Chương 1(5 tiết): TỔNG QUAN Học xong chương này sinh viên có thể: + Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính. + Trình bày khái niệm về thông tin. + Mô tả được các kiến trúc máy tính. Máy vi tính đầu tiên ra đời vào 1981 do IBM đưa ra.
Nó nhanh chóng chiếm được thị trường. Máy vi tính bao gồm các phần sau: CPU, thiết bị vào, thiết bị ra, bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài. Xét theo góc độ các bộ phần trên được lắp nối thành khối xử lý trung tâm và khối các thiết bị ngoại vi của một dàn máy vi tính. Các thế hệ máy tính: 1.
Thế hệ thứ nhất: (1945-1955) Máy tính được xây dựng trên cơ sở đèn điện tử mà mỗi đèn tượng trưng cho 1 bit nhị phân. Do đó máy có khối lượng rất lớn, tốc độ chậm và tiêu thụ điện năng lớn. Như máy ENIAC bao gồm 18000 đèn điện tử, 1500 rơ-le, nặng 30 tấn, tiêu thụ công suất 140KW. Về kiến trúc nó có 20 thanh ghi, mỗi thanh ghi chứa 1 số thập phân 10 chữ số.
Chiếc máy được lập trình bằng cách đặt vị trí (set) của 6000 chuyển mạch (switch) - mỗi cái có nhiều vịt trí và nối vô số ổ cắm (socket) với một “rừng” đầu cắm (jumper). Hình 1: máy ENIAC Cùng thời kì này, Giáo sư toán học John Von Neumann đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy tính IAS (Princeton Institute for Advanced Studies): chương trình được lưu trong bộ nhớ, bộ điều khiển sẽ lấy lệnh và biến đổi giá trị của dữ liệu trong phần bộ nhớ, bộ số học và logic (ALU: Arithmetic And Logic Unit) được điều khiển để tính toán trên dữ liệu nhị phân, điều khiển hoạt động của các thiết bị vào ra. Đây là một ý tưởng nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay. Máy tính này còn được gọi là máy tính Von Neumann.
6 Hình 2: máy tính Von Neumann 1. Thế hệ thứ hai: (1955-1965). Máy tính được xây dựng trên cơ sở là các đèn bán dẫn (transistor), Công ty Bell đã phát minh ra transistor vào năm 1948 và do đó thế hệ thứ hai của máy tính được đặc trưng bằng sự thay thế các đèn điện tử bằng các transistor lưỡng cực. Máy tính đầu tiên thế hệ này có tên là TX-0 (transistorized experimental computer 0).
Hình 3: Dòng máy DEC PDP – 1(1960) 1. Thế hệ thứ ba: (1965-1980). Máy tính dùng mạch tích hợp (còn gọi là mạch vi điện tử - IC) cho phép có thể đặt hàng chục transistor trong một vỏ(chip) , nhờ đó người ta có thể chế tạo các máy tính nhỏ hơn, nhanh hơn và rẻ hơn các máy tính dùng Transistor ra đời trước nó. Điển hình là thế hệ máy System/360 của IBM.
Thế hệ máy tính này có những bước đột phá mới như sau: - Tính tương thích cao: Các máy tính trong cùng một họ có khả năng chạy các chương trình, phần mềm của nhau. 7 - Đặc tính đa chương trình: Tại một thời điểm có thể có vài chương trình nằm trong bộ nhớ và một trong số đó được cho chạy trong khi các chương trình khác chờ hoàn thành các thao tác vào/ra. - Không gian địa chỉ rất lớn (224byte = 16Mb). Hình 4: Dòng máy IBM System 360 (1964) 1.
Thế hệ thứ tư: (1980- nay ) Máy tính được xây dựng trên các vi mạch cỡ lớn (LSI) và cực lớn (VLSI). 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, các loại có thể phủ lên nhau một phần: - 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. Hình 5: PC (personal computer) - 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 8 rộng rãi trong các ứng dụng thời gian thực, ví dụ trong điều khiển hàng không, trong tự động hoá sản xuất. Hình 6: Minicomputer - 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 chủ của mạng.
Hình 7: Supermini - 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. 9 Hình 8: Mainframe - 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.Phân loại máy tính: 1.các siêu máy tính: Là một thiết bị vượt trội trong khả năng và tốc độ xử lý ; siêu máy tính hiện nay có tốc độ xử lý hàng nghìn teraflop (một teraflop tương đương với hiệu suất một nghìn tỷ phép tính/giây) hay bằng tổng hiệu suất của 6.000 chiếc máy tính hiện đại nhất hiện nay gộp lại (một máy có tốc độ khoảng từ 3-3,8 gigaflop).Đó cũng một loại máy tính nhưng lại khác xa với những chiếc desktop, laptop thông thường mà bạn hay sử dụng hằng ngày.
