Bài giảng Cấu trúc máy tính

Nội dung text: Bài giảng Cấu trúc máy tính

1. GiỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TÍNH Khái niệm chung về máy tính Phân loại máy tính Sự tiến hóa của máy tính
2. I.KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY TÍNH Máy tính(Computer): là thiết bị điện tử thực hiện các chức năng sau: ➢ Nhận thông tin vào . ➢ Xử lý thông tin. ➢ Xuất thông tin ra. Chương trình(Program) : Là dãy các câu lệnh nằm trong bộ nhớ máy tính, nhằm mục đích hướng dẫn máy tính thực hiện các công việc cụ thể của chương trình.
3. Phần mềm (Software): Bao gồm các chương trình và dữ liệu. ✓ Vd: Phần mềm diệt virus,phần mềm đánh chữ(Unikey) Phần cứng (Hardware): Bao gồm các thành phân vật lí tạo thành lên hệ thống máy tính. ✓ CPU,Card màn hình,Màn hình, .
4. Cấu trúc máy tính (Computer Structure): Là những thành phần của máy tính và những liên kết giữa các thành phần.Bao gồm 4 thành phần chính: ➢ Bộ xử lý: Điều kiển và xử lý số liệu. ➢ Bộ nhớ: Chứa chương trình và dữ liệu. ➢ Hệ thống vào ra: Trao đổi thồng tin giữa máy tính với bên ngoài. ➢ Liên kết giữa các hệ thống: Là liên kết kết nối các thành phần của máy tính lại với nhau.
5. ❖ Mô hình phân lớp của hệ thống
6. ❖ Mô hình cơ bản
7. Chức năng của máy tính (ComputerFunction) bao gồm: ➢ Xử lý dữ liệu. ➢ Lưu trữ dữ liệu. ➢ Vận chuyển dữ liệu. ➢ Điều khiển
8. II.PHÂN LOẠI MÁY TÍNH Phương pháp truyền thông Phân loại Phương pháp hiện đại
9. 1.Phân loại theo phương pháp truyền thông Máy vi tính(Microcomputer) Máy tính nhỏ(Minicomputer) Máy tính lớn(Mainframe Computer) Siêu máy tính(Super Computer) 2.Phân loại theo phương pháp hiện đại Máy tính để bàn(desktop Computer) Máy chủ (Severs) Máy tính nhúng(Embedded Computer)
10. ▪ Máy Tính để bàn(Desktop Computer): - Là loại máy thông dụng nhát hiện nay. - Bao gồm: máy tính cá nhân(PC) và máy trạm(Workstation Computer). ▪ Máy chủ (Severs): - Là máy phục vụ. - Dùng trong mạng theo mô hình Clien/Server - Có tốc độ,bộ nhớ và độ tin cậy cao. ▪ Máy tính nhúng: -Được đặt trong nhiều thiết bị khác nhau để điều khiển các thiết bị làm việc -Được thiết kế chuyên dụng. -vd: ĐT di động,router định tuyến.
11. III.SỰ TIẾN HÓA CỦA MÁY TÍNH Sự phát triển của máy tính chia ra 4 thế hệ: ✓ Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân không(Vacumm Tube) 1946-1955 ✓ Thế hệ 2: Máy tính dùng Transitor (1955- 1965) ✓ Thế hệ 3: máy tính dùng mạch tích hợp IC (Intergated Circuit) 1966- 1980. ✓ Thế hệ 4: Máy tính dùng mạch tích hợp cực lớn VLSI (Very Large Scale Intergarted) 1980 đến nay
12. IV.CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH * Sơ đồ cấu trúc của máy tính:
13. 1. Bộ xử lí trung tâm (CPU - Central Processing Unit) CPU là thành phần quan trọng nhất của máy tính, nơi tiếp nhận thông tin từ thiết bị nhập để thực hiện và điều khiển việc thực hiện chương trình. CPU gồm hai bộ phận chính: ✓ Bộ điều khiển (CU - Control Unit): không trực tiếp thực hiện chương trình mà hướng dẫn các bộ phận khác của máy tính làm điều đó ✓ Bộ số học/lôgic (ALU - Arithmetic/Logic Unit):thực hiện các phép toán số học và lôgic, các thao tác xử lí thông tin đều là tích hợp của các phép toán này
14. Ngoài hai bộ phận chính nêu trên, CPU còn có thêm một số thành phần khác như thanh ghi (Register) và vùng nhớ kết (Cache) ✓ Thanh ghi là vùng nhớ đặc biệt được CPU sử dụng để lưu trữ tạm thời các lệnh và dữ liệu đang được xử lí. Tốc độ truy cập đến thanh ghi là rất nhanh. ✓ Cache đóng vai trò trung gian giữa bộ nhớ và các thanh ghi. Tốc độ truy cập đến cache là khá nhanh.
15. 2. Bộ nhớ trong(Main Memory) Bộ nhớ trong là nơi chương trình được đưa vào để thực hiện và là nơi lưu trữ dữ liệu đang được xử lý. Bộ nhớ trong gồm hai phần: ROM (Read Only Memory - Bộ nhớ chỉ đọc) và RAM (Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên). ✓ ROM (Read Only Memory): Nơi lưu trữ chương trình, dữ liệu được lập bởi nhà sản xuất, có nhiệm vụ chỉ đọc ra TT,không thể ghi, sửa, xóa được. TT không mất khi tắt máy, mất điện. ✓ RAM (Random Access Memory): là phần bộ nhớ có thể đọc, ghi dữ liệu trong lúc làm việc. Khi tắt máy, dữ liệu trong RAM sẽ bị mất đi.
16. 3. Bộ nhớ ngoài (Secondary memory) Bộ nhớ ngoài dùng để lưu trữ lâu dài dữ liệu và hỗ trợ cho bộ nhớ trong. Bộ nhớ ngoài của máy tính thường là đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa CD, thiết bị nhớ flash.
17. 4. Thiết bị vào/ra (Input/Output device) Thiết bị vào: bàn phím,chuột,máy quét,webcam Thiết bị ra:Màn hình,máy in,máy chiếu,loa
18. V. HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY TÍNH Hoạt động cơ bản của Máy tính là thực hiện chương trình. Máy tính lặp đi lặp lại quá trình thực hiện lệnh gồm hai bước cơ bản: Nhận lệnh (Fetch) Thực hiện lệnh (Execute) Thực hiện chương trình dừng khi: Mất nguồn,gặp lệnh dừng,gặp tình huống không giải quyết được(lỗi)
19. Chu trình Begin thực hiện lệnh Nhập lệnh Thực thi lệnh End
20. 1. Quá trình nhận lệnh: Bắt đầu mỗi chu kỳ lệnh,CPU nhận lệnh từ bộ nhớ chính. Bộ đếm chương trình thanh ghi PC giữ địa chỉ của lệnh sẽ được nhận. CPU lấy lệnh từ ngăn nhớ được trỏ bởi PC đưa vào thanh ghi lệnh IR lưu giữ Sau mỗi lệnh được nhận thì nội dung của thanh ghi PC tự động tăng để trỏ tới lệnh kế tiếp.
21. 2. Quá trình thực hiện Bộ xử lý giải mã lệnh đã được nhận và phát tín hiệu điều khiển thực hiện thao tác mà lệnh yêu cầu. Các kiểu thao tác của lệnh: ✓ Thực hiện trao đổi giữa CPU và bộ nhớ chính ✓ Thực hiện trao đổi giữa CPU và Module I/O. ✓ Xử lý dữ liệu thực hiện các phép toán số học và logic. ✓ Điều khiển rẽ nhánh. ✓ Kết hợp các thao tác trên.
