Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Lịch sử phát triển của máy tính

+ Chương 2
Lịch sử phát triển của máy tính
+
Chương 2. Lịch sử phát triển của máy
tính
1. Sơ lược lịch sử phát triển máy tính
2. Các đặc tính thiết kế máy tính
3. Chip đa nhân
4. Kiến trúc x86
5. Hệ thống nhúng
6. Đánh giá hiệu suất máy
+
1. Sơ lược lịch sử phát triển máy tính
+
1. Sơ lược lịch sử phát triển máy tính
1. ENIAC:
 Electronic Numerical Integrator And Computer
 Được thiết kế và xây dựng tại trường Đại Học Pennsylvania
 Bắt đầu xây dựng từ năm 1943 – hoàn thành vào năm 1946
 Bởi giáo sư John Mauchly và người 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 cho nỗ lực 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.
a. Máy tính thế hệ đầu tiên: Ống chân không
ENIAC
Nặng
30 
tấn
Chiếm
1500
m2
diện
tích
sàn
Gồm
18000
đèn
điện
tử,
1500
công
tắc
điện
tử
Tiêu
thụ
14 
kWh
Có khả
năng
thực
hiện
5000
phép
tính
trên
1s
Tính
toán
trên
số
thập
phân
Bộ nhớ
gồm
20 
thanh
ghi: lưu
trữ số
thập phân
10 chữ số
Lập trình
thủ công
bằng
cách
thiết lập
các công
tắc và
cắm và
rút dây
cáp
+EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer)
 Dưới dạng bản thảo: ý tưởng thiết kế được đưa ra vào năm 1945
 Khái niệm chương trình lưu trữ (stored-program)
 Được đưa ra bởi các nhà thiết kế ENIAC, đặc biệt là nhà toán học John von 
Neumann
 Chương trình được biểu diễn dưới dạng thích hợp để lưu vào bộ nhớ cùng
với dữ liệu
IAS computer
 Viện nghiên cứu Princeton (Princeton Institute for Advanced Studies)
 Là nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay.
 Hoàn thiện vào năm 1952
2. Các máy Von Neumann
IAS computer
Cấu trúc
+ IAS computer (tiếp)
Format bộ nhớ của máy IAS
 Cả dữ liệu và lệnh đều được lưu
trữ trong đây
 Chữ số được biểu diễn dưới dạng
số nhị phân. Mỗi lệnh là một mã
nhị phân
 Bộ nhớ của máy IAS gồm 1000 
ô nhớ (gọi là các từ (word)). Mỗi
ô chứa 40 bit nhị phân.
+
Cấu trúc mở 
rộng
của
máy tính
IAS
+ IAS computer (tiếp)
Các loại thanh ghi
•Chứa từ (word) sắp lưu vào trong bộ nhớ hoặc sắp được gửi ra cac cổng I/O.
•Hoặc được sử dụng để nhận một từ từ trong bộ nhớ hoặc từ các cổng I/O.
Thanh ghi bộ nhớ đệm
(Memory buffer register -
MBR)
•Chỉ định địa chỉ bộ nhớ của từ (word) chuẩn bị được đọc hoặc ghi vào MBR.
Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ
(Memory address register -
MAR)
•Chứa mã tác vụ 8 bit của lệnh đang được thực thi.
Thanh ghi tập lệnh
(Instruction register - IR)
•Được sử dụng để tạm thời lưu trữ lệnh nằm bên tay phải của 1 từ (word) 
trong bộ nhớ.
Thanh ghi bộ nhớ đệm
chứa tập lệnh (Instruction 
buffer register -IBR)
•Lưu giữ địa chỉ bộ nhớ của cặp lệnh tiếp theo.
Bộ đếm chương trình
(Program counter - PC)
•Được sử dụng để tạm thời giữ các toán hạng và kết quả của các phép tính
trong ALU.
Bộ cộng tích luỹ (AC) và bộ
Nhân chia (MQ)
+Hoạt động
IAS
+Tập lệnh trong
IAS
Bảng 2.1
Table 2.1 The IAS Instruction Set
+Tập lệnh trong
IAS (tiếp)
Bảng 2.1
Table 2.1 The IAS Instruction Set
+
3. Máy tính thương mại
 1947 – Eckert and Mauchly thành lập Công ty máy tính Eckert-
Mauchly để sản xuất máy tính thương mại
 UNIVAC I (Universal Automatic Computer)
 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 và hiệu suất cao hơn
 Tương thích ngược: các chương trình viết cho các máy cũ có thể 
được thực hiện trên máy mới
UNIVAC
+ Từng là hãng sản xuất thiết bị đục lỗ thẻ.
 Chế tạo máy tính điện tử lưu trữ - chương trình đầu tiên (701) vào năm 
1953: chủ yếu dành cho các ứng dụng khoa học
 Dòng sản phẩm 702 được giới thiệu vào năm 1955: tính năng phần cứng 
làm nó phù hợp với các ứng dụng kinh doanh
 Loạt máy tính thế hệ 700/7000 đã giúp IBM là nhà sản xuất máy tính 
thống trị áp đảo
3. Máy tính thương mại (tiếp)
IBM
+Sự ra đời của transistor (linh kiện bán dẫn): là một thiết bị rắn làm từ 
silicon
Đặc điểm:
 Nhỏ gọn
 Giá thành rẻ
 Tản nhiệt ít hơn ống Vacuum
 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
b. Máy tính thế hệ thứ hai: transistor
1. Sơ lược lịch sử phát triển máy tính
+
Đặc điểm máy tính thế hệ thứ hai
 Sử dụng transistor:
 Hiệu năng xử lý tốt hơn, dung lượng bộ nhớ lớn hơn, kích thước nhỏ hơn
 Một số thay đổi khác:
 CU và ALU phức tạp hơn
 Sử dụng các ngôn ngữ lập trình bậc cao
 Xuất hiện các phần mềm hệ thống (giống như các hệ điều hành hiện đại như 
Window hay Linux) cho phép:
 Tải chương trình
 Di chuyển dữ liệu tới các thiết bị ngoại vi và thư viện
 Thực hiện các tính toán thông thường
 Giai đoạn này cũng đánh dấu sự xuất hiện của công ty DEC (Digital 
Equipment Corporation -DEC) vào năm 1957.
 PDP-1 là máy tính đầu tiên của DEC: máy tính mini đầu tiên – dòng máy 
thống trị ở máy tính thế hệ thứ ba.
 Máy tính nổi bật ở thế hệ này là dòng máy IBM 7000 của hãng IBM 
(slide sau)

Bảng 2.3
Một số thông số của các dòng máy 
tính IBM 700/7000 Series
Table 2.3 Example Members of the IBM 700/7000 Series
CPU
Memory
Figure 2.5 An IBM 7094 Configuration
Data
channel
Mag tape
units
Card
punch
Line
printer
Card
reader
Drum
Disk
Disk
Hyper-
tapes
Teleprocessing
equipment
Data
channel
Data
channel
Data
channel
Multi-
plexor
Cấu hình
IBM
7094
c. Máy tính thế hệ thứ ba: Vi mạch – Mạch tích hợp 
(Intergated Circuit – IC)
1. Sơ lược lịch sử phát triển máy tính
 Từ năm 1950 đến 1960, máy tính được chế tạo từ các linh kiện rời 
(transistor, điện trở, tụ điện)
 Các