Bên cạnh việc có kích thước khổng lồ, nó còn mang sức mạnh vượt trội hơn rất nhiều lần so với các máy tính cá nhân 10 Hình 10: Siêu Máy tính 1.các máy tính lớn: Máy tính lớn (tiếng Anh: Mainframe) là loại máy tính có kích thước lớn được sử dụng chủ yếu bởi các công ty lớn như các ngân hàng, các hãng bảo hiểm. để chạy các ứng dụng lớn xử lý khối lượng lớn dữ liệu như kết quả điều tra dân số, thống kê khách hàng và doanh nghiệp, và xử lý các giao tác thương mại.Máy tính Mini: Máy tính Mini là loại máy tính cỡ trung, giá của máy tính Mini có thể từ vài chục đến vài trăm ngàn USD 11 Hình 12.Máy vi tính: Máy vi tính là loại máy dùng bộ vi xử lý, giá máy vi tính có thể từ vài trăm đến vài ngàn USD Hình 13.Thành quả của máy tính: Định luật Moore được xây dựng bởi Gordon Moore - một trong những sáng lập viên của tập đoàn sản xuất chip máy tính nổi tiếng Intel. Định luật ban đầu được phát biểu như sau: "Số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi 24 tháng. Năm 2000 định luật được sửa đổi và công nhận là sau mỗi chu kỳ 18 tháng.
Tuy nhiên, có một số thông tin cho rằng Gordon Moore đã công bố sửa đổi định luật của ông là 24 tháng nhưng báo chí tại thời điểm đó đã viết là 18 tháng.Thông tin và sự mã hóa thông tin: 1.Thông tin: Có rất nhiều khái niệm thông tin nhưng khái niệm thông tin là gì chính xác nhất đó là: Thông tin là những gì con người thu nhận được từ thế giới xung quanh như sự vật, sự kiện,…Thông tin đem lại nhiều kiến thức, sự hiểu biết cho con người. Về mặt truyền thông, thông tin được thể hiện dưới dạng nội dung của tin nhắn hoặc thông qua sự quan sát trực tiếp, gián tiếp. Thông tin cũng có thể được mã hóa thành nhiều dạng khác nhau để truyền và giải thích. => Tựu chung, khái niệm về thông tin là sự phản ánh sự vật, sự việc, hiện tượng của thế giới khách quan, các hoạt động của con người trong đời sống xã hội.
Điều cơ bản là con người sẽ tiếp nhận thông tin để làm tăng hiểu biết cho mình và tiến hành những hoạt động có ích cho cộng đồng. Mã hóa thông tin: Mã hóa thông tin là một hình thức biến đổi dữ liệu thành một dạng dữ liệu khác có ý nghĩa khác với dữ liệu trước khi bị biến đổi ban đầu, với mục đích chỉ cho phép một số người nhất định có thể đọc được dữ liệu ban đầu, thông qua việc giải mã dữ liệu sau khi biến đổi. Hay nói cách khác, mã hóa là biến dữ liệu ban đầu A thành dữ liệu B, và việc đọc dữ liệu A sẽ thông qua việc giải mã dữ liệu B về A. 13 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1.
Dựa vào tiêu chuẩn nào người ta phân chia máy tính thành các thếhệ? 2. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứnhất? 3. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứhai? 4. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứba? 5.
Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứtư? 6. Khuynh hướng phát triển của máy tính điện tử ngàynaylàgì? 7. Việc phân loại máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào? 8. Khái niệm thông tin trong máy tínhđượchiểu như thế nào? 9.
Lượng thông tin là gì ? 10. Sự hiểu biết về một trạng thái trong 4096 trạng thái có thể có ứng với lượng thông tin là bao nhiêu ? 11. Số nhị phân 8bit (11001100)2, số này tương ứng với số nguyên thập phân có dấu là bao nhiêu nếu số đang được biểu diễn trong cách biểu diễn: b. Đổi các số sau đây: a.
(011011)2 ra số thập phân.875) 10 ra số nhị phân. Biểu diễn số thực (31.75) 10 dưới dạng số có dấu chấm động chính xác đơn 32bit 14 Chương II (8 TIẾT): KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ Học xong chương này sinh viên có thể Trình bày các thành phần cơ bản của một máy tính, tổng quát tập lệnh của các 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. Mô tả kiến trúc các tập lệnh CISC và RISC. Thực hiện các thao tác an toàn với máy tính.
Thành phần cơ bản của một bộ máy tính: Thành phần cơ bản của một bộ máy tính gồm: bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit), bộ nhớ, các bộ phận nhập-xuất thông tin. Các bộ phận trên được kết nối với nhau thông qua các hệ thống bus. Hệ thống bus bao gồm: bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển.