Kiến trúc máy tính là gì? 4 giai đoạn lịch sử phát triển máy tính bạn nên biết

Posted on by adminChuyên mục:Kiến thức Internet

Kiến trúc máy tính là gì? Lịch sử phát triển của máy tính trải qua các giai đoạn lịch sử như thế nào. Khái niệm, cấu tạo của các linh kiện trong máy tính ra làm sao? Hãy cùng Huỳnh Quí IT đi tìm hiểu về bài viết Kiến trúc máy tính là gì? 4 giai đoạn lịch sử phát triển máy tính bạn nên biết ngày hôm nay các bạn nhé.

Trước hết, tất cả chúng ta cùng nhau đi qua khái niệm tiên phong, đó là khái niệm về kiến trúc máy tính là gì ?

Giới thiệu chung về kiến trúc máy tính

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.

máy tính eniac

Lịch sử phát triển của máy tính:

Chiếc máy tính điện tử tiên phong là ENIAC được sinh ra năm 1946, được sản xuất từ những đèn điện tử, rơle điện tử và những chuyển mạch cơ khí. Lịch sử tăng trưởng của máy tính điện tử hoàn toàn có thể chia làm bốn thế hệ như sau :

  • Thế hệ 1: (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 có khối lượng 30 tấn, tiêu thụ công suất 140KW.
  • Thế hệ thứ 2: (1955-1965). Máy tính được xây dựng trên cơ sở là các đèn bán dẫn (transistor), máy tính đầu tiên thế hệ này có tênlà TX-0 (transistorized experimental computer 0).
  • Thế hệ thứ ba: (1965-1980). Máy tính được xây dựng trên các vi mạch cỡ nhỏ (SSI) và cỡ vừa (MSI), 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. 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.
  • Thế hệ thứ tư: (1980- ). 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 cỡ vật lý, hiệu suất và nghành sử dụng, lúc bấy giờ người ta thường chia máy tính số thế hệ thứ tư thành 5 loại chính, những loại hoàn toàn có thể trùm 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.
  • Minicomputer: Là những máy tính cỡ trung bình, kích thước thường lớn hơn PC. Nó có thể thực hiện được các ứng dụngmà 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.
  • 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 gia 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.

Dựa vào kiến trúc máy tính người ta cũng phân máy tính ra những loại khác nhau như sau :

  • Kiến trúc máy tính SISD (single instruction – single data, đơn dòng lệnh – đơn dòng dữ liệu)
  • Kiến trúc máy tính CIMD (Single Instruction Multiple Data, đơn dòng lệnh- đa dữ liệu)
  • Kiến trúc máy tính MIMD (Multiple Instruction Multiple Data, đa dòng lệnh- đa dữ liệu)

Khối cơ bản của kiến trúc máy tính:

Cơ sở về bộ nhớ:

Trong kiến trúc máy tính thì những bộ nhớ hoàn toàn có thể chia làm hai loại tổng quát, ROM và RAM. ROM là Read-only Memory ( bộ nhớ chỉ đọc ) và RAM là Random-access Memory ( bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ). Nói chung ROM chứa những tài liệu một cách cố định và thắt chặt và không hề biến hóa. Còn RAM hoàn toàn có thể đọc ra và hoàn toàn có thể ghi vào .
Khái niệm truy xuất ngẫu nhiên có nghĩa là bất kể một vị trí nhớ nào cũng hoàn toàn có thể được mở ra hoặc được gọi ra ở bất kể khi nào, những thông tin không cần phải đọc ra hay ghi vào một cách tuần tự. Về thực ra, cả RAM và ROM đều là truy xuất ngẫu nhiên. Chỉ có điều khác nhau cơ bản là ROM chỉ được cho phép đọc mà không hề ghi vào nó, còn RAM là bộ nhớ hoàn toàn có thể đọc và ghi, cho nên vì thế RAM được gọi là “ bộ nhớ đọc / ghi ” .

