Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Tổng quan về máy tính và chương trình máy tính

Tổng quan về máy tính và chương trình máy tính

Tải bản đầy đủ - 0trang

biết. Mặc dù máy tính được xây dựng từ nhiều công nghệ khác nhau song gần

như tất cả các máy tính hiện nay đều là máy tính điện tử. Máy tính có thể trực

tiếp mơ hình hóa các vấn đề cần được giải quyết, trong khả năng của nó các vấn

đề cần được giải quyết sẽ được mô phỏng gần giống nhất với những hiện tượng

vật lý đang khai thác. Ví dụ, dòng chuyển động của các điện tử có thể được sử

dụng để mơ hình hóa sự chuyển động của nước trong đập. Những chiếc máy tính

tương tự (analog computer) giống như thế đã rất phổ biến trong thập niên 1960

nhưng hiện nay còn rất ít.

Trong phần lớn các máy tính ngày nay, trước hết, mọi vấn đề sẽ được

chuyển thành các yếu tố toán học bằng cách diễn tả mọi thông tin liên quan

thành các số theo hệ nhị phân (hệ thống đếm dựa trên các số 0 và 1 hay còn gọi

là hệ đếm cơ số 2). Sau đó, mọi tính tốn trên các thơng tin này được tính tốn

bằng đại số Boole (Boolean algebra). Các mạch điện tử được sử dụng để miêu tả

các phép tính Bool. Vì phần lớn các phép tính tốn học có thể chuyển thành các

phép tính Bool nên máy tính điện tử đủ nhanh để xử lý phần lớn các vấn đề tốn

học (và phần lớn thơng tin của vấn đề cần giải quyết đã được chuyển thành các

vấn đề toán học). Ý tưởng cơ bản này, được nhận biết và nghiên cứu bởi Claude

E. Shannon – người đã làm cho máy tính kỹ thuật số (digital computer) hiện đại

trở thành hiện thực. Máy tính khơng thể giải quyết tất cả mọi vấn đề của toán

học. Alan Turing đã sáng tạo ra khoa học lý thuyết máy tính trong đó đề cập tới

những vấn đề mà máy tính có thể hay khơng thể giải quyết. Khi máy tính kết

thúc tính tốn một vấn đề, kết quả của nó được hiển thị cho người sử dụng thấy

thông qua thiết bị xuất như: bóng đèn, màn hình, máy in…

Những người mới sử dụng máy tính, đặc biệt là trẻ em, thường cảm thấy

khó hiểu về ý tưởng cơ bản là máy tính chỉ là một cái máy, nó khơng thể “suy

nghĩ” hay “hiểu” những gì nó hiển thị. Máy tính chỉ đơn giản thi hành các tìm

kiếm cơ khí trên các bảng màu và đường thẳng đã lập trình trước, rồi sau đó

thơng qua các thiết bị đầu ra (màn hình, máy in,…) chuyển đổi chúng thành

những ký hiệu mà con người có thể cảm nhận được thơng qua các giác quan

2



(hình ảnh trên màn hình, chữ trên văn bản được in ra). Chỉ có bộ não của con

người mỡi nhận thức được những ký hiệu này tạo thành các chữ hay số và gắn ý

nghĩa cho chúng. Trong quan điểm của máy tính thì mọi thứ mà nó “nhận thấy”

(kể cả khi máy tính được coi là có khả năng tự nhận biết) chỉ là các hạt electron

tương đương với các số 0 và 1.

1.2. Chương trình máy tính

1.2.1. Khái niệm

Chương trình máy tính là một tập hợp các hướng dẫn cho việc thực hiện nhiệm

vụ của một máy tính. Một máy tính đòi hỏi các chương trình phải hoạt động và

thường thực hiện các lệnh chương trình ở bộ phận xử lý trung tâm. Một chương

trình máy tính được viết bằng một ngơn ngữ lập trình.

Một số ví dụ về các chương trình máy tính:

Một trình duyệt web như Mozilla Firefox và Apple Safari có thể được sử dụng

để xem các trang web trên internet.

