- TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI GIẢNG CẤU TRÚC MÁY TÍNH (Computer Structure) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 1 Giới thiệu Cấu trúc Máy tính (Computer Structure) Trình bầy: Đinh Đồng Lưỡng.
- ĐT Mobile Email:
[email protected] GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 2 Mục đích và yêu cầu Mục đích.
- Tìm hiểu cấu trúc và tổ chức các máy tính.
- Giới thiệu cấu trúc máy tính tiên tiến của Intel.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 3 Tài liệu tham khảo (sách) 1.Willian Stallings - Computer Organization and Architecture.
- Hệ thống máy tính.
- Biểu diễn dữ liệu và số học máy tính.
- Bộ nhớ Máy tính.
- xử lý thông tin theo chương trình nhớ sẵn bên trong bộ nhớ máy tính.
- Máy tính thực hiện theo chương trình.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 8 1.1 Khái niệm chung Phần mềm (Software): Bao gồm chương trình và dữ liệu.
- Cấu trúc máy tính(Computer Structure): là những thành phần của máy tính và những liên kết giữa các thành phần.
- Ở mức cao nhất máy tính bao gồm 4 thành phần: GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 10 1.1 Khái niệm chung Bộ xử lý : điều khiển và xử lý số liệu.
- Hệ thống vào ra : trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài.
- Sử dụng 18000 bóng đèn điện tử (vacuum tubes) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 23 Máy tính Von Neumann Máy tính IAS(Institute for Advanced Studies.
- Máy tính thực hiện lệnh một cách tuần tự.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 31 1.Bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit.
- To càng nhỏ thì bộ xử lý chạy càng nhanh Ví dụ: Một máy tính Pentium 4 tốc độ 2GHz Ta có fo=2GHz=2.109Hz To= 1/fo ns GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 32 2.
- Bộ nhớ máy tính Chức năng: Lưu trữ chương trình và dữ liệu.
- Các thành phần chính Bộ nhớ trong (Internal Memory) Bộ nhớ ngoài (External Memory) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 33 Bộ nhớ trong(Internal Memory.
- Cache có thể có hoặc không GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 36 2.
- Bộ nhớ máy tính Chi tiết cấu trúc bộ nhớ Cache GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 37 Bộ nhớ ngoài(External memory) Chức năng và đặc điểm Lưu trữ tài nguyên phần mềm Máy tính.
- Bộ nhớ bán dẫn: flash Disk, memory Card, pen Disk,… GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 38 Hệ thống vào ra (Input/Output System.
- Các Module I/O (IO Module) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 39 Hệ thống vào ra (Input/Output System.
- Cấu trúc vào ra cơ bản Port I/O Tbị ngoại vi 1 Bus máy tính Port I/O Tbị ngoại vi 2 Mo_ dule I/O Port I/O Tbị ngoại vi n GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 40 Thiết bị ngoại vi (Peripherals) Các thiết bị ngoại vi (Peripherals.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 42 2.2 Hoạt động của máy tính 1.
- Thực hiện chương trình Là hoạt động cơ bản của Máy tính.
- Mất nguồn Gặp lệnh dừng Gặp tình huống không giải quyết được(lỗi) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 43 Chu kỳ thực hiện lệnh Begin Nhận lệnh Thực thi lệnh End GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 44 1.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 45 1.
- 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 Hoạt động của ngắt GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 51 2.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 52 2.
- Chu kỳ lệnh với ngắt Bắt đầu Nhận lệnh Thực hiện Dừng N Y Chương trình Ngắt? con phục vụ ngắt GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 53 2.
- Vì vậy có thể xảy ra tình trạng ngắt lồng nhau GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 54 3.
- Module vào ra trao đổi dữ liệu trực tiếp với bộ nhớ chính GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 55 2.3 Liên kết hệ thống 1.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 58 2.
