Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Kiến trúc máy tính

Kiến trúc máy tính

Tải bản đầy đủ - 0trang

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 ngôn ngữ chuyển đăng ký sau đó thường

6



được sử dụng để mơ tả giải mã và trình tự của mỗi chỉ dẫn của một ISA sử dụng

vi kiến trúc vật lý này. Có hai cách cơ bản để xây dựng một bộ điều khiển để

thực hiện các mô tả này (mặc dù rất nhiều mẫu thiết kế sử dụng những cách giữa

hoặc thỏa hiệp):

Một số mẫu thiết kế máy tính "buộc cố định" hồn thành việc giải mã tập

lệnh và trình tự (giống như phần còn lại của vi kiến trúc).

Thiết kế khác sử dụng vi thói quen hoặc bảng (hoặc cả hai) để làm điều

này, điển hình như trên-chip ROM hoặc PLAs hoặc cả hai (mặc dù RAMS và

riêng biệt ROM đã được sử dụng trong lịch sử).

Một số mẫu thiết kế sử dụng một sự kết hợp của thiết kế mạch điện điện

và vi cho các đơn vị điều khiển. Một số thiết kế CPU biên soạn các hướng dẫn

thiết lập để một khả năng ghi nhớ RAM hoặc đèn flash bên trong CPU (như

Rekursiv bộ xử lý và các Imsys Cjip), hoặc một FPGA (máy tính cấu hình lại).

The Western Digital MCP-1600 là một ví dụ cũ, bằng cách sử dụng một chuyên

dụng, ROM riêng cho vi.

An ISA cũng có thể được mơ phỏng trong phần mềm của một thông dịch

viên. Đương nhiên, do các nguyên cần giải thích, đây là chậm hơn so với trực

tiếp chương trình đang chạy trên phần cứng mô phỏng, trừ khi các phần cứng

đang chạy giả lập là một đơn đặt hàng của các cường độ nhanh hơn. Hơm nay,

nó là thực tế phổ biến cho các nhà cung cấp của ISA mới hoặc

microarchitectures để giả lập phần mềm có sẵn cho các nhà phát triển phần mềm

trước khi thực hiện phần cứng đã sẵn sàng.

Thường thì các chi tiết của việc thực hiện có một ảnh hưởng mạnh mẽ

trên các hướng dẫn cụ thể được lựa chọn cho các tập lệnh. Ví dụ, nhiều cài đặt

của đường ống dẫn chỉ cho phép một bộ nhớ tải đơn hoặc bộ nhớ lưu trữ theo

hướng dẫn, dẫn đến một kiến trúc load-store (RISC). Ví dụ khác, một số cách

đầu thực hiện các đường ống dẫn dẫn đến một khe chậm trễ.



7



Những yêu cầu của tốc độ cao xử lý tín hiệu kỹ thuật số đã bị đẩy vào các

hướng dẫn hướng-buộc ngược lại được thực hiện trong một cách đặc biệt. Ví dụ,

để thực hiện các bộ lọc kỹ thuật số đủ nhanh, hướng dẫn MAC trong một điển

hình bộ xử lý tín hiệu số (DSP) phải sử dụng một loại kiến trúc Harvard có thể

nạp một lệnh và hai từ dữ liệu cùng một lúc, và nó đòi hỏi một chu trình đơn

nhân-tích lũy nhân.

2.2. Vi kiến trúc (vi xử lý)

Vi xử lý (viết tắt là µP hay uP), đơi khi còn được gọi là bộ vi xử lý, là một

linh kiện điện tử máy tính được chế tạo từ các tranzito thu nhỏ tích hợp lên trên

một vi mạch tích hợp đơn. Khối xử lý trung tâm (CPU) là một bộ vi xử lý được

nhiều người biết đến nhưng ngoài ra nhiều thành phần khác trong máy tính cũng

có bộ vi xử lý riêng của nó, ví dụ trên card màn hình (Graphic card) chúng ta

cũng có một bộ vi xử lý.

Trước khi xuất hiện các bộ vi xử lý, các CPU được xây dựng từ các mạch

tích hợp cỡ nhỏ riêng biệt, mỗi mạch tích hợp chỉ chứa khoảng vào chục

tranzito. Do đó, một CPU có thể là một bảng mạch gồm hàng ngàn hay hàng

triệu vi mạch tích hợp. Ngày nay, cơng nghệ tích hợp đã phát triển, một CPU có

thể tích hợp lên một hoặc vài vi mạch tích hợp cỡ lớn, mỗi vi mạch tích hợp cỡ

lớn chứa hàng ngàn hoặc hàng triệu tranzito. Nhờ đó cơng suất tiêu thụ và giá

thành của bộ vi xử lý đã giảm đáng kể.

Sự tiến hóa của các bộ vi xử lý một phần nhờ vào việc chạy theo Định

luật Moore và hiệu suất của nó tăng lên một cách ổn định sau hàng năm. Định

luật này phát biểu rằng sự phức tạp của một mạch tích hợp sẽ tăng lên gấp đơi

sau mỗi chu kỳ 18 tháng. Và thực tế, sự phát triển của các bộ vi xử lý đã bám sát

định luật này từ những năm 1970. Nhờ đó, từ máy tính mẹ (mainframe

computer) lớn nhất cho đến các máy tính xách tay hiện nay đều sử dụng một bộ

vi xử lý nhỏ nhắn tại trung tâm của chúng.

3. Thành phần chính của máy tính

8



Thành phần chính của má tính bao gồm: Bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ

nhớ, bộ xử lý vào-ra, và thiết bị ngoại vi. Các thiết bị như máy in, máy fax và

các điều khiển khác được nối tới máy tính làm tăng khả năng hoạt động của máy

tính gọi là thiết bị ngoại vi. Hai hoặc nhiều máy tính nối với nhau dùng cho việc

truyền thơng giữa các máy tính với nhau thơng qua mơi trường truyền dẫn nào

đó được gọi là mạng máy tính.

3.1. CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm)

PU có trách nhiệm xử lý hầu hết dữ liệu/tác vụ của máy tính, thêm vào đó

bộ xử lý trung tâm còn là trung tâm điều khiển thiết bị đầu vào (chuột, bàn

phím) và thiết bị đầu ra (màn hình, máy in).

Về hình dạng và cấu trúc, CPU là một tấm mạch nhỏ, bên trong chứa một

tấm wafer silicon được bọc trong một con chip bằng gốm và gắn vào bảng mạch.

Tốc độ CPU được đo bằng đơn vị Hertz (Hz) hay Gigahertz (GHz), giá trị của

con số này càng lớn thì CPU hoạt động càng nhanh.



Hình 3.1.1.1.1. CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm)

3.2. Bo mạch chủ (mainboard/motherboard):

9



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Kiến trúc máy tính

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×