Kiến trúc máy tính Chương I – Giới thiệu chung

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH TH. LÊ VĂN HÙNG CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG I. Khái niệm về kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính (Computer architecture) là một khái niệm trừu tượng của một hệ thống tính toán dưới quan điểm của người lập trình hoặc người viết chương trình dịch. Nói cách khác, kiến trúc máy tính được xem xét theo khía cạnh mà người lập trình có thể can thiệp vào mọi mức đặc quyền, bao gồm các thanh ghi, ô nhớ các ngắt ... có thể được thâm nhập thông qua các lệnh. II. Lịch sử phát triển của máy tính Lịch sử phát triển của máy tính Lịch sử phát triển của máy tính gắn liền với lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý. Cho đến nay được chia thành 4 thế hệ. Thế hệ thứ nhất (1st Generation): 1945-1955 Sử dụng công nghệ đèn ống chân không (Vaccumn Tube) còn được gọi là máy tính sử dụng công nghệ bóng đèn điện tử. Đặc điểm là tiêu thụ nhiều điện năng, toả nhiều nhiệt và hệ thống ít tin cậy. Máy ENIAC có khối lượng 30 tấn, tiêu thụ công suất 140KW. Chủ yếu dùng ngôn ngữ máy để lập trình. Lịch sử phát triển của máy tính 2. Thế hệ thứ hai (2nd Generation): 1956 – 1965 Về kỹ thuật: Công ty Bell đã phát minh ra Transistor vào năm 1947. Nên thế hệ thứ 2 đặc trưng bởi sử dụng công nghệ bán dẫn (Transistor). Một hệ thống máy tính được tạo với các transistor trở nên nhỏ hơn, nhanh hơn và hữu hiệu hơn nhiều so với một hệ thống máy tính được tạo với các đèn ống chân không. Máy tính đầu tiên có tên là TX-0 (transistorized experimental computer 0) Về phần mềm: đã bắt đầu sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao: Fortran, Algol, Cobol, … Về ứng dụng: tham gia giải các bài toán kinh tế xã hội Lịch sử phát triển của máy tính 3. Thế hệ thứ ba (3rd Generation): 1965 – 1980 Về kỹ thuật: sử dụng mạch tích hợp IC ( integrated circuit – IC), một mạch bán dẫn được thiết lập bằng cách cấy các Transistor lên một chất nền (Silic) và nối kết các transistor không dây, điển hình là thế hệ máy System/360 của IBM. IC đầu tiên chỉ có 6 transistor (ngày nay với bộ vi xử lý Intel Pro có đến 5,5 triệu transistor). Thời kỳ này đánh dấu sự ra đời của bộ vi xử lý 4004, tiền thân của các bộ vi xử lý x86 sau này. Đĩa từ được sử dụng rộng rãi, tốc độ tính toán đạt vài triệu phép toán trên giây, dung lượng bộ nhớ đạt vài MB. Năm 1975 công ty MITS (Mỹ) giới thiệu chiếc máy tính cá nhân Altair đầu tiên trên thế giới Về phần mềm: Xuất hiện nhiều hệ điều hành khác nhau. Về ứng dụng: tham gia nhiều lĩnh vực của xã hội. Lịch sử phát triển của máy tính Năm 1977 công ty Apple đưa ra thị trường máy tính AppleII có màn hình và bàn phím Lịch sử phát triển của máy tính 4. Thế hệ thứ tư (4th Generation): 1980 đến nay. Máy tính sử dụng công nghệ tích hợp IC mật độ cực cao (VLSI: Very Large Scale Intergrated). Vi xử lý 8088 ra đời đánh dấu thời kỳ phát triển máy tính cá nhân PC (Personal Computer). Máy tính PC của hãng IBM sản xuất năm 1981 thuê công ty Microsoft viết hệ điều hành MS – DOS. Chiếc máy này có tốc độ 5MHz Micros: là chiều rộng của dây dẫn trên chip MIPS: viết tắt của cụm "millions of instructions per second", là thước đo tương đối cho hiệu năng của CPU. Lịch sử phát triển của máy tính4. Thế hệ thứ tư (4th Generation) Đây là thế hệ máy tính số ngày nay, nhờ công nghệ bán dẫn phát triển vượt bậc, mà người ta có thể chế tạo các mạch tổ hợp ở mức độ cực lớn. Nhờ đó máy tính ngày càng nhỏ hơn, nhẹ hơn, mạnh hơn và giá thành rẻ hơn. Máy tính cá nhân bắt đầu xuất hiện và phát triển trong thời kỳ này. Dựa vào kích thước vật lý, hiệu suất và lĩnh vực sử dụng, hiện nay người ta thường chia máy tính số thế hệ thứ tư thành 5 loại chính Lịch sử phát triển của máy tính4. Thế hệ thứ tư (4th Generation) Microcomputer: Còn gọi là PC (personal computer), là những máy tính nhỏ, có 1 chip vi xử lý và một số thiết bị ngoại vi. Thường dùng cho một người, có thể dùng độc lập hoặc dùng trong mạng máy tính. Minicomputer: Là những máy tính cỡ trung bình, kích thước thường lớn hơn PC. Nó có thể thực hiện được các ứng dụng mà máy tính cỡ lớn thực hiện. Nó có khả năng hỗ trợ hàng chục đến hàng trăm người làm việc. Minicomputer được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thời gian thực, ví dụ trong điều khiển hàng không, trong tự động hoá sản xuất. Lịch sử phát triển của máy tính4. Thế hệ thứ tư (4th Generation) Supermini: Là những máy Minicomputer có tốc độ xử lý nhanh nhất trong họ Mini ở những thời điểm nhất định. Supermini thường được dùng trong các hệ thống phân chia thời gian, ví dụ các máy quản trị của mạng. Mainframe: Là những máy tính cỡ lớn, có khả năng hỗ trợ cho hàng trăm đến hàng ngàn người sử dụng. Thường được sử dụng trong chế độ các công việc sắp xếp theo lô lớn (Large-Batch-Job) hoặc xử lý các giao dịch (Transaction Processing), ví dụ trong ngân hàng. Supercomputer: Đây là những siêu máy tính, được thiết kế đặc biệt để đạt tốc độ thực hiện các phép tính dấu phẩy động cao nhất có thể được. Chúng thường có kiến trúc song song, chỉ hoạt động hiệu quả cao trong một số lĩnh vực. Các hệ thống PC đang được thịnh hành: Lịch sử phát triển của máy tính5. Thế hệ thứ 5 (5th Generation) Việc chuyển từ thế hệ thứ 4 sang thứ 5 còn chưa rõ ràng. Người Nhật đã và đang đi tiên phong trong các chương trình nghiên cứu để cho ra đời thế hệ thứ 5 của máy tính, thế hệ của những máy tính thông minh, dựa trên các ngôn ngữ trí tuệ nhân tạo, giao diện người – máy, … Năm 2004 cho ra đời ASIMO (advanced step innovative Mobility: bước chân tiên tiến của đổi mới và chuyển động).