22. * Ngắt (Interrupt) Khái niệm : Ngắt là cơ chế cho phép CPU tạm dừng chương trình đang thực hiện chuyển sang thực hiện một chương trình khác, gọi là chương trình con phục vụ ngắt. Các loại ngắt ✓ Ngắt do lỗi thực hiện chương trình: chia cho 0 ✓ Ngắt do lỗi phần cứng: lỗi RAM ✓ Ngắt do module I/O phát ra tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi dữ liệu
23. * Hoạt động ngắt: ✓ Sau khi hoàn thành một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt. ✓ Nếu không có ngắt thì bộ xử lý tiếp tục nhận lệnh tiếp theo. ✓ Nếu có tín hiệu ngắt: • Tạm dừng chương trình đang thực hiện. • Cất ngữ cảnh (thông tin có liên quan đến chương trình đang thực hiện). ✓ Thiết lập chương trình PC trỏ đến chương trình con phục vụ ngắt ✓ Chuyển sang thực hiện chương trình con phục vụ ngắt. ✓ Cuối chương trình con phục vụ ngắt,khôi phục lại ngữ cảnh và tiếp tục chương trình đang bị tạm dừng.
24. Bắt đầu Nhận lệnh Thực hiện Dừng N Y Ngắt Chương trình con ? phục vụ ngắt
25. VI.LIÊN KẾT HỆ THỐNG 1.Khái niệm chung về BUS: - Là tập hợp các đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin giữa CPU,bộ nhớ trong, các bộ phận nhập-xuất thông tin thông qua các hệ thống bus. -Độ rộng Bus: là số đường dây của Bus có thể truyền thông tin đồng thời (chỉ dùng cho bus địa chỉ và bus dữ liệu)
26. 2.Phân cấp Bus trong máy tính ❑ Phân cấp Bus trong máy tính: ● Bus của bộ xử lý ● Bus của bộ nhớ chính ● Các bus vào-ra ❑ Các bus khác nhau về tốc độ, ❑ Bus bộ nhớ chính và các bus vào-ra không phụ thuộc vào bộ xử lý cụ thể. 3. Phân loại bus: Theo tổ chức phần cứng (Bus trong vi xử lý và bus bộ vi xử lý) Theo nghi thức truyền thông Theo loại tín hiệu truyền trên bus (địa chỉ, dữ liệu, điều khiển)
27. Theo loại tín hiệu truyền trên bus(địa chỉ, dữ liệu, điều khiển) Bus địa chỉ (Address bus) ❑ Chức năng: vận chuyển địa chỉ từ CPU đến mô-đun nhớ hay mô-đun vào-ra để xác định ngăn nhớ hay cổng vào-ra mà CPU cần trao đổi thông tin. ❑ Độ rộng bus: xác định dung lượng bộ nhớ cực đại của hệ thống ➢ Nếu độ rộng bus địa chỉ là N bit (gồm N đường dây A0, A1, A2, , AN-1) thì: ✓ Có khả năng vận chuyển được N bit địa chỉ đồng thời ✓ Có khả năng đánh địa chỉ tối đa được 2N ngăn nhớ =2N byte => gọi là không gian địa chỉ bộ nhớ.
28. Bus dữ liệu (Data bus) ❑ Chức năng: ✓ Vận chuyển dữ liệu từ bộ nhớ đến CPU. ✓ Vận chuyển dữ liệu giữa CPU, mô-đun nhớ, mô-đun vào- ra với nhau ❑ Độ rộng bus dữ liệu: ✓ Xác định số bit dữ liệu có thể được trao đổi đồng thời. ✓ Nếu độ rộng bus dữ liệu là M bit thì (gồm M đường dây D0, D1, , DM-1) thì: nghĩa là đường bus dữ liệu đó có thể vận chuyển đồng thời được M bit dữ liệu. ✓ M thường là 8, 16, 32, 64,128 bit.
29. Bus điều khiển (Control bus) ❑ Chức năng: vận chuyển các tín hiệu điều khiển ❑ Các loại tín hiệu điều khiển: ✓ Các tín hiệu điều khiển đọc/ghi ✓ Các tín hiệu điều khiển ngắt ✓ Các tín hiệu điều khiển bus: đk mô-đun nhớ hay tín hiệu vào-ra