Giáo trình kiến trúc máy tính ngành Tin học ứng dụng - Trường Cao đẳng GTVT Trung ương I

Giáo trình Kiến trúc máy tính cho sinh viên cao đẳng biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, phù hợp sinh viên ngành tại Việt Nam

• Tác giả: Nhóm Tác Giả
• Trường học: Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải Trung Ương I
• Chuyên ngành: Kiến Trúc Máy Tính
• Đề tài: Giáo Trình Môn Kiến Trúc Máy Tính, Trình Độ Cao Đẳng
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2019

Tóm tắt

I. Tổng quan giáo trình kiến trúc máy tính CĐ GTVT TW I

Giáo trình kiến trúc máy tính dành cho nghề tin học ứng dụng trình độ cao đẳng tại Trường Cao đẳng GTVT Trung ương I được biên soạn nhằm trang bị kiến thức nền tảng vững chắc cho sinh viên. Tài liệu này, ban hành theo Quyết định số 498/QĐ-CĐGTVTTWI-ĐT, đóng vai trò là kim chỉ nam, giới thiệu các khái niệm cốt lõi từ cấu trúc cơ bản đến các nguyên lý hoạt động phức tạp của một hệ thống máy tính. Nội dung giáo trình không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn tập trung vào việc tạo cơ sở để sinh viên học tốt các môn chuyên ngành khác như Mạng máy tính, Cơ sở dữ liệu, hay Công nghệ phần mềm. Việc nắm vững môn cấu trúc máy tính là yêu cầu bắt buộc để hiểu cách phần cứng và phần mềm tương tác, từ đó phát triển các giải pháp tin học ứng dụng hiệu quả. Giáo trình được cấu trúc một cách logic, bắt đầu từ lịch sử phát triển, các thành phần cơ bản như bộ xử lý trung tâm CPU, hệ thống bộ nhớ RAM, ROM, Cache, cho đến cách biểu diễn dữ liệu và hệ thống vào/ra. Đây là một tài liệu kiến trúc máy tính quan trọng, không chỉ phục vụ học tập mà còn là nguồn tham khảo giá trị cho quá trình làm việc sau này của các kỹ sư thực hành.

1.1. Mục tiêu và vai trò của môn cấu trúc máy tính

Mục tiêu chính của môn cấu trúc máy tính là cung cấp cho sinh viên ngành tin học ứng dụng hệ cao đẳng một cái nhìn toàn diện về cách một máy tính hoạt động ở mức độ vật lý và logic. Sinh viên sẽ có khả năng trình bày các khái niệm cơ bản, nhận biết mô hình phân lớp và cấu trúc của một hệ thống máy tính hiện đại. Theo lời nói đầu của giáo trình, kiến thức này là nền tảng để tiếp cận các lĩnh vực chuyên sâu hơn như nguyên lý hệ điều hành và mạng. Vai trò của môn học không chỉ là cung cấp kiến thức mà còn rèn luyện tư duy logic, khả năng phân tích và giải quyết vấn đề liên quan đến phần cứng. Việc hiểu rõ kiến trúc máy tính giúp người lập trình tối ưu hóa mã nguồn, khai thác tối đa hiệu năng của phần cứng và xử lý các sự cố hệ thống một cách hiệu quả.

1.2. Phân biệt kiến trúc và tổ chức máy tính theo giáo trình

Giáo trình CĐ GTVT Trung ương 1 định nghĩa rất rõ ràng sự khác biệt giữa hai khái niệm dễ gây nhầm lẫn này. Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) đề cập đến các thuộc tính của hệ thống dưới góc nhìn của người lập trình, bao gồm tập lệnh instruction set, biểu diễn dữ liệu, và cơ chế vào/ra. Trong khi đó, tổ chức máy tính (Computer Organization) liên quan đến các khối chức năng và mối liên kết giữa chúng để hiện thực hóa các đặc trưng kiến trúc. Ví dụ, việc một máy tính có lệnh nhân hay không là thuộc tính kiến trúc. Còn việc lệnh nhân đó được thực hiện bởi một bộ nhân phần cứng riêng hay bằng cách lặp lại phép cộng là vấn đề của tổ chức. Hiểu rõ sự khác biệt này giúp sinh viên có cái nhìn sâu sắc hơn về thiết kế và hiệu năng của máy tính.

