1. KiÕn tróc m¸y tÝnh
Computer Architecture
Ths NguyÔn Quang Ninh
Bé m«n Kü thuËt M¸y tÝnh
Khoa C«ng nghÖ Th«ng tin
Tr­êng §¹i häc Vinh
Vinh, 12/2004
1

2. L­u ý quan träng
 Bµi gi¶ng KiÕn tróc m¸y tÝnh nµy thuéc b¶n
quyÒn cña t¸c gi¶:
Ths NguyÔn Quang Ninh
Gi¶ng viªn Bé m«n Kü thuËt m¸y tÝnh
Khoa C«ng nghÖ Th«ng tin
Tr­êng §¹i häc Vinh
 Kh«ng ®­îc tù ý sao chÐp!
 Mäi ý kiÕn ®ãng gãp xin vui lßng göi vÒ:
• §Þa chØ Khoa CNTT, Tr­êng §¹i häc Vinh
• E­mail: ninhdhvinh@yahoo.com
2

3. Môc ®Ých, yªu cÇu
 Nghiªn cøu c¸c nguyªn lý c¬ b¶n cña m¸y tÝnh theo
hai khÝa c¹nh sau:
• KiÕn tróc m¸y tÝnh: c¸c thuéc tÝnh cña m¸y tÝnh theo
c¸ch nh×n cña nhµ lËp tr×nh
• Tæ chøc m¸y tÝnh: nghiªn cøu c¸c thµnh phÇn cña m¸y
tÝnh, liªn kÕt gi÷a c¸c thµnh phÇn vµ ho¹t ®éng cña
m¸y tÝnh
 T×m hiÓu kiÕn tróc Intel vµ vµ tæ chøc cña c¸c
m¸y tÝnh dù trªn kiÕn tróc Intel.
 M«n häc yªu cÇu sinh viªn ®· cã kiÕn thøc vÒ §iÖn
tö sè vµ LËp tr×nh c¬ b¶n.
 Sè ®¬n vÞ häc tr×nh: 4 (60 tiÕt)
3

4. Tµi liÖu tham kh¶o
 William Stallings, Co m p ute r O rg a niz a tio n a nd A hite c ture ,
rc
2003 (6th edition).
 John P. Hayes, Co m p ute r A hite c ture a nd O rg a niz a tio n,
rc
1998 (3rd edition).
 Mehdi R. Zargham, Co m p ute r A hite c ture - Sing le a nd
rc
Pa ra lle l Sy s te m s , 1996.
 John L. Hennessy and David A. Patterson, Co m p ute r
A hite c ture - AQua ntita tive Ap p ro a c h, 1996 (2nd edittion).
rc
 M. Morris Mano, Co m p ute r Sy s te m A hite c ture , 2002 (3rd
rc
edition).
 TS NguyÔn Kim Kh¸nh, Slid e bµ i g i¶ KTM Khoa
ng
T,
CNTT, Tr­êng §HBK Hµ Néi.
 Ths NguyÔn Quang Ninh, KiÕ n tró c m ¸ y tÝnh, Tr­êng §¹i
häc Vinh, 2000.
4

5. Néi dung bµi gi¶ng
 Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu chung
 Ch­¬ng 2: BiÓu diÔn DL & sè häc m¸y tÝnh
 Ch­¬ng 3: Bé xö lý
 Ch­¬ng 4: KiÕn tróc tËp lÖnh
 Ch­¬ng 5: HÖ thèng nhí
 Ch­¬ng 6: HÖ thèng vµo/ra
5

6. KiÕn tróc m¸y tÝnh
Ch­¬ng 1
Giíi thiÖu chung
6

7. Néi dung ch­¬ng 1
 M¸y tÝnh vµ ph©n lo¹i m¸y tÝnh
 KiÕn tróc vµ tæ chøc m¸y tÝnh
 Chøc n¨ng vµ cÊu tróc cña m¸y tÝnh
 Ho¹t ®éng cña m¸y tÝnh
 LÞch sö ph¸t triÓn m¸y tÝnh.
7