Một bộ phần mềm văn phòng có thể được sử dụng để viết các tài liệu hoặc bảng

tính.

Trò chơi video là những chương trình máy tính.

Một chương trình máy tính được lưu như một tập tin trên ổ cứng máy tính. Khi

người dùng chạy các chương trình, các tập tin được đọc bởi máy tính và các bộ

xử lý đọc dữ liệu trong tập tin như là một danh sách các hướng dẫn. Sau đó, các

máy tính làm những gì chương trình cho phép nó làm.

Một chương trình máy tính được viết bởi một lập trình viên. Các lập trình viên

phải viết một chương trình mà máy tính có thể đọc được, vì vậy các chương

trình đó phải được viết bằng một ngơn ngữ lập trình, chẳng hạn như BASIC, C,

Java. Một khi nó được viết, các lập trình viên sử dụng một trình biên dịch để

biến nó thành một ngơn ngữ mà máy tính có thể hiểu được.

Ngồi ra còn có các chương trình xấu hay còn được gọi là phần mềm độc hại,

được viết bởi những người muốn làm những điều xấu với máy tính của người

dùng. Một số phần mềm gián điệp cố gắng để ăn cắp thơng tin từ máy tính. Một

số cố gắng để làm hỏng các dữ liệu được lưu trữ trên ổ đĩa cứng. Một số khác lại

đưa người dùng đến các trang web bán hàng hoặc có thể là virus máy tính.

1.2.2. Chức năng của chương trình máy tính



3



Chương trình máy tính có thể được phân loại theo các tuyến chức năng.

Các loại chức năng chính là phần mềm ứng dụng và phần mềm hệ thống. Hệ

thống phần mềm bao gồm các hệ điều hành mà trong đó là sự tương tác giữa

phần cứng với phần mềm máy tính. Mục đích của hệ điều hành là cung cấp một

mơi trường trong đó các phần mềm ứng dụng thực hiện một cách thuận tiện và

hiệu quả. Ngoài các hệ điều hành, phần mềm hệ thống bao gồm các chương

trình nhúng, các chương trình khởi động và Microcode. Phần mềm ứng dụng

được thiết kế cho người dùng cuối có một giao diện người dùng.



Hình 1.2.2.1.1. Một ví dụ về chương trình máy tính

Phần mềm ứng dụng: là một chương trình máy tính được thiết kế để thực

hiện một nhóm các chức năng phối hợp nhiệm vụ hoặc các hoạt động vì lợi ích

của người sử dụng. Ví dụ về một ứng dụng bao gồm một bộ xử lý từ, một bảng

tính, một ứng dụng kế tốn, một trình duyệt web, một máy nghe nhạc,…

Phần mềm tiện ích: là những chương trình ứng dụng được thiết kế để hỗ

trợ quản trị hệ thống và lập trình máy tính. Các loại phần mềm tiện ích như Anti

– virus, phần mềm sao lưu, quản lý clipboard, Cryptographic, nén dữ liệu,…

Hệ điều hành: là một chương trình máy tính hoạt động như một trung gian

giữa một người sử dụng máy tính và các phần cứng máy tính.

Chương trình khởi động: một máy tính được lưu trữ chương trình đòi hỏi

một chương trình máy tính ban đầu được lưu giữ trong bộ nhớ chỉ để đọc và

4



khời động. Qúa trình khởi động là xác định và khởi tạo tất cả các khía cạnh của

hệ thống, từ đăng ký xử lý để điều khiển thiết bị cho nội dung bộ nhớ.

Chương trình nhúng: một thiết bị phần cứng có thể đã nhúng firmware để

kiểm sốt hoạt động của nó. Firmware được sử dụng khi các chương trình máy

tính khơng bao giờ thay đổi, hoặc khi chương trình khơng bị mất khi tắt nguồn.

Microcode: là các chương trình kiểm soát một số bộ phận xử lý trung tâm

và một số phần cứng khác. Mã này di chuyển dữ liệu giữa các thanh ghi, đơn vị

logic số học và các đơn vị chức năng khác trong CPU.