II. Thách thức khi học kiến trúc máy tính và giải pháp ôn thi

Việc tiếp cận môn cấu trúc máy tính thường đi kèm với nhiều thách thức, đặc biệt là với sinh viên hệ cao đẳng. Các khái niệm trừu tượng như hệ thống bus trong máy tính, các phương pháp định địa chỉ, hay hoạt động của đường ống lệnh đòi hỏi tư duy logic và khả năng hình dung cao. Sinh viên thường gặp khó khăn trong việc liên kết lý thuyết với hoạt động thực tế của máy tính. Hơn nữa, khối lượng kiến thức lớn, bao gồm cả phần số học nhị phân và thiết kế mạch logic, cũng là một rào cản. Để vượt qua những thách thức này, việc có một phương pháp học tập và ôn thi kiến trúc máy tính hiệu quả là vô cùng quan trọng. Thay vì chỉ học thuộc lòng, sinh viên cần tập trung vào việc hiểu bản chất vấn đề, thực hành qua các bài tập kiến trúc máy tính và giải các bộ đề thi cuối kỳ kiến trúc máy tính từ các năm trước. Việc này không chỉ giúp củng cố kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề, một yếu tố then chốt trong ngành tin học ứng dụng.

2.1. Phương pháp giải bài tập kiến trúc máy tính hiệu quả

Để giải quyết hiệu quả các bài tập kiến trúc máy tính, sinh viên cần hệ thống hóa kiến thức theo từng chương. Đối với các bài tập về chuyển đổi hệ đếm và số học nhị phân, việc luyện tập thường xuyên là chìa khóa. Cần nắm vững các quy tắc cộng, trừ, nhân, chia và đặc biệt là phép toán với số bù hai. Với các dạng bài tập phân tích lệnh, cần hiểu rõ các phương pháp định địa chỉ và chu trình thực hiện lệnh của bộ xử lý trung tâm CPU. Sử dụng sơ đồ khối để mô tả luồng dữ liệu và tín hiệu điều khiển sẽ giúp việc phân tích trở nên trực quan hơn. Ngoài ra, việc tham khảo các slide bài giảng kiến trúc máy tính và thảo luận nhóm cũng là cách tốt để tìm ra nhiều hướng giải quyết khác nhau cho cùng một vấn đề.

2.2. Kinh nghiệm ôn tập và làm trắc nghiệm kiến trúc máy tính

Quá trình ôn thi kiến trúc máy tính cần được lên kế hoạch cẩn thận. Một phương pháp hiệu quả là tóm tắt lại các khái niệm chính của mỗi chương, tập trung vào các thành phần cốt lõi như CPU, bộ nhớ, và hệ thống I/O. Sinh viên nên tự tạo ra một bộ đề cương chi tiết kiến trúc máy tính của riêng mình. Đối với các câu hỏi lý thuyết, cần hiểu sâu thay vì học vẹt. Đặc biệt, các câu hỏi trắc nghiệm kiến trúc máy tính có đáp án là công cụ tuyệt vời để tự kiểm tra và đánh giá mức độ hiểu bài. Khi làm trắc nghiệm, cần đọc kỹ câu hỏi, loại trừ các phương án sai và chú ý đến các chi tiết nhỏ. Việc giải lại các đề thi cuối kỳ kiến trúc máy tính giúp làm quen với cấu trúc đề và áp lực thời gian, từ đó chuẩn bị tâm lý tốt nhất cho kỳ thi thật.

III. Hướng dẫn chi tiết về bộ xử lý trung tâm CPU theo giáo trình

Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit) được ví như bộ não của hệ thống máy tính, thực hiện hai chức năng chính: điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống và xử lý dữ liệu. Giáo trình của CĐ GTVT Trung ương I mô tả chi tiết cấu trúc của CPU dựa trên kiến trúc Von Neumann, bao gồm các thành phần không thể thiếu. Nguyên tắc hoạt động của CPU là thực hiện tuần tự các lệnh trong chương trình được lưu sẵn trong bộ nhớ chính. Mỗi chu kỳ lệnh bao gồm các bước cơ bản: nhận lệnh (Fetch), giải mã lệnh (Decode), và thực thi lệnh (Execute). Tốc độ của CPU, thường được đo bằng tần số xung nhịp (GHz), là một trong những yếu tố quyết định hiệu năng tổng thể của máy tính. Việc tìm hiểu sâu về cấu trúc máy tính và hệ điều hành giúp sinh viên hiểu rõ cách CPU quản lý và thực thi các tiến trình, một kiến thức nền tảng trong nghề tin học ứng dụng.

3.1. Phân tích đơn vị số học logic ALU và đơn vị điều khiển CU

Bên trong CPU, hai thành phần quan trọng nhất là Đơn vị Số học và Logic (ALU) và Đơn vị Điều khiển (CU). Theo giáo trình, ALU (Arithmetic And Logic Unit) có chức năng thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logic (AND, OR, NOT, XOR) trên dữ liệu. CU (Control Unit) đóng vai trò nhạc trưởng, điều khiển mọi hoạt động của máy tính theo chương trình. CU nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã chúng và phát ra các tín hiệu điều khiển đến ALU, các thanh ghi, và các module khác để thực thi lệnh. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa ALU và CU đảm bảo mọi thao tác của máy tính được diễn ra một cách chính xác và đồng bộ.

3.2. Tìm hiểu tập lệnh instruction set và các chế độ địa chỉ

Tập lệnh (instruction set) là tập hợp tất cả các lệnh mà một CPU có thể hiểu và thực thi. Mỗi lệnh là một chuỗi nhị phân xác định một thao tác cụ thể. Giáo trình giới thiệu các loại lệnh cơ bản như lệnh chuyển dữ liệu, lệnh số học, lệnh logic và lệnh điều khiển rẽ nhánh. Để xác định toán hạng cho một lệnh, CPU sử dụng các phương pháp định địa chỉ (Addressing Modes). Các phương pháp phổ biến bao gồm định địa chỉ tức thời (toán hạng nằm ngay trong lệnh), định địa chỉ thanh ghi (toán hạng nằm trong thanh ghi), và định địa chỉ trực tiếp/gián tiếp (toán hạng nằm trong bộ nhớ). Việc hiểu rõ các chế độ địa chỉ là rất quan trọng để phân tích và lập trình hợp ngữ (Assembly).

IV. Cách hệ thống bộ nhớ máy tính hoạt động RAM ROM Cache

Hệ thống bộ nhớ là thành phần không thể thiếu, có chức năng lưu trữ chương trình và dữ liệu cho CPU xử lý. Giáo trình kiến trúc máy tính phân loại bộ nhớ theo một hệ thống phân cấp (Memory Hierarchy) gồm nhiều mức. Ở mức cao nhất, gần với CPU nhất là các thanh ghi và bộ nhớ đệm nhanh (Cache Memory), có tốc độ truy xuất cực nhanh nhưng dung lượng nhỏ. Tiếp theo là bộ nhớ chính, thường là hệ thống bộ nhớ RAM, ROM, Cache. RAM (Random Access Memory) là bộ nhớ khả biến, lưu trữ dữ liệu và chương trình đang được thực thi. ROM (Read-Only Memory) là bộ nhớ bất biến, chứa các chương trình hệ thống cơ bản như BIOS. Cuối cùng là bộ nhớ ngoài (đĩa cứng, SSD) có dung lượng lớn nhưng tốc độ chậm hơn. Nguyên tắc phân cấp này nhằm tối ưu hóa chi phí và tốc độ, đảm bảo CPU luôn có dữ liệu cần thiết với thời gian chờ tối thiểu.