Cấu trúc bộ nhớ

Mạch nhớ được nối với những bộ phận khác trong máy tính trải qua những đường đây địa chỉ và những đường dây tài liệu của nó. Kiểm soát mạch nhớ bằng đường dây được cho phép ( enable ), riêng so với RAM còn có thêm đường dây trấn áp đọc / ghi ( Read / write ) .
Các mạch nhớ nói chung được tổ chức triển khai dưới dạng ma trận, gồm những hàng và những cột để xác lập vị trí hay địa chỉ nhớ. Mỗi ô trong ma trận gọi là một thành phần ( cell ) hay vị trí nhớ ( memory location ). Vị trí hay thành phần nhớ được dò tìm bằng cách chọn địa chỉ nhờ mạch giải thuật địa chỉ. Mạch này gồm hai phần : mạch chọn địa chỉ hàng RAS ( row-address selector ) và mạch chọn địa chỉ cột CAS ( Column-address selector ) .
Các đường dây địa chỉ sẽ chọn địa chỉ hàng và cột. Đường dây enable dùng để mở những mạch điện lối ra bộ nhớ theo ba trạng thái. Còn đường dây Read / write quyết định hành động dạng thao tác sẽ triển khai. Bộ nhớ hoặc là có tổ chức triển khai bit hoặc là loại có tổ chức triển khai lời ( word organized ). Bộ nhớ tổ chức triển khai bit hoàn toàn có thể lưu giữ một bit đơn trong mỗi vị trí địa chỉ. Bộ nhớ tổ chức triển khai lời sẽ được lựa chọn cả một nhóm thành phần nhớ cùng một lúc với mỗi vị trí địa chỉ .

Mỗi nhốm phần tử nhớ thường là một byte (8 bit), hoặc một lời (16 bit).
Số đường dây địa chỉ của mạch nhớ sẽ quyết định số vị trí nhớ cực đại tính theo công thức sau: Số vị trí nhớ cực đại = 2N, trong đó, N là số lượng các đường địa chỉ.

ROM-BIOS

Bất cứ hệ máy tính nào cũng có một vi mạch ROM. vi mạch này chứa chương trình của hệ quản lý vào ra cơ sở BIOS ( basic input / output system ). Những chương trình này thiết yếu để khởi động máy và setup chính sách thao tác cơ sở cho những thiết bị ngoại vi .
Nói chung, hoàn toàn có thể chia ROM thành bốn loại. ROM mặt nạ ( maskable ROM ) là loại ROM do đơn vị sản xuất đã nạp sẵn tài liệu, khi đó tài liệu không hề biến hóa được nữa. ROM hoàn toàn có thể nạp chương trình ( PROM – programable ROM ) là loại mạch mà người dùng hoàn toàn có thể nạp tài liệu vào trải qua thiết bị “ đốt ” PROM .
Khi đã nạp thì những tài liệu trong PROM cũng không hề đổi khác. PROM hoàn toàn có thể xoá, còn gọi là EPROM ( erasable PROM ) là loại ROM mà người dùng hoàn toàn có thể nạp tài liệu vào và những tài liệu đó hoàn toàn có thể xoá hoặc đổi khác bằng một thiết bị đặc biệt quan trọng. EPROM hoàn toàn có thể xoá bằng điện ( electric EPROM ) là loại ROM hoàn toàn có thể nạp và xoá tài liệu bằng điện được mà không phải sử dụng tia cực tms như với EPROM .
Trong những máy tính văn minh, người ta thường sử dụng Flash BIOS dùng EEPROM. Như vậy nội dung BIOS của máy tính hoàn toàn có thể được đổi khác để thích hợp với những lan rộng ra và tăng cấp mạng lưới hệ thống, mà điều này là không hề triển khai so với những máy tính thế hệ cũ sử dụng BIOS dùng PROM hoặc EPROM .
BIOS gồm nhiều chương trình và hàm. Phần đầu của chương trình BIOS kiểm tra mạng lưới hệ thống máy tính, quy trình này gọi là POST. Nếu mạng lưới hệ thống sử dụng những Card ( thẻ cắm ) Plug and Play thì giai đoạn này chính là lúc máy tính truy nhập tham số của thẻ. BIOS nào cũng có chương trình “ Setup BIOS ” để người dùng tự chỉnh tham số những thiết bị ngoại vi .

RAM

Có thể chia RAM thành hai hoại, RAM tĩnh (SRAM), có khả năng lưu giữ số liệu mãi mãi nếu như không mất nguồn nuôi. Và RAM động (DRAM), là loại RAM phải được “làm tươi” (refresh) tức là phải nạp lại dữ liệu đang được lưu trữ theo từng chu kỳ. “Làm tươi” bằng cách thực hiện thao tác đọc hoặc ghi nhắc lại. Cũng có thể “làm tươi” bằng những thao tác đặc biệt khác. Loại DRAM có mật độ phần tử nhớ cao nên giá thành khá rẻ so với SRAM. Các mạch nhớ DRAM được dùng phổ biến trong các thế hệ máy tính hiện nay.

