Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Lịch sử phát triển của máy tính - Nguyễn Hằng Phương
Chương 2
Lịch sử phát triển của máy tính
+
NỘI DUNG
1. Lịch sử phát triển của Máy tính
Thế hệ đầu tiên: ống chân không
Thế hệ thứ hai: Transitor
Thế hệ thứ ba: mạch tích hợp
Các thế hệ tiếp theo
2. Thiết kế hiệu suất
Tốc độ vi xử lý
Cân bằng Hiệu suất
Cải tiến trong Tổ chức và Kiến trúc Chip
3. Đa lõi, MICs và GPGPUs
4. Sự phát triển của kiến trúc Intel x86
5. Hệ thống nhúng và ARM
6. Đánh giá hiệu suất
Tốc độ đồng hồ và số lệnh trên giây
Tiêu chuẩn
Luật Amdahl
Luật Little
+
1.1 Thế hệ đầu tiên: Ống chân không
a, ENIAC - Electronic Numerical Integrator And Computer
Được thiết kế và xây dựng tại trường ĐH Pennsylvan
Bắt đầu từ 1943 – hoàn thành năm 1946
Bởi giáo sư John Mauchly và học trò John Eckert
Là máy tính điện tử số đầu tiên trên thế giới
Phòng thí nghiệm đạn đạo quân đội (BRL) cần thiết bị có thể cung cấp
bảng quỹ đạo chính xác cho một loại vũ khí mới trong khoảng thời gian cho
phép
Đã không kịp hoàn thành phục vụ chiến tranh. Được tháo rời vào năm 1955
Nhiệm vụ đầu tiên của nó là thực hiện một loạt các tính toán giúp xác
định tính khả thi của bomb hydrogen.
ENIAC
Nặng 30 tấn
Chiếm 1500 m2 diện tích sàn
Gồm 18000 đèn điện tử, 1500 công tắc điện tử
Tiêu thụ 140 kWh
Có khả năng thực hiện 5000 phép tính trên 1s
Tính toán trên số thập phân
Bộ nhớ gồm 20 thanh ghi, mỗi cái có thể giữ 1 số 10 chữ số
Lập trình bằng tay bằng cách đấu nối các đầu cắm điện và dùng
các ngắt điện
+
John von Neumann
b. EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer)
Ý tưởng thiết kế được đưa ra vào năm 1945
Khái niệm chương trình lưu trữ
Do các nhà thiết kế ENIAC, đặc biệt là nhà toán học John von
Neumann
Chương trình được lưu vào trong bộ nhớ cùng với dữ liệu
ALU điều khiển để tính toán trên dữ liệu nhị phân
Bộ điều khiển dịch các tập lệnh trong bộ nhớ và thi hành, điều khiển
hoạt động của các thiết bị vào ra
Máy tính IAS
Hoàn thiện vào năm 1952 bởi viện nghiên cứu cao cấp Princeton
Là nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay.
Cấu trúc của Máy von Neumann
Central Processing Unit (CPU)
Arithmetic-
Logic
Unit (CA)
Main
Memory
(M)
I/O
Equip-
ment
(I, O)
Program
Control
Unit (CC)
+
Format bộ nhớ của máy IAS
lưu trữ cả dữ liệu và lệnh
Bộ nhớ của IAS gồm 1000
cell nhớ (gọi là 1 từ) x 40 bit.
Chữ số được biểu diễn dưới
dạng số nhị phân. Mỗi lệnh là
một mã nhị phân
2x20 bit tập lệnh
Arithmetic-logic unit (ALU)
+
AC
MQ
Input-
output
equipment
Arithmetic-logic
circuits
Cấu trúc
của
máy tính
IAS
MBR
Instructions
and data
IBR
PC
Main
memory
M
IR
MAR
Control
circuits
Control
signals
Addresses
Program control unit
+
Các loại thanh ghi
• Chứa word sắp lưu vào bộ nhớ hoặc sắp được gửi ra cổng
Thanh ghi đệm dữ liệu
I/O
(MDR)
• Có thể nhận một word từ bộ nhớ hoặc từ các cổng I/O
• Chứa địa chỉ bộ nhớ của từ chuẩn bị được đọc
Thanh ghi địa chỉ bộ
nhớ (MAR)
hoặc ghi vào MDR.
Thanh ghi tập lệnh (IR)
Chứa mã lệnh của lệnh sắp được thực thi.
• Được sử dụng để tạm thời lưu trữ lệnh nằm bên tay
phải của 1 từ trong bộ nhớ.
Thanh ghi đệm chứa
tập lệnh (IBR)
• Chứa địa chỉ của cặp lệnh tiếp theo cần lấy từ bộ
nhớ
Bộ đếm chương trình
(PC)
Bộ cộng tích luỹ (AC) Được sử dụng để tạm thời giữ các toán hạng và kết
và bộ nhân chia (MQ) quả của các phép tính trong ALU.