4.1. Nguyên tắc hoạt động và các phương pháp ánh xạ của Cache

Bộ nhớ Cache là một bộ nhớ bán dẫn tốc độ cao, được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính. Mục đích của nó là tăng tốc độ truy xuất dữ liệu. Khi CPU cần một dữ liệu, nó sẽ kiểm tra trong Cache trước. Nếu có (Cache hit), dữ liệu được lấy ngay lập tức. Nếu không có (Cache miss), một khối dữ liệu từ bộ nhớ chính chứa dữ liệu cần thiết sẽ được nạp vào Cache. Giáo trình mô tả ba phương pháp ánh xạ địa chỉ chính: ánh xạ trực tiếp (Direct mapping), ánh xạ liên kết toàn phần (Fully associative mapping), và ánh xạ liên kết tập hợp (Set-associative mapping). Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng về độ phức tạp và hiệu suất.

4.2. Tìm hiểu hệ thống bus và vai trò của thiết bị ngoại vi I O

Hệ thống bus trong máy tính là tập hợp các đường dây dùng để vận chuyển thông tin giữa các thành phần như CPU, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi I/O. Bus được chia thành ba loại chính: Bus địa chỉ (mang địa chỉ của ngăn nhớ hoặc cổng I/O), Bus dữ liệu (vận chuyển dữ liệu và lệnh), và Bus điều khiển (mang các tín hiệu điều khiển). Các thiết bị ngoại vi I/O (Input/Output) như bàn phím, chuột, màn hình, máy in là cầu nối giữa máy tính và thế giới bên ngoài. Chúng được kết nối với hệ thống thông qua các Module I/O và các cổng vào/ra. Hoạt động vào/ra là một phần quan trọng, đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa người dùng và máy tính.

V. Bí quyết biểu diễn dữ liệu và số học máy tính cho sinh viên

Mọi dữ liệu trong máy tính, từ con số, văn bản đến hình ảnh, âm thanh, đều được mã hóa thành các chuỗi bit nhị phân. Chương "Biểu diễn dữ liệu và số học máy tính" trong giáo trình kiến trúc máy tính là một trong những nội dung nền tảng nhất. Sinh viên được học về các hệ đếm cơ bản như hệ nhị phân (cơ số 2), hệ thập phân (cơ số 10) và hệ thập lục phân (cơ số 16), cùng với các phương pháp chuyển đổi qua lại giữa chúng. Việc nắm vững cách biểu diễn số nguyên (không dấu và có dấu bằng mã bù hai) và số thực (dấu chấm động) là điều kiện tiên quyết để hiểu cách bộ xử lý trung tâm CPU thực hiện các phép toán. Đây là kiến thức cốt lõi giúp sinh viên tin học ứng dụng hiểu được giới hạn và độ chính xác của các kiểu dữ liệu khi lập trình, từ đó tránh được các lỗi không mong muốn trong các ứng dụng tính toán.

5.1. Các hệ đếm cơ bản và phương pháp chuyển đổi chính xác

Giáo trình giới thiệu chi tiết về ba hệ đếm quan trọng. Hệ nhị phân là ngôn ngữ gốc của máy tính, sử dụng hai ký tự 0 và 1. Hệ thập lục phân (Hexa) thường được dùng để biểu diễn các giá trị nhị phân một cách ngắn gọn hơn, mỗi ký tự Hexa tương ứng với một nhóm 4 bit. Để chuyển đổi từ một hệ cơ số bất kỳ sang hệ thập phân, ta áp dụng công thức tổng quát dựa trên trọng số của từng vị trí. Ngược lại, để chuyển phần nguyên từ hệ thập phân sang một cơ số khác, ta dùng phương pháp chia liên tục cho cơ số đó và lấy phần dư. Đối với phần thập phân, ta dùng phương pháp nhân liên tục. Việc thành thạo các kỹ thuật này là kỹ năng cơ bản khi làm việc với các hệ thống cấp thấp.

