenh nhay va` lap trinh duoc, toc do 1900 lenh cong/1s thuc hien phep toan so thap phan 10 so
Tat nhien co cac may tinh khac ra doi truoc do, nhung ENIAC la` noi bat nhat lam thay doi tri tuong tuong cua nha khoa hoc va gioi cong nghiep Hoat dong voi so nhi phan Hoat dong voi so nhi phan kiến trúc Harvard được dùng để chỉ những kiến trúc máy tính mà trong đó phân biệt rõ ràng bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình, chúng có những đường truyền (bus) riêng để truy cập vào bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình (ngược lại, kiến trúc von Neumann có bộ nhớ và bộ nhớ chương trình chung)
Trong một máy tính sử dụng kiến trúc von Neumann, CPU có thể đọc một lệnh, hoặc đọc/ghi dữ liệu từ bộ nhớ. Tuy vậy, cả hai quá trình tương tác với lệnh hoặc với dữ liệu, không thể thực hiện cùng lúc, vì nó sử dụng chung một đường truyền và bộ nhớ. Trong một máy tính kiến trúc Harvard, CPU có thể vừa đọc một lệnh, vừa truy cập dữ liệu từ bộ nhớ cùng lúc. Một máy tính kiến trúc Harvard có thể chạy nhanh hơn, bởi vì nó có thể thực hiện ngay lệnh tiếp theo khi vừa kết thúc lệnh trước đó. Tốc độ được tăng lên nhưng phải trả giá bằng sự thiết kế phần cứng phức tạp hơn (cụ thể nhất mà chúng ta thấy, đó là việc phải thiết kế 2 bus khác nhau cho dữ liệu và chương trình).
Những năm gần đây, tốc độ CPU tăng lên rất nhiều lần so với tốc độ truy cập vào bộ nhớ chính. Người ta cần quan tâm đến việc giảm số lần truy cập vào bộ nhớ để đảm bảo tốc độ hoạt động của CPU. Nếu, trong cùng một lúc, mỗi lệnh của CPU cần phải truy cập vào bộ nhớ 1 lần, vậy thì việc tăng tốc độ CPU chẳng còn ý nghĩa gì nữa, bởi vì nó luôn luôn bị giới hạn bởi việc truy cập vào bộ nhớ.
Bộ nhớ có thể được thiết kế để có tốc độ truy cập cao, nhưng nó đồng nghĩa với việc giá sản xuất sẽ cao. Giải pháp là cung cấp một dung lượng nhỏ bộ nhớ đệm, với tốc độ truy cập rất cao, và chúng ta gọi đó là cache (bộ nhớ đệm). Khi bộ nhớ CPU cần tương tác đang nằm trong cache, vì việc tương tác vào đó tốn ít thời gian hơn rất nhiều lần so với khi cache phải thay đổi và lấy dữ liệu từ bộ nhớ chính đưa vào. Việc điều chỉnh cache là một vấn đề quan trọng trong việc thiết kế máy tính.
Những thiết kế chip CPU tốc độ cao ngày này thường kết hợp hai kiến trúc Harvard và von Neumann. Bộ nhớ cache trên chip được phân thành cache chương trình và cache dữ liệu. Kiến trúc Harvard được dùng khi CPU truy cập vào cache. Tuy nhiên, trong trường hợp không có cache, dữ liệu được lấy từ bộ nhớ chính, mà bộ nhớ chính không được chia thành vùng nhớ chương trình và vùng nhớ dữ liệu. Như vậy, kiến trúc von Neumann được dùng ở tầm vực truy cập bộ nhớ chính.
Kiến trúc Harvard cũng thường được dùng trong một số DSP chuyên dụng, thường dùng trong các sản phẩm xử lý âm thanh, hình ảnh. Ví dụ như vi xử lý Blackfin của Analog Devices Inc. dùng kiến trúc Harvard.
Phép cộng 120microsecond, us
Nhan 1800us
Chia 3600us
Su dung bang tu de nhan du lieu
Tât nhien the he may tinh truoc do duoc che tao tu cac thanh phan roi rac nhu transitor, dien tro, tu … lam cho kich thuoc may tinh rat lon 100,000 - 100,000,000 devices on a chip VLSI
Over 100,000,000 ULSI Games Chơi: lập trình máy tính để chơi trò chơi như cờ vua, người kiểm traHệ chuyên gia lập trình máy tính để đưa ra quyết định trong các tình huống thực tế (ví dụ,một số hệ thống chuyên gia giúp các bác sĩ chẩn đoán bệnh dựa trên triệu chứng)Ngôn ngữ tự nhiên: lập trình máy tính hiểu ngôn ngữ tự nhiên của con ngườiNeural Networks: Hệ thống mô phỏng thông minh bằng cách cố gắng để tái sản xuất các loại kết nối vật lý xảy ra trong não động vậtRobotics: lập trình máy tính để xem và nghe và phản ứng với các kích thích cảm giác khác
CIO Insight, tạp chí IT nổi tiếng của Mỹ mới đây căn cứ vào 3 tiêu chí: giá trị, độ tin cậy và sự trung thành để bình chọn ra 10 công ty phần mềm tốt nhất năm 2008. Google đã vượt qua RedHat soán ngôi vị đầu bảng, trong khi đó Microsoft chỉ xếp ở vị trí thứ 7.
1-Google: 81%
Không ngừng sáng tạo và tấn công mạnh vào lĩnh vực di động đã khiến cho Googlegặt hái được những thành công lớn trong năm nay.2-RedHat: 75%
Chiếm ngôi đầu bảng trong năm ngoái, RedHat năm nay vẫn duy trì được kết quả khá tốt mặc dù chỉ xếp ở vị trí thứ 2, nhất là trong tiêu chí sự trung thành của khách hàng, đã dành được kết quả là 92%.
3-Citrix: 73%
Là một trong những nhà cung cấp giải pháp cấu trúc nền tảng đáng tin cậy hàng đầu thế giới, Citrix vẫn giữ được ở vị trí thứ 3, với thành tích như vậy so với thành tích của năm 2005 và 2006, Citrix vẫn phải cố gắng hơn.
4- Adobe" 72%
Do Google chiếm giữ vị trí số 1, Adobe đã bị đẩy xuống vị trí thứ 3, nhưng về sự trung thành của khách hàng thì Adobe với thành tích 93% trở thành nhà cung cấp phần mềm có số lượng khách hàng tin cậy nhất.
5- Novell: 65%
Novell là một nhà cung cấp hệ thống mạng tiên tiến, sản phẩm chính là HĐH mạng Netware nổi tiếng xếp vị trí thứ 5.
6- SalesForce.com: 62%
Là nhà cung cấp giải pháp quản lý quan hệ khách hàng (CRM), SalesForce.com lần đầu tiên được xếp vào bảng Top 10 trong năm nay, mà còn đứng trên cả Windows.
7-Microsoft: 61%
Với sự trung thành của khách hàng 83%, Microsoft cũng chỉ giành được vị trí số 3 như năm ngoái.
8-Cognos: 60%
Cognos là một công ty giải pháp phần mềm BI (Business Intelligence), với các giải pháp thông qua phân tích, tính toán và giám sát nhằm nâng cao thành tích cho các doanh nghiệp. Từ vị trí thứ 4 năm ngoái đã rớt xuống vị trí thứ 8.
9-Business Objects: 59%
Cũng cùng chung cảnh ngộ như Cognos, Business Object xếp vị trí thứ 3 từ năm 2005 liên tục trượt dốc xuống vị trí thứ 9.
10-Oracle: 57%