Để tiết kiệm ngân sách và chi phí số đường địa chỉ và giảm số chân trên IC, hầu hết những loại DRAM đều dùng chiêu thức địa chỉ multiplex. Trong quy trình đọc hay ghi những đường địa chỉ tiên phong chứa những thông tin về hàng rồi tiếp sau mang thông tin về cột. Để trấn áp thao tác này, người ta dùng đường dây và như trên hình 2-3. Khi thấp thì thông tin trên những đường địa chỉ sẽ được mở trải qua mạch chốt địa chỉ hàng ( row-address latch ). Khi thấp thì thông tin trên những đường địa chỉ sẽ được mở trải qua mạch chốt địa chỉ cột ( column-address latch ) .
Việc “ làm tươi ” bằng tài liệu đọc, tài liệu ghi hoặc bằng những thao tác riêng. Mạch điều khiển và tinh chỉnh làm tươi phải chọn tuần tự từng hàng những thành phần nhớ, cứ mỗi hàng một lần, cho đến khi tổng thể những hàng đều được “ làm tươi ”. Đó là giải pháp làm tươi từng đợt. Trong quy trình đó không được đọc hay ghi tài liệu vào bộ nhớ cho đến khi kết thúc quy trình. Một cách khác là “ làm tươi ” từng hàng trong những chu kỳ luân hồi rời rạc và gọi là làm tươi theo chu kỳ luân hồi đơn .

Bộ xử lý trung tâm CPU

Bộ giải quyết và xử lý TT CPU là cốt lõi của một máy vi tính. CPU triển khai mọi thống kê giám sát và giải quyết và xử lý của mạng lưới hệ thống — ngoại trừ giải quyết và xử lý tăng cường thống kê giám sát đặc biệt quan trọng trong những mạng lưới hệ thống có một chip đơn vị chức năng đồng giải quyết và xử lý toán, mà chip này cũng đã được tích hợp ngay trong những CPU lúc bấy giờ. Tất cả những máy tính IBM và thích hợp IBM sử dụng những bộ giải quyết và xử lý họ Intel hoặc thích hợp với bộ giải quyết và xử lý họ Intel, dù chính những bộ giải quyết và xử lý hoàn toàn có thể đã được nhiều công ty khác nhau phong cách thiết kế và sản xuất, gồm AMD, IBM, Cyric … .
Một trong những bộ giải quyết và xử lý nổi bật thuộc họ 80 × 86 của Intel là bộ giải quyết và xử lý 8088. Đây là bộ vi giải quyết và xử lý khá đơn thuần và thế cho nên việc tìm hiểu và khám phá nó là tương đối dễ so với những người mở màn xâm nhập vào nghành nghề dịch vụ vi giải quyết và xử lý, mặt khác việc nắm vững những yếu tố kỹ thuật của bộ vi giải quyết và xử lý 8088 sẽ là cơ sở để chớp lấy được những kỹ thuật của những bộ giải quyết và xử lý khác trong họ 80 × 86 của Intel, của những họ khác và của những bộ giải quyết và xử lý tân tiến thời nay .
Vậy là trong nội dung bài viết Kiến trúc máy tính là gì ? 4 giai đoạn lịch sử vẻ vang tăng trưởng máy tính bạn nên biết. Huỳnh Quí IT đã trình làng cho những bạn cơ bản về kiến trúc máy tính, lịch sử vẻ vang tăng trưởng và những khối cơ bản của kiến trúc máy tính .

Ở phần tiếp theo của chuyên mục Có thể bạn chưa biết, Huỳnh Quí IT sẽ giới thiệu đến các bạn các nội dung chuyên sâu hơn về kiến trúc máy tính các bạn nhé. Hy vong sẽ giúp ích được phần nào cho các bạn sinh viên, các anh/chị có thể biết thêm về lý thuyết kiến trúc máy tính để đáp ứng được nhu cầu của mọi người.

Xin chân thành cảm ơn các bạn đã xem. Nếu thấy hay, hãy share và click quảng cáo để ủng hộ Huỳnh Quí IT duy trì website và phát triển nhé. Mọi ý kiến đóng góp các bạn có thể inbox mình qua Fanpage hoặc bình luận dưới phần bài viết nhé.

5/5 – ( 1 bầu chọn )

admin