5.2. Nguyên tắc mã hóa ký tự và biểu diễn số nguyên có dấu

Dữ liệu phi số, chẳng hạn như ký tự, được mã hóa theo các bộ mã tiêu chuẩn. Giáo trình đề cập đến bộ mã ASCII (8 bit) và Unicode (16 bit), cho phép biểu diễn các ký tự từ nhiều ngôn ngữ khác nhau trên thế giới, bao gồm cả tiếng Việt. Đối với số nguyên có dấu, phương pháp phổ biến nhất là sử dụng mã bù hai. Trong phương pháp này, bit cao nhất (bên trái cùng) được dùng làm bit dấu (0 cho số dương, 1 cho số âm). Số âm được biểu diễn bằng cách lấy số bù hai của số dương tương ứng. Ưu điểm lớn của mã bù hai là phép trừ có thể được thực hiện bằng phép cộng, giúp đơn giản hóa thiết kế của đơn vị số học và logic (ALU).

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Mục tiêu : Sau khi học xong, người học có khả năng : Trình bày được những khái niệm máy tính và các khái niệm cơ bản khác, lịch sử phát triển của máy tính. - Nhận biết & ghi nhớ chính xác mô hình cơ bản phân lớp & cấu trúc cơ bản của hệ thống ~ Rèn luyện tư duy và thái độ học tập nghiêm túc Nội dung : 1. Khái niệm chung Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện công việc sau: - Nhận thông tin vào; - Xử lý thông tin theo chương trình nhớ sẵn bên trong bộ nhớ máy tính; - Đưa thông tin ra; Chương trình (Programs): Là dãy các câu lệnh nằm trong bộ nhớ, nhằm mục đích hướng dẫn máy tính thực hiện một công việc cụ thể nào đó. Máy tính thực hiện theo chương trình.

Phan mém (Software): Bao gồm chương trình và đữ liệu Phan cing (Hardware): Bao gồm tất cả các thành phan vật lý cấu thành nên hệ thống máy tính. Phân dẻo (Firmware): Là thành phần chứa cả hai thành phần trên Kiến trúc máy tinh (Computer Architecture) dé cap dén cdc thudc tinh cua hé théng máy tính dưới cái nhìn của người lập trình. Hay nói cách khác, là những thuộc tính ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thực hiện logic của chương trình. Bao gồm: tập lệnh, biểu diễn dữ liệu, các cơ chế vào ra, kỹ thuật đánh địa chỉ,.

TỔ chức máy tính (Computer Organization): đề cập đến các khối chức năng và liên hệ giữa chúng để thực hiện những đặc trưng của kiến trúc. Ví dụ: trong kiến trúc bộ nhân: đây là thuộc tính của hệ thống xử lý. Bộ nhân này sẽ được tổ chức riêng bên trong máy tính hoặc nó được tính toán nhiều lần trên bộ cộng để cũng được một kết qủa nhân tương ứng. Cau tric may tinh(Computer Structure): là những thành phần của máy tính và những liên kết giữa các thành phần.

Ở mức cao nhất máy tính bao gồm 4 thành phần: - Bộ xử lý : điều khiển và xử lý số liệu. - Bộ nhớ : chứa chương trình và dữ liệu. - Hệ thống vào ra : trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài. - Liên kết giữa các hệ thống: liên kết các thành phần của máy tính lại với nhau.

* Mô hình phân lớp của hệ thống: Nhóm tác giả 9 Người sử dụng (User) Người lập trình (Programs) Các chương trình ứng dụng (Application Programs) Các phần mềm trung gian (OS Designer) (Utilities) Hệ điều hành (Operating System) Phần cứng máy tính (Computer hardware) * Mô hình cơ bản: XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) Các thiết bị nhập Các thiết bị xuất (Input devices) (Input devices) BỘ NHỚ CHÍNH * Sơ đồ kiến trúc máy tính: Peripherals CPU (Central processing unit Computer Systems Interconnection Communications lines Nhóm tác giả 10 Chức năng (Computer Function): 1a mé tả hoạt động của hệ thống hay từng thành phan của hệ thống. Chức năng chung của một hệ thống bao gồm: - Xử lý dữ liệu. - Lưu trữ dữ liệu. - Van chuyền đữ liệu.

