Kiến trúc máy tính

Máy tính điện tử (MTĐT) ra đời vào đầu thập kỷ thứ tư của thế kỷ 20 và phát triển như vũ bão, làm nên một cuộc cách mạng trong lĩnh vực tính toán và xử lý thông tin, mở ra một kỷ nguyên mới trong lịch sử nhân loại – Kỷ nguyên MTĐT. Cấu tạo của MTĐT ngày càng tinh vi và phức tạp, bao gồm nhiều thành phần khác nhau. Kiến trúc máy tính (KTMT) là ngành khoa học nghiên cứu việc thiết kế các thành phần cấu thành nên MTĐT mà người lập trình có thể nhận thấy được.
MTET không chỉ có các thành phần vật lý, thường được gọi là phần cứng (hardware) mà còn có cả các chương trình để điều khiển sự hoạt động của các thành phần phân cứng, chúng được gọi là phần mềm (software). Việc nghiên cứu thiết kế MTĐT là một bài toán khổng lồ và phức tạp, cầu không ngừng được cải tiến. Chính vì vậy mà người ta phải chia bài toán lớn này thành các bài toán nhỏ hơn, mỗi bài toán nhỏ sẽ giải quyết một vấn đề cụ thể, sử dụng một mức trừu tượng thích hợp.
Giáo trình KTMT này trình bày các vấn đề chung nhất, các thành phần cơ bản nhất cấu thành nên MTĐT hiện đại. Giáo trình được biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin. Tuy nhiên tác giả hy vọng nó cũng hữu ích cho nhiều bạn đọc khác có nhu cầu tìm hiểu lĩnh vực chuyên môn này, nhất là sinh viên các ngành khoa học tự nhiên. Giáo trình gồm 9 chương, nội dung chính của từng chương như sau:
Chương 1 trình bày các khái niệm và nguyên lý cơ bản; Phác hoạ kiến trúc của NITĐT hiện đại như là một dãy các mức. Mức dưới cùng là mức vật lý, đó là phản ung, bên trên là các mức phần mềm, mỗi mức này thể hiện ra như một cái máy ảo, mỗi máy do sử dụng một ngôn ngữ riêng của nó. Chương 1 cũng điểm qua các cột quốc trong lịch sử phát triển của MTĐT
Chương 2: Tổ chức hệ thống máy tính, trình bày các thành phần cầu bản nhất của MTĐT là Bộ xử lý (Processor), Bộ nhớ (Memory) và Hệ thống vào/ra (Input/Output).
Chương 3: Mức logic số, đây là mức thấp nhất trong kiến trúc MTĐT. Tại mức này chúng ta nhìn thấy các phần tử logic và các phần tử nhớ cơ bản, chúng là những loại tế bào cầu thành MTĐT, được điều khiển bởi các tín hiệu điện biểu diễn các gia trị logic () và f. Mức logic số chính là cái máy vật lý, là phần cứng của MTĐT.
Chương 4: Mức vi chương trình. Máy vật lý bao gồm nhiều đơn vị chức năng khác nhau, mỗi đơn vị này thực hiện một vài thao tác hết sức đơn giản, được coi là sơ cấp. Chương này nghiên cứu cách thức điều khiển và phối hợp hoạt động của các đơn vị chức năng, để máy vật lý thực hiện được các thao tác sơ cấp một cách hiệu quả nhất.
Chương 5: Mức máy thông thường. Tại mức này có một ngôn ngữ thường được các nhà sản xuất MTĐT gọi là “Ngôn ngữ máy”. Thực chất đây không phải là ngôn ngữ để “nói chuyện” trực tiếp với phần cứng của MTĐT, mà nó được xây dựng dựa triển các vì chương trình, được nhà sản xuất nhúng sẵn vào trong phần cứng (firmware). Mục đích của việc này là để đưa ra cho người lập trình một ngôn ngữ để hiểu hơn so với ngôn ngữ lập vi chương trình.
Chương 6: Mức máy hệ điều hành. Việc “nói chuyện” với MTĐT bằng ngôn ngữ Mức máy thông thường vẫn còn phức tạp, nhất là khi chúng ta muốn máy thực hiện các thao tác vào/ra. Hệ điều hành sẽ khắc phục vấn đề đó, ngoài ra nó còn thực hiện chức năng quản lý bộ nhớ và các tiến trình,
Chương 7: Mức ngôn ngữ asseubly. Chương này tác giả chỉ giới thiệu sơ lược vì các bạn dọc là sinh viên ngành Công nghệ Thông tin chắc chắn sẽ có một môn học bắt buộc về lập trình bảng ngôn ngữ assembly.
Chương 8: Trình bày về nguyên lý hoạt động của một số thiết bị ngoại vi thông dụng như bàn phím, màn hình, máy in, ổ đĩa.
Chương 9: Trình bày khá chi tiết về máy vi tính IBM PC, trong đó có các thành phần cơ bản của hệ điều hành DOS và cách DOS tổ chức thông tin trên đĩa. Chương này liên quan đến các kiến thức cụ thể, mang nhiều tính ứng dụng thực tế.
Giáo trình KTMT này đã được sử dụng làm tài liệu giảng dạy từ năm 1989 ở Khoa Toán-Cơ-Tin học và sau đó là Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội. Từ năm 1998 đến nay, giáo trình được sử dụng cho sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Khoa Công nghệ nay là Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn giáo sư Nguyễn Khang Cường đã cho nhiều nhận xét, chỉ bảo xác đáng trong quá trình biên soạn lần thứ nhất, năm 1998. Tác giả cũng xin cám ơn giảng viên Hồ Đắc Phương, Khoa Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, dã dọc giúp bản thảo và cho nhiều ý kiến đóng góp trong lần xuất bản này.
Mặc dù đã cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn hẹp, chắc chắn không tránh khỏi việc vẫn còn thiếu sót. Tác giả chân thành mong muốn nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy, các bạn đồng nghiệp, các bạn sinh viên và bạn đọc về mọi mặt của giáo trình.