2. Kiến trúc máy tính

Trong kỹ thuật máy tính, kiến trúc máy tính là thiết kế khái niệm và cấu

trúc hoạt động căn bản của một hệ thống máy tính. Nó là một bản thiết kế

(blueprint) mơ tả có tính chất chức năng về các yêu cầu (đặc biệt là tốc độ và các

kết nối tương hỗ) và những sự thi hành thiết kế cho những bộ phận khác nhau

của một máy tính - tập trung chủ yếu vào việc CPU hoạt động nội tại như thế

nào và truy cập các địa chỉ trong bộ nhớ bằng cách nào.

Nó cũng có thể được định nghĩa như là khoa học và nghệ thuật lựa chọn

và kết nối các thành phần phần cứng để tạo thành các máy tính đáp ứng được

các mục đích về tính năng, hiệu suất và giá cả.

Kiến trúc máy tính bao gồm ít nhất ba phạm trù con chính:

Kiến trúc tập lệnh (Instruction set architecture, ISA), là hình ảnh trừu

tượng của một hệ thống tính tốn được nhìn từ góc độ của một lập trình viên sử

dụng ngơn ngữ máy (hay hợp ngữ), bao gồm tập lệnh, cách đánh địa chỉ bộ nhớ

(memory address modes), các thanh ghi, và các định dạng địa chỉ và dữ liệu.

Vi kiến trúc (Microarchitecture), còn gọi là Tổ chức máy tính (Computer

organization) là một mô tả bậc thấp, cụ thể hơn về hệ thống. Mơ tả này nói về

các bộ phận cấu thành của hệ thống được kết nối với nhau như thế nào và chúng

hoạt động tương hỗ như thể nào để thực hiện kiến trúc tập lệnh. Ví dụ, kích

5



thước bộ đệm cache của một máy tính là một đặc điểm về tổ chức máy tính mà

thường khơng liên quan đến kiến trúc tập lệnh.

Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất cả các thành phần phần

cứng khác bên trong một hệ thống tính tốn chẳng hạn:

 các đường kết nối hệ thống như bus (máy tính) và switch

 các bộ điều khiển bộ nhớ (memory controller) và các cây phả hệ bộ

nhớ

 các cơ chế CPU off-load như Direct memory access (truy nhập bộ

nhớ trực tiếp)

 các vấn đề như đa xử lý (multi-processing).

2.1. Kiến trúc tập lệnh

2.1.1. Khái niệm

Một tập lệnh, hoặc kiến trúc tập lệnh (tiếng Anh: Instruction Set

Architecture, viết tắt ISA), là một phần của kiến trúc máy tính liên quan đến lập

trình, bao gồm các bản địa các loại dữ liệu, hướng dẫn, đăng ký, giải quyết chế

độ, kiến trúc bộ nhớ, làm gián đoạn và xử lý ngoại lệ, và bên ngoài I / O. An ISA

bao gồm một đặc điểm kỹ thuật của các thiết lập của opcode (ngôn ngữ máy), và

các lệnh bản địa thực hiện bởi một bộ xử lý cụ thể.

2.1.2. Quá trình kiến trúc tập lệnh

Bất kỳ tập lệnh được đưa ra có thể được thực hiện trong nhiều cách khác

nhau. Tất cả các cách để thực hiện một bộ hướng dẫn cụ thể cung cấp cùng một

mơ hình lập trình, và tất cả hiện thực đó tập lệnh có thể chạy các file thực thi nhị

phân. Các cách khác nhau để thực hiện một lệnh đặt cho cân bằng khác nhau

giữa chi phí, hiệu suất, điện năng tiêu thụ, kích thước,...

Khi thiết kế các vi cấu trúc của một bộ xử lý, các kỹ sư sử dụng các khối

"cứng có dây" mạch điện tử (thường được thiết kế riêng) như hổ, ghép kênh,

đếm, thanh ghi, ALU vv Một số loại ngơn ngữ chuyển đăng ký sau đó thường

6



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tổng quan về máy tính và chương trình máy tính

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×