8. M¸y tÝnh
 M¸y tÝnh (Computer) lµ thiÕt bÞ ®iÖn tö thùc hiÖn
c¸c c«ng viÖc sau:
• NhËn th«ng tin vµo
• X ö lý th«ng tin theo ch­¬ng tr×nh ®­îc nhí s½n bªn
trong bé nhí
• §­a th«ng tin ra
 Ch­¬ng tr×nh (Program): lµ d·y c¸c lÖnh n»m trong
bé nhí ®Ó yªu cÇu m¸y tÝnh thùc hiÖn mét c«ng
viÖc cô thÓ
 M¸y tÝnh kh«ng tù thùc hiÖn ®­îc nÕu kh«ng cã
ch­¬ng tr×nh
8

9. M« h×nh c¬ b¶n cña m¸y tÝnh
HÖ thèng
vµo
Bé xö lý
HÖ thèng ra
HÖ thèng nhí
9

10. M« h×nh ph©n líp cña m¸y tÝnh
Ng­ êi
dï ng
Nhµ
lËp tr×
nh
C¸ c CT
øng dông
Nhµ thiÕ
t
kÕ H§ H
C¸ c CT tiÖn Ý
ch
HÖ ®iÒu hµnh
PhÇn cøng m¸ y tÝ
nh
 PhÇn cøng (Hardware): gåm toµn bé hÖ thèng vËt lý cña
m¸y tÝnh
 PhÇn mÒm (Software): gåm c¸c ch­¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu 10

11. Ph©n lo¹i m¸y tÝnh
 Ph©n lo¹i m¸y tÝnh theo truyÒn thèng:
•
•
•
•
•
Bé vi ®iÒu khiÓn (Microcontroller)
M¸y vi tÝnh (Microcomputer)
M¸y tÝnh nhá (Minicomputer)
M¸y tÝnh lín (Mainframe computer)
Siªu m¸y tÝnh (Supercomputer)
11

12. Ph©n lo¹i m¸y tÝnh
 Ph©n lo¹i m¸y tÝnh theo hiÖn ®¹i:
• M¸y tÝnh ®Ó bµn (Desktop computer)
• M¸y chñ (Server)
• M¸y tÝnh nhóng (Embedded computer)
Desktop
Server
Embedded
12

13. M¸y tÝnh ®Ó bµn
 §­îc sö dông cho nhiÒu môc ®Ých:
• Xö lý v¨n b¶n, l­ít Web, Multimedia,...
• TÝnh to¸n, lËp tr×nh, ...
 Bao gåm:
•
•
•
•
Bé vi xö lý
Bé nhí
§Üa cøng, CD­ROM/DVD, ...
Chuét , bµn phÝm, mµn h×nh, card m¹ng, ...
 §Æc ®iÓm:
• HiÖu n¨ng kh«ng cao l¾m, cßn gäi lµ PC
• Dung l­îng võa ph¶i
• Gi¸ thµnh: kho¶ng tõ 500 USD ®Õn 10.000 USD
13

14. M¸y chñ
 §­îc sö dông trong c¸c dÞch vô cao cÊp:
• L­u tr÷ file
• TÝnh to¸n lín
• Xö lý t­¬ng t¸c, Web, ...
 Bao gåm:
• NhiÒu bé xö lý
• NhiÒu ®Üa cøng
• Giao tiÕp m¹ng, ...
 §Æc ®iÓm:
• HiÖu n¨ng cao
• §é tin cËy lín
• Gi¸ thµnh: kho¶ng tõ hµng chôc ngh×n ®Õn hµng chôc
triÖu USD
14

15. M¸y tÝnh nhóng
 Lµ mét phÇn cña hÖ thèng lín:
• Chøa trong c¸c thiÕt bÞ gia dông
• Trong thiÕt bÞ m¹ng, truyÒn th«ng, ...
• C¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tù ®éng, kh«ng l­u, ...
 Bao gåm:
• C¸c bé vi §K; vi xö lý
• Bé nhí: RAM, ROM; ®Üa
• Vµo/ra chuyªn dông (kÓ c¶ tÝn hiÖu analog)
 §Æc ®iÓm:
• Cã ®é tin cËy vµ an toµn cao
• HiÖu n¨ng cao (thêi gian thùc)
• Gi¸ thµnh: vµi chôc ®Õn hµng tr¨m ngh×n USD
15

16. KiÕn tróc vµ tæ chøc m¸y tÝnh
 KiÕn tróc m¸y tÝnh (computer architecture): nghiªn
cøu c¸c ® ®
Æc iÓm MT theo c¸ch nh×n cña c¸c
nhµ lËp tr×nh:
• C¸c thanh ghi vµ m« h×nh bé nhí
• C¸c kiÓu d÷ liÖu
• C¸c lÖnh
 Tæ chøc m¸y tÝnh (computer organization): nghiªn
cøu c¸ch cµi ® hÖ thèng:
Æt
• ThiÕt kÕ BXL: ®­êng dÉn DL, ®iÒu khiÓn, vi kiÕn tróc,
...
16

17. KiÕn tróc vµ tæ chøc m¸y tÝnh
 VÝ dô: C¸c m¸y tÝnh dïng bé xö lý hä Intel
cïng chung mét kiÕn tróc
• M· lÖnh ®Ó lËp tr×nh lµ t­¬ng thÝch
 Tæ chøc lµ kh¸c nhau gi÷a c¸c version kh¸c
nhau
 KiÕn tróc m¸y tÝnh thay ®æi chËm, cßn tæ
chøc thay ®æi rÊt nhanh
17

18. Chøc n¨ng vµ cÊu tróc cña m¸y tÝnh
 Chøc n¨ng m¸y tÝnh: ho¹t ®éng cña m¸y tÝnh
vµ cña c¸c thµnh phÇn
 CÊu tróc m¸y tÝnh: bao gåm c¸c thµnh phÇn
cña m¸y tÝnh vµ liªn kÕt gi÷a c¸c thµnh phÇn
 Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu: tiÕp cËn hÖ thèng
theo kiÓu top­down
18

19. Chøc n¨ng c¬ b¶n cña m¸y tÝnh
 Xö lý d÷ liÖu
 L­u tr÷ d÷ liÖu
 Trao ®æi d÷ liÖu
 §iÒu khiÓn
19

20. CÊu tróc tæng qu¸t cña m¸y tÝnh
M¸y tÝnh
C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi
Bé xö lý
M¸y tÝnh
C¸c ®­êng truyÒn th«ng
Bé nhí
Bus liªn kÕt
hÖ thèng
HÖ
thèng
vµo/ra
20

21. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña m¸y tÝnh
 Bé xö lý (processor): ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng
cña m¸y tÝnh, xö lý d÷ liÖu.
 HÖ thèng nhí (memory system): chøa c¸c ch­
¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu ®ang xö lý.
 HÖ thèng vµo ra (input/output system): trao
®æi th«ng tin gi÷a m¸y tÝnh víi bªn ngoµi.
 Bus liªn kÕt hÖ thèng (system
interconnection bus): kÕt nèi vµ vËn chuyÓn
th«ng tin gi÷a ba thµnh phÇn trªn.
21

22. Bé xö lý
 Chøc n¨ng:
• §iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña m¸y tÝnh
• Xö lý d÷ liÖu
 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng c¬ b¶n: BXL ho¹t ®éng theo
ch­¬ng tr×nh n»m s½n trong bé nhí, gåm 2 b­íc c¬
b¶n:
• NhËn lÖnh tõ bé nhí
• Gi¶i m· vµ thùc hiÖn lÖnh
 Bé vi xö lý (microprocessor): lµ bé xö lý ®­îc chÕ
t¹o trªn mét chip.
22

23. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña BXL
Bé xö lý
Khèi
®iÒu khiÓn
ALU
Bus bªn
trong
C¸c
thanh ghi
23

24. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña BXL
 Khèi ®iÒu khiÓn: (Control Unit): ®iÒu khiÓn
ho¹t ®éng cña BXL ⇒ ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng
cña m¸y tÝnh
 Khèi sè häc vµ logic (Arithmetic ­ Logic Unit):
thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n sè häc vµ c¸c phÐp
to¸n logic
 TËp thanh ghi (Registers Sets): l­u gi÷ c¸c
th«ng tin t¹m thêi trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng
cña m¸y tÝnh
24

25. Tèc ®é cña BXL
 Sè lÖnh thùc hiÖn ®­îc trong 1 gi©y:
MIPS (Millions of Instructions Per Second)
 Trªn thùc tÕ th­êng ®­îc ®¸nh gi¸ gi¸n tiÕp
th«ng qua tÇn sè xung ®ång hå (nhÞp, clock)
cung cÊp cho BXL lµm viÖc.
25

26. HÖ thèng nhí
 Chøc n¨ng: l­u tr÷ ch­¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu
 C¸c thao t¸c c¬ b¶n víi bé nhí:
• Thao t¸c ®äc (Read)
• Thao t¸c ghi (Write)
 C¸c thµnh phÇn chÝnh:
• Bé nhí trong (Internal Memory)
• Bé nhí ngoµi (External Memory)
26

27. Bé nhí trong
 Chøc n¨ng vµ ®Æc ®iÓm:
•
•
•
•
Chøa c¸c th«ng tin mµ m¸y tÝnh ®ang xö lý
Tèc ®é nhanh
Dung l­îng kh«ng lín
Sö dông bé nhí b¸n dÉn: ROM, RAM
 C¸c kiÓu bé nhí trong:
• Bé nhí chÝnh
• Bé nhí cache
27

28. Bé nhí trong
 Bé nhí chÝnh:
• Chøa c¸c ch­¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu ®ang ®­îc
BXL trao ®æi
• Tæ chøc thµnh c¸c ng¨n nhí ®­îc ®¸nh ®Þa chØ
• Ng¨n nhí th­êng ®­îc tæ chøc theo byte
• §Þa chØ vËt lý cña ng¨n nhí lµ cè ®Þnh, néi
dung cã thÓ thay ®æi.
28

29. Bé nhí trong
 Bé nhí cache:
• Bé nhí cã tèc ®é nhanh, ®­îc ®Æt gi÷a BXL vµ
Bé nhí chÝnh
• Cã dung l­îng nhá h¬n Bé nhí chÝnh
• Tèc ®é nhanh h¬n
• HiÖn nay cache th­êng ®­îc chia thµnh hai møc
vµ ®­îc tÝch hîp trªn BXL
29

30. Bé nhí ngoµi
 Chøc n¨ng vµ ®Æc ®iÓm:
• L­u gi÷ c¸c ch­¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu d­íi d¹ng th­ viÖn
• Bé nhí ngoµi ®­îc kÕt nèi víi hÖ thèng d­íi d¹ng thiÕt bÞ
vµo/ra
• Dung l­îng lín
• Tèc ®é chËm
 C¸c lo¹i bé nhí ngoµi:
• Bé nhí tõ: ®Üa cøng, ®Üa mÒm
• Bé nhí quang: CD, DVD, ...
• Bé nhí b¸n dÉn: Flash disk
30

31. HÖ thèng vµo/
ra
 Chøc n¨ng: trao ®æi th«ng tin gi÷a m¸y tÝnh
víi thÕ giíi bªn ngoµi
 C¸c thao t¸c c¬ b¶n:
• Vµo d÷ liÖu (Input)
• Ra d÷ liÖu (Output)
 C¸c thµnh phÇn chÝnh:
• C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi (Peripherals)
• C¸c modul vµo/ra (IO Modules)
31

32. CÊu tróc c¬ b¶n cña hÖ thèng vµo/
ra
Cæng
IO
Nèi ghÐp víi
bus hÖ
thèng
Cæng
IO
Modul
IO
TBNV
TBNV
.
.
.
.
.
.
Cæng
IO
TBNV
32

33. C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi
 Chøc n¨ng: chuyÓn ®æi d÷ liÖu gi÷a bªn
trong vµ bªn ngoµi m¸y tÝnh
 C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi c¬ b¶n:
•
•
•
•
ThiÕt bÞ vµo: bµn phÝm, chuét, m¸y quÐt, ...
ThiÕt bÞ ra: mµn h×nh, m¸y in, ...
ThiÕt bÞ vµo vµ ra: c¸c æ ®Üa, ...
ThiÕt bÞ truyÒn th«ng: MODEM, ...
33

34. Modul vµo/
ra
 Chøc n¨ng: nèi ghÐp c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi víi
m¸y tÝnh
 Cæng vµo/ra: trong mçi modul vµo/ra cã mét
sè cæng vµo/ra. Mçi cæng vµo/ra còng ®­îc
®¸nh mét ®Þa chØ x¸c ®Þnh
 ThiÕt bÞ ngo¹i vi ®­îc kÕt nèi vµ trao ®æi d÷
liÖu víi m¸y tÝnh th«ng qua cæng vµo/ra
34