Tập lệnh
trong
IAS
+
Máy tính thương mại
c. UNIVAC - Universal Automatic Computer
1947 – Thành lập Công ty máy tính Eckert-Mauchly để
sản xuất máy tính thương mại
UNIVAC I
Là máy tính thương mại thành công đầu tiên
Được dùng cho cả các ứng dụng khoa học và thương mại
Uỷ quyền bởi Cục điều tra dân số Mỹ để tính toán vào năm 1950
UNIVAC II – hoàn thành vào cuối những năm 1950
Có dung lượng bộ nhớ lớn hơn, nhanh hơn, hiệu suất cao hơn
Tương thích ngược
+
Từng là hãng sản xuất thiết bị
đục lỗ thẻ.
1953 - Máy tính điện tử
chương trình lưu trữ đầu tiên
- 701
Dùng cho tính toán khoa học
d. IBM
1955 - Dòng sản phẩm 702
Tính năng phần cứng làm
nó phù hợp với các ứng
dụng kinh doanh
Dòng máy tính thế hệ
700/7000 đã giúp IBM là nhà
sản xuất máy tính hàng đầu
+
1. Lịch sử phát triển máy tính
1.2 Thế hệ thứ hai: Transistor
Nhỏ gọn hơn
Giá thành rẻ
Toả nhiệt ít hơn ống chân không
Là một thiết bị bán dẫn làm từ silicon
Được phát minh bởi Bell Labs vào năm 1947
Mãi đến cuối những năm 1950, máy tính bán dẫn hoàn
toàn mới chính thức đưa vào thị trường thương mại
+
Máy tính thế hệ thứ hai
Đặc điểm:
1957 - Sự xuất hiện của
Tập đoàn thiết bị số
(Digital Equipment
Corporation -DEC)
Bộ điều khiển và bộ số học
logic phức tạp hơn
Sử dụng các ngôn ngữ lập
trình bậc cao
PDP-1 là máy tính đầu tiên
của DEC
Có các phần mềm hệ thống
cung cấp khả năng:
Bắt đầu sự xuất hiện của
máy tính mini – dòng máy
thống trị ở thế hệ máy tính
thứ ba.
Tải chương trình
Di chuyển dữ liệu tới thiết
bị ngoại vi và thư viện
Thực hiện các tính toán
thông thường
IBM 700/7000 Series
Example Members of the IBM 700/7000 Series
Mag tape
units
CPU
Card
punch
Data
Cấu hình
IBM
channel
Line
printer
Card
reader
7094
Drum
Disk
Multi-
plexor
Data
channel
Data
channel
Disk
Hyper-
tapes
Memory
Teleprocessing
equipment
Data
channel
Lịch sử phát triển máy tính
1.3 Thế hệ thứ ba: Mạch tích hợp
1958 –mạch tích hợp ra đời
Linh kiện rời
Các transistor đơn lẻ, đóng gói khép kín.
Được chế tạo rời, đóng gói trong riêng và được hàn hoặc
nối với nhau lên trên bảng mạch.
Quá trình sản xuất tốn kém và cồng kềnh.
Hai thành viên quan trọng nhất của thế hệ máy tính thứ ba
là IBM System/360 và DEC PDP-8
+
Vi điện tử
Boolean
logic
function
Binary
storage
cell
Input
Input
Output
Output
Read
Write
Activate
signal
(a) Gate
(b) Memory cell
Figure 2.6 Fundamental Computer Elements
+
Mạch tích hợp
Máy tính bao gồm các cổng,
các cell nhớ và đường kết
nối giữa các bộ phận.
Lưu trữ dữ liệu – trên các
cell nhớ
Xử lý dữ liệu –qua các cổng
Cổng và các cell nhớ được
xây dựng bằng những linh
kiện điện tử kỹ thuật số đơn
giản.
Di chuyển dữ liệu – Dữ liệu
được di chuyển trên các
đường dẫn giữa các bộ
phận của máy tính đi vào/ra
bộ nhớ và từ bộ nhớ qua
cổng tới bộ nhớ.
Các linh kiện như điện trở,
transistor và dây dẫn có thể chế
tạo từ chất bán dẫn như silicon.
Điều khiển – tín hiệu điều
khiển được truyền trên các
đường dẫn giữa các bộ
phận.
Nhiều transistor có thể được sản
xuất cùng lúc trên một tấm khuôn
silicon
+
Wafer
Mối quan hệ
giữa
Tấm khuôn,
Chip,
Chip
và
Cổng
Gate
Packaged
chip
Figure 2.7 Relationship Among Wafer, Chip, and Gate
Tải về để xem bản đầy đủ
62 trang
110420
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Lịch sử phát triển của máy tính - Nguyễn Hằng Phương", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_kien_truc_may_tinh_chuong_2_lich_su_phat_trien_cua.pdf