- Pentium II, III,IV n=36 236(64GB) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 61 2.3 Liên kết hệ thống BUS dữ liệu: Chức năng: vận chuyển lệnh từ bộ nhớ.
- m=64 GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 62 2.3 Liên kết hệ thống BUS điều khiển: Tập hợp các tín hiệu điều khiển gồm có Các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển Module nhớ và Module vào ra.
- Một số tín hiệu điển hình GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 63 2.3 Liên kết hệ thống Tín hiệu (MemR) điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ từ ngăn nhớ xác định.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 64 2.3 Liên kết hệ thống Đặc điểm của cấu trúc đơn BUS.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 69 Phần trao đổi và giải đáp GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 70 Tóm tắt chương 2 Đặc điểm kiến trúc Von Neumann.
- Cấu trúc và chức năng cơ bản của hệ thống máy tính.
- Quy trình thực hiện chương trình trong máy tính.
- Cấu trúc đa bus trong máy tính.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 73 Hệ thập phân (decimal) Bộ ký tự cơ sở gồm 10 số: 0…9 Dạng tổng quát: an-1an-2an-3…a1a0,a-1 a-2…a-m n −1 A.
- Ví dụ: 123,45 Phần nguyên dư dư dư 1 =123,45 Phần phân GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 74 Hệ nhị phân (Binary) Hệ thập lục phân (Hexadecimal) Hệ nhị phân(Binary) Bộ ký tự cơ sở gồm 2 số: 0,1 Dạng tổng quát: an-1an-2an-3…a1a0,a-1 a-2…a-m n −1 A.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 75 3.2 Mã hoá và lưu trữ trong máy tính Nguyên tắc chung về mã hoá dữ liệu Mọi dữ liệu được đưa vào máy tính được mã hoá thành số nhị phân.
- big endian Power PC & Itanium: tích hợp cả hai cách trên GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 80 3.3.
- n GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 82 Số nguyên có dấu Số bù một và số bù hai ĐN: Cho một số nhị phân N được biểu diễn bởi n bit.
- B GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 87 Ví dụ 2 Ví dụ 2: Biểu diễn số nguyên có dấu sau đây A=+97 và B=-101 theo hai dạng kiểu n=8bit và n=16bit trong máy tính.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 88 Ví dụ 2 Biểu diễn số A dạng số nguyên có dấu trong máy tính A n=16bit.
- B GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 89 3.4 Biểu diễn số dấu chấm động Cho hai giá trị: Khối lượng mặt trời g Khối lượng điện tử g Để lưu trữ con số này thì máy tính cần đến số bit rất lớn.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 90 3.4 Biểu diễn số dấu chấm động Dạng tổng quát M.RE Trong đó: M (Matissa) phần định trị R (Radix) cơ số E(Exponent) số mũ X=(-1)s 1.M 2E-B Trong đó: s: là bit dấu (s=0 phần định trị là dương.
- giá trị bằng 0 Dải biểu diễn: 2-127 đến 2+127 hay tương đương 10-38 đến Overflow Underflow Overflow GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 97 3.5 Biểu diễn ký tự.
- Trong đó GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 98 3.5 Biểu diễn ký tự.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 99 3.5 Biểu diễn ký tự.
- Mã hóa dữ liệu trong máy tính.
- Lưu trữ dữ liệu trong máy tính GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 102 Đặt câu hỏi Câu 1: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi thực hiện đoạn lệnh sau: Var a: shortint.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 103 Đặt câu hỏi Câu 2: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi thực hiện đoạn lệnh sau: Var a: shortint.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 104 Đặt câu hỏi Câu 3: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi thực hiện đoạn lệnh sau: Var a: shortint.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 105 Đặt câu hỏi Câu 4: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi thực hiện đoạn lệnh sau: Var b : integer absolute 3715:100.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 106 Đặt câu hỏi Câu 5: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi thực hiện đoạn lệnh sau: Var b : integer absolute 3715:100.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 109 a.