35. Bus liªn kÕt hÖ thèng
 Kh¸i niÖm bus:
• Bus: tËp hîp c¸c ®­êng kÕt nèi dïng ®Ó vËn
chuyÓn th«ng tin gi÷a c¸c thµnh phÇn cña m¸y
tÝnh
• §é réng bus: lµ sè ®­êng d©y cña bus cã thÓ
truyÒn c¸c bit th«ng tin ®ång thêi. Kh¸i niÖm nµy
chØ dïng cho bus ®Þa chØ vµ bus d÷ liÖu
35

36. Ph©n lo¹i bus
 Ph©n lo¹i cÊu tróc bus
• CÊu tróc ®¬n bus
• CÊu tróc ®a bus
 Ph©n lo¹i bus chøc n¨ng:
• Bus ®Þa chØ
• Bus d÷ liÖu
• Bus ®iÒu khiÓn
36

37. S¬ ®å kÕt nèi bus
37

38. Bus ®Þa chØ (address bus)
 Chøc n¨ng: vËn chuyÓn ®Þa chØ cña ng¨n nhí hay
cæng vµo/ra tõ nguån ®Õn ®Ých
 §é réng bus ®Þa chØ: x¸c ®Þnh dung l­îng bé nhí
cùc ®¹i cña hÖ thèng
NÕu ®é réng bus ®Þa chØ lµ N bit:
A0 , A1 , ... , AN­1
⇒ kh«ng gian ®Þa chØ lµ: 2N byte
 VÝ dô:
Bé xö lý Intel Pentium cã bus ®Þa chØ lµ 32 bit
⇒ kh«ng gian ®Þa chØ lµ: 232 byte = 4 GB
38

39. Bus d÷ liÖu (data bus)
 Chøc n¨ng:
• VËn chuyÓn lÖnh tõ bé nhí ®Õn BXL
• VËn chuyÓn d÷ liÖu gi÷a BXL, hÖ thèng nhí,
hÖ thèng vµo/ra víi nhau
 §é réng bus d÷ liÖu: x¸c ®Þnh sè bit d÷ liÖu
cã thÓ trao ®æi cïng mét lóc.
• §é réng M bit: D0 , D1 , ... ,DM­1
• M th­êng lµ 8, 16, 32, 64 bit
39

40. Bus ®iÒu khiÓn (control bus)
 Chøc n¨ng: vËn chuyÓn c¸c tÝn hiÖu ®iÒu
khiÓn
 C¸c lo¹i tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn:
• C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ph¸t ra tõ BXL ®Ó
®iÒu khiÓn hÖ thèng nhí, hÖ thèng vµo/ra ho¹t
®éng
• C¸c tÝn hiÖu yªu cÇu, tr¹ng th¸i tõ hÖ thèng nhí,
hÖ thèng vµo/ra ®Õn BXL
40

41. Mét sè tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®iÓn h×nh
 C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®äc/ghi:
• Memory Read (MEMR): ®iÒu khiÓn ®äc
lÖnh/d÷ liÖu tõ mét ng¨n nhí cã ®Þa chØ x¸c
®Þnh
• Memory Write (MEMW): ®iÒu khiÓn ghi d÷ liÖu
tíi mét ng¨n nhí cã ®Þa chØ x¸c ®Þnh
• I/O Read (IOR): ®iÒu khiÓn ®äc d÷ liÖu tõ mét
cæng vµo/ra cã ®Þa chØ x¸c ®Þnh
• I/O Write (IOW): ®iÒu khiÓn ghi d÷ liÖu ®Õn
mét cæng vµo/ra cã ®Þa chØ x¸c ®Þnh
41

42. Mét sè tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®iÓn h×nh
 C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ng¾t:
• Interrupt Request (INTR): tÝn hiÖu tõ m¹ch ®iÒu
khiÓn vµo ra göi ®Õn BXL yªu cÇu ng¾t (ng¾t
ch¾n ®­îc)
• Interrupt Acknowledge (INTA): tÝn hiÖu tõ BXL
göi ra ngoµi b¸o chÊp nhËn ng¾t
• Non Maskable Interrupt (NMI): tÝn hiÖu ng¾t
göi ®Õn BXL (ng¾t kh«ng ch¾n ®­îc)
• Reset: tÝn hiÖu tõ bªn ngoµi khëi ®éng l¹i m¸y
tÝnh
42

43. Mét sè tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®iÓn h×nh
 C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn bus:
• Bus Request (BRQ)/Hold: tÝn hiÖu tõ m¹ch
®iÒu khiÓn vµo/ra göi ®Õn yªu cÇu BXL nh­êng
quyÒn ®iÒu khiÓn bus
• Bus Grant (BGT)/Hold Acknowledge (HLDA) :
tÝn hiÖu ph¸t ra tõ BXL chÊp nhËn nh­êng
quyÒn ®iÒu khiÓn bus
43

44. §Æc ®iÓm cña cÊu tróc ®¬n bus
 Bus chØ phôc vô ®­îc mét yªu cÇu trao ®æi
d÷ liÖu t¹i mét thêi ®iÓm
 Bus ph¶i cã tèc ®é b»ng tèc ®é cña modul
nhanh nhÊt trong hÖ thèng
 Bus phô thuéc vµo cÊu tróc bus cña BXL ⇒
c¸c modul nhí vµ modul vµo/ra còng phô
thuéc vµo BXL
44

45. §Æc ®iÓm cña cÊu tróc ®a bus
 Cã sù ph©n cÊp cho c¸c thµnh phÇn:
• Bus cña BXL
• Bus cña bé nhí
• Bus vµo/ra
 Ph©n cÊp bus kh¸c nhau vÒ tèc ®é
 C¸c bus cho modul nhí vµ modul vµo/ra
kh«ng phô thuéc vµo BXL cô thÓ
45

46. Ph©n cÊp bus trong m¸y tÝnh PC
 Bus cña BXL: cã tèc ®é nhanh nhÊt
 Bus cña BNC: nèi ghÐp víi c¸c modul RAM
 Bus AGP (Accelerated Graphic Port): bus ®å
häa t¨ng tèc ­ nèi ghÐp card mµn h×nh t¨ng tèc
 Bus PCI (Peripheral Component Interconnect):
nèi ghÐp víi c¸c TBNV cã tèc ®é trao ®æi d÷
liÖu nhanh
 USB (Universal Serial Bus): bus nèi tiÕp ®a
n¨ng
46

47. VÝ dô: bus truyÒn thèng
47

48. VÝ dô: bus hiÖu n¨ng cao
48

49. Ho¹t ®éng cña m¸y tÝnh
 Thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh
 Ng¾t
 Ho¹t ®éng vµo/ra
49

50. 1. Thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh
 Ch­¬ng tr×nh lµ d·y c¸c lÖnh ®­îc l­u tr÷ trong bé
nhí
 Ho¹t ®éng c¬ b¶n cña m¸y tÝnh lµ thùc hiÖn ch­
¬ng tr×nh, nghÜa lµ lÆp ®i lÆp l¹i chu tr×nh lÖnh:
• NhËn lÖnh
• Thùc hiÖn lÖnh
 ViÖc thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh chØ bÞ dõng nÕu:
• Ng¾t nguån
• BÞ lçi, sù cè
• GÆp lÖnh dõng ch­¬ng tr×nh
50

51. Chu tr×nh lÖnh
 Gåm hai b­íc:
• NhËn lÖnh
• Thùc hiÖn lÖnh
51

52. NhËn lÖnh
 Bé ®Õm ch­¬ng tr×nh (PC) chøa ®Þa chØ
cña lÖnh tiÕp theo sÏ ®­îc thùc hiÖn
 BXL nhËn lÖnh tõ bé nhí do PC trá tíi
 Sau khi nhËn lÖnh, PC tù ®éng t¨ng ®Ó trá
vµo lÖnh tiÕp theo
 LÖnh ®­îc n¹p vµo thanh ghi lÖnh (IR)
 BXL gi¶i m· lÖnh vµ thùc hiÖn yªu cÇu cña
lÖnh
52

53. Thùc hiÖn lÖnh
 BXL gi¶i m· lÖnh ®· ®­îc nhËn vµ thùc hiÖn
thao t¸c mµ lÖnh yªu cÇu
 C¸c kiÓu thao t¸c cña lÖnh:
•
•
•
•
Trao ®æi d÷ liÖu gi÷a BXL vµ bé nhí chÝnh
Trao ®æi d÷ liÖu gi÷a BXL vµ Modul vµo/ra
Xö lý d÷ liÖu
§iÒu khiÓn rÏ nh¸nh
53

54. 2. Ng¾ t
 Kh¸i niÖm ng¾t: ng¾t lµ c¬ chÕ cho phÐp
BXL t¹m thêi dõng thùc hiÖn c«ng viÖc hiÖn
t¹i ®Ó chuyÓn sang thùc hiÖn CT kh¸c, gäi lµ
c h­¬ ng tr× nh c o n p hô c vô ng ¾ t (ISR ­
Interrupt Service Routine)
 C¸c lo¹i ng¾t:
• Ng¾t cøng
• Ng¾t mÒm
• Ng¾t ngo¹i lÖ
54

55. Chu tr×nh ng¾ t
 §­îc thªm vµo chu tr×nh lÖnh
 BXL kiÓm tra tÝn hiÖu ng¾t sau khi hoµn
thµnh mçi lÖnh
• NÕu kh«ng cã ng¾t, BXL nhËn lÖnh kÕ tiÕp
• NÕu cã ng¾t (kh«ng bÞ cÊm), BXL thùc hiÖn:
 T¹m dõng thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh hiÖn t¹i
 CÊt tr¹ng th¸i xö lý hiÖn t¹i
 Xö lý ng¾t

Kh«i phôc tr¹ng th¸i vµ tiÕp tôc thùc hiÖn ch­¬ng
tr×nh ®ang bÞ ng¾t.
55

56. Chu tr×nh lÖnh cã ng¾ t
56

57. ChuyÓn ®iÒu khiÓn qua ng¾ t
Ch­¬ng tr×nh
®ang thùc
hiÖn
Ng¾t
Ch­¬ng tr×nh con
phôc vô ng¾t
LÖnh n
LÖnh n+1
57

58. 3. Ho¹t ®éng vµo/
ra
 Lµ ho¹t ®éng trao ®æi d÷ liÖu gi÷a m¸y tÝnh
víi thiÕt bÞ ngo¹i vi
 C¸c kiÓu ho¹t ®éng vµo/ra:
• BXL trao ®æi d÷ liÖu víi Modul vµo/ra
• BXL cã thÓ nh­îng quyÒn ®äc/ghi bé nhí cho
Modul vµo/ra, khi ®ã Modul vµo/ra cã thÓ trao
®æi d÷ liÖu trùc tiÕp víi bé nhí
58

59. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh
 ThÕ hÖ thø nhÊt: dïng ®Ìn ®iÖn tö ch©n kh«ng
(1946 ­ 1957)
 ThÕ hÖ thø hai: dïng transistor (1958 ­ 1964)
 ThÕ hÖ thø ba: dïng vi m¹ch cì nhá (SSI) vµ võa
(MSI) (1965 ­ 1971)
• Cì nhá: d­íi 100 thiÕt bÞ / chip
• Cì võa: 100 ­ 3000 thiÕt bÞ / chip
 ThÕ hÖ thø t­: dïng vi m¹ch cì lín (LSI) vµ cùc lín
(VLSI) (1971 ­ nay)
• Cì lín: 3000 ­ 100.000 thiÕt bÞ / chip
• Cì cùc lín: 100.000 ­ 100.000.000 thiÕt bÞ / chip
59

60. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh
ENIAC - 1940s
(Vacuum Tubes)
IBM 360 - 1960s
(Transistors)
60

61. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh
DEC VAX 11/780 - 1970s
(Discrete IC’s)
Apple II Computer
61

62. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh
Original IBM PC
62

63. 1. M¸y tÝnh dïng ®Ìn ®iÖn tö
 ENIAC: Electronic Nummerical Integrator And
Computer
 John Presper Eckert vµ John Mauchly thiÕt
kÕ
 Tr­êng §¹i häc Pennsylvania (Mü)
 Dù ¸n cña Bé Quèc phßng Mü
 B¾t ®Çu tõ n¨m 1943, hoµn thµnh n¨m 1946
63

64. ENIAC
 Dïng sè thËp ph©n (kh«ng ph¶i nhÞ ph©n)
 20 thanh chøa, mçi thanh 10 ch÷ sè
 LËp tr×nh b»ng tay nhê c¸c chuyÓn m¹ch
 Gåm 18.000 ®Ìn ®iÖn tö ch©n kh«ng
 NÆng 30 tÊn
 ChiÕm 15.000 feet vu«ng
 C«ng suÊt tiªu thô: 140kW/h
 Kh¶ n¨ng: 5000 phÐp céng/gi©y
64

65. M¸y tÝnh von Newmann
 Kh¸i niÖm CT ®­îc l­u tr÷ (stored­program
concept) do von Newmann ®­a ra
 BNC chøa ch­¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu
 ALU ho¹t ®éng trªn d÷ liÖu nhÞ ph©n
 K§K gi¶i m· c¸c lÖnh tõ bé nhí vµ thùc hiÖn
chóng tuÇn tù
 ThiÕt bÞ vµo/ra ho¹t ®éng do K§K ®iÒu
khiÓn
 X©y dùng tõ 1947 ®Õn 1952
65

66. CÊu tróc cña m¸y tÝnh von Newmann
66

67. 2. M¸y tÝnh dïng transistor
 M¸y tÝnh PDP­1 cña DEC (Digital Equipment
Corporation) m¸y tÝnh mini ®Çu tiªn
 IBM 7000
 Hµng tr¨m ngh×n phÐp céng trong/gi©y
 XuÊt hiÖn c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc cao
67

68. 3. M¸y tÝnh dïng vi m¹ch
 Vi m¹ch (Integrated Circuit): nhiÒu transistor
vµ linh kiÖn ®iÖn tö ®­îc tÝch hîp trªn 1 chip
 Siªu m¸y tÝnh xuÊt hiÖn nh­: CRAY­1
 Bé vi xö lý (microprocessor), CPU ®­îc chÕ
t¹o trªn mét chip ra ®êi (1971)
68

69. LuËt Moore
 Gorden Moore, ng­êi ®ång s¸ng lËp Intel, hiÖn nay lµ chñ tÞch danh
dù cña Intel.
 N¨m 1965, Moore tiªn ®o¸n:
• Sè l­îng transistor t¨ng gÊp ®«i sau mçi 12 th¸ng
(Nh­ng tõ 1970, chËm h¬n: sau mçi 18 th¸ng)
• Gi¸ thµnh cña chip hÇu nh­ kh«ng thay ®æi
• MËt ®é cao h¬n ⇒ ®­êng dÉn ®iÖn ng¾n h¬n,
®­a ®Õn hiÖu n¨ng cao h¬n
• KÝch th­íc nhá ⇒ ®é phøc t¹p t¨ng lªn
• C«ng suÊt tiªu thô nhá h¬n vµ ph¶i lµm m¸t
• Ýt chip liªn kÕt víi nhau, do ®ã t¨ng ®é tin cËy
 LÞch sö ®· chøng tá r»ng Moore ®óng
 Nh­ng ®iÒu nµy kh«ng thÓ ®óng m·i, v×:
• Giíi h¹n vÒ vËt lý
• Giíi h¹n vÒ tµi chÝnh
69

70. T¨ng tr­ëng cña trasistor trong CPU
70

71. 4. M¸y tÝnh dïng vi m¹ch VLSI
 CPU ®­îc chÕ t¹o trªn mét chip
 C¸c vi m¹ch ®iÒu khiÓn tæng hîp (chipset):
thùc hiÖn ®­îc nhiÒu chøc n¨ng ®iÒu khiÓn
vµ nèi ghÐp
 Bé nhí b¸n dÉn: ROM, RAM
 C¸c bé vi ®iÒu khiÓn (microcontroller): m¸y
tÝnh chuyªn dông ®­îc chÕ t¹o trªn mét chip
→ dïng cho m¸y tÝnh nhóng.
71

72. KiÕn tróc m¸y tÝnh
HÕt ch­¬ng 1
72