Phân loại máy tính Phân loại theo phương pháp truyền thống - May vi tinh ( Microcomputer) ~ Máy tính nhỏ (Minicomputer) ~ Máy tính lớn (Mainframe Computer) - Siéu may tinh (Super Computer) Phân loại theo phương pháp hiện đại - May tinh để ban (Desktop Computer) - May chu (Servers) - May tinh nhting (Embedded Computer) 2. Phân loại theo phương pháp truyền thống - Microcomputer: Còn gọi là PC (personal computer: máy vi tính), 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 đụng rộng rãi trong các ứng dụng thời gian thực, ví dụ trong điều khiển hàng không, trong tự động hoá sản xuất. - 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: Day 1a nhitng 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. Phân loại theo phương pháp hiện đại - May tinh dé ban: + Là loại máy tính thông dụng nhất hiện nay + bao gồm máy tính cá nhân (PC: Persional Computer) và máy trạm (WorkStations Computer) + Giá mua từ 100$ đến 10008 Nhóm tác giả 11 - May chủ (Server): + Thực chất là máy phục vụ + Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server + Có tốc độ, hiệu năng, Bộ nhớ và độ tin cậy cao + Giá vài chục nghìn đến vài chục triệu đô ~ Máy tính nhúng: + Được đặt trong nhiều thiết bị khác nhau dé điều khiển thiết bị làm việc + Được thiết kế chuyên dụng + Ví du; Điện thoại di động, bộ điều khiển các thiết bị gia đình: trong máy giặt, điều hòa nhiệt độ, Rounter: Bộ Định tuyến trên mạng + Giá thành vài USD đến hàng trăm nghìn USD 3.

Sự tiến hóa của máy tính Sự phát triển của máy tính chia ra 4 thế hệ: - Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân không (Vacumm Tube) 1946-1955 - Thế hệ 2: Máy tính dùng Transitor (1955-1965) - Thế hệ 3: Máy tính dùng mạch tích hợp IC (Intergrated Circuit) 1966 — 1980) - Thế hệ 4: Máy tính dùng mạch tích hợp cực lớn VLSI (Very Large Scale Intergrated )1980 đến nay 3. Máy tính dùng đèn điện tử (Eninac) Electronic Numerical Integrator And Computer Đề xuất năm 1943 và hoàn thành 1946 được sử dụng đến1955 do thầy trò Eckert và Mauchly Trường đại học Pennsylvania của Mỹ Đặc điểm chính: - Nặng 30 tấn, chiến diện tích 150m2 và sử dụng 140KW. ~ 5000 nghìn phép cộng trên giây. - Sử dụng hệ thập phân.

- Lập trình bằng công tắc. - Sử dụng 18000 bóng đèn điện tử (vacuum tubesa) Máy tính Von Neumann còn gọi là máy tính LAS Máy tính IAS (Institute for Advanced Studies) Máy có mô hình cơ bản là máy tính này nay Thié kế 1947 hoàn thành 1952 Xây dựng dựa trên ý tưởng của Turring (Mỹ) và Von Neumann(Anh) - Các sản phẩm của công nghệ VLSI(Very Large Scale Integrated) - BO vi xu ly được chế tạo trên một con chip - Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset) - Bộ nhớ bán dẫn độc lập( ROM, RAM) thiết kế thành Module - Các bộ vi điều khiển chuyên dụng. - Bộ vi xử lý đầu tiên của Intel 4004 năm1971 Nhóm tác giả 12 - Bộ xử lý được coi hoàn thiện nhất là 8088/8086 năm 1978,1979 đây được coi là ngày sinh nhật của các máy tính sau này 3. Máy tính dùng Transistor - May tinh PDP - 1 của DEC - IBM 7000 ra đời - Hàng trăm nghìn phép cộng trên một giây - Các ngôn ngữ lập trình bậc cao ra đời 3.

Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI va LSI - Vi mạch (IC - Intergrated Circuit) : Nhiều transistor và các phần tử khác được tích hợp trên một chip bán dẫn + SSI (Small Scale Intergrated); + MSI ( Medium Scale Intergrated); + LSI (Large Scale Intergrated); + VLSI (Very large Scale Intergrated): Ding cho may tính thế hệ thứ tư - Siêu máy tính xuất hiện: VAX. - BO vi xu ly (Microprocesser) ra đời. + Bộ xử lý đầu tiên là Intel 4004 (1971) - Goordone more: người sáng lập ra Intel. - Số transistors trên chip sẽ tăng gấp đôi Sau 18 thang.

- Giá thành của chip không hề thay đổi. - Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn. - Kích thước nhỏ hơn dẫn đến độ phức tạp tăng lên. - Mức tiêu thụ điện năng ít hơn.

- Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, đo đó tăng độ tin cậy.4, May tinh ding vi mach VLSI Các sản phẩm của công nghé VLSI(Very Large Scale Integrated) - Bộ vi xử lý được chế tạo trên một con chip - Vi mach điều khiển tổng hợp (Chipset) - Bộ nhớ bán dẫn độc lập( ROM, RAM) thiết kế thành Module - Các bộ vi điều khiển chuyên dụng. Lịch sử phát triên máy tính thê hệ thứ 4: 1978 8086 (Intel) 1979 80286 (Intel) 1980 8088 (Intel) 1983 Pentium (Intel) 1997 Pentium II (Intel) Celeron 1999 Pentium III (Inte Celeron 2003 Pentium 4 (Intel) Celeron Nhóm tác giả 13 CHƯƠNG II: HỆ THÓNG MÁY TÍNH Mục tiêu: Sau khi học xong, người học có khả năng: - Trình bày đầy đủ các kiến thức về các thành phần cơ bản của hệ thống máy tính, các hoạt động của máy tính và sự liên kết hệ thống. - Vẽ được các sơ đồ về hoạt động của máy tính, các liên kết trong hệ thống máy tính và các quy trình ngắt của máy tính - Rèn luyện tư duy và thái độ học tập nghiêm túc Nội dung: 1. Các thành phần cơ bản của hệ thống máy tính * Mô hình cơ bản của máy tính.

Các mô hình máy tính hiện nay được thiết kế dựa trên kiến trúc Von Neumann. * Các đặc điểm kiến trúc của Von Neumann: - Dữ liệu và chương trình chứa trong bộ nhớ đọc ghi. - Bộ nhớ được đánh địa chỉ cho các ngăn nhớ không phụ thuộc vào nội dung của chúng. - May tinh thực hiện lệnh một cách tuần tự.

* Cấu trúc cơ bản của hệ thống máy tính: Memory I/O Devices - Bộ xử lý trung tâm (CPU): Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý số liệu - Hệ thống nhớ: chứa chương trình và đữ liệu đang được xử lý. - Hệ thống vào/ra (L/O: Input/Outpu0): trao đổi thông tin giữa bên ngoài và bên trong máy tính - Liên kết hệ thống (Interconnection): kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau 1. Bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) - Chức năng: + Điều khiển toàn bộ hoạt động của máy tính; + Xử lý đữ liệu (vd: các phép toán số học và logic). Nhóm tác giả 14 - Nguyên tắc hoạt động: CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính.

- Cấu trúc cơ bản CPU: + Đơn vị điều khiển (CU:Control Unit): Điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn. + Đơn vị số học và logic (ALU: Arithmetic And Logic Unit): thực hiện các phép toán số học và logic trên các dữ liệu cụ thể. + Tập thanh ghi (RF: Register File): Lưu trữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU. + Đơn vị nối ghép BUS(BIU: Bus Interface Unit: kết nối và trao đổi thông tin giữa Bus bên trong và Bus bên ngoài CPU.