- Cấu trúc CPU CPU Register ALU Control Unit Control Data Address Bus Bus Bus System bus GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 110 b.
- Mô hình kết nối của ALU Dliệu vào từ thanh ghi Kết quả T.h điều khiển ALU Thanh ghi cờ GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 111 c.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 112 c.
- h điều khiển Control bên trong CPU Unit Clock T.h yêu cầu từ T.h điều khiển đến BUS hệ thống BUS hệ thống BUS ĐIỀU KHIỂN GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 113 c.
- Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU đó là Bộ nhớ hay cổng vào ra GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 114 4.2 Tập thanh ghi Chức năng Thực chất là vùng nhớ được CPU nhận biết qua tên thanh ghi và có tốc độ truy xuất cực nhanh.
- Thanh ghi lệnh: thanh ghi chứa lệnh đang được thực hiện GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 116 4.2 Tập thanh ghi Một số thanh ghi điển hình Bộ đếm chương trình PC Ngăn xếp SS (Stack.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 123 4.3 Tập lệnh Các lệnh vào ra Các lệnh điều khiển hệ thống Lệnh Input.
- Từ nhớ Khối nhớ GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 136 5.1 Tổng quan Phương pháp truy nhập.
- Thời gian truy nhập Chu kỳ truy xuất bộ nhớ Tốc độ truyền GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 137 5.1 Tổng quan Kiểu bộ nhớ vật lý.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 140 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only Memory) Bộ nhớ không khả biến Sử dụng để lưu các thông tin sau.
- k đường địa chỉ 2k từ nhớ (n bit từ nhớ) n đường dữ liệu ra GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 141 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Các kiểu ROM: ROM mặt nạ, PROM: Programmable ROM, EPROM: Erasable PROM, EEPROM Electrically EPROM, Flash Memory ( Bộ nhớ cực nhanh): Ghi theo khối, xoá bằng điện.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 142 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM : Random Access Memory.
- Bộ nhớ khả biến Lưu thông tin tạm thời Có hai loại chính là SRAM (Static RAM) và DRAM (Dynamic RAM) n đường dữ liệu vào k đường địa chỉ 2k từ nhớ Read Write (n bit từ nhớ) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính n đường dữ liệu ra 143 5.2 Bộ nhớ bán dẫn RAM tĩnh (SRAM: Static RAM.
- Dùng làm cache Giá thành cao GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 144 5.2 Bộ nhớ bán dẫn RAM động (DRAM: Dynamic RAM.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 145 Bộ nhớ chính Các đặc trưng cơ bản Tồn tại trên mọi hệ thống máy tính Chứa chương trình đang thực hiện và các dữ liệu có liên quan.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 149 Thiết kế Mudule nhớ Thiết kế tăng số lượng từ nhớ Giả thiết: Cho các chip nhớ có dung lượng 2n x m bit.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 157 Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ Khi đọc dữ liệu ra có khả năng sau.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 160 Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ Ví dụ 2: Phát hiện lỗi bằng mã dư thừa CRC (Cycle Redundary Check).
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 161 Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ Ví dụ.
- thương 1110 phần dư phép chia Xâu cần truyền đi T(x) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 162 Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ Ví dụ 3: Mã sửa lỗi Hamming Nguyên tắc: Một từ mã Hamming gồm m bit dữ liệu và k bit kiểm tra chẵn lẻ.
- Bên thu tính ra bit kiểm tra: C C C Nếu module 2 số này ta được C1,C3 thay đổi và vị trí thay đổi là 101 (5)) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 164 5.3 Bộ nhớ đệm nhanh Nguyên tắc.
- Cache thường được đặt trong chip vi xử lý GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 165 5.4 Bộ nhớ đệm nhanh Thao tác của Cache CPU yêu cầu lấy nội dung của một ngăn nhớ bằng việc đưa ra một địa chỉ xác định ô nhớ.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 174 5.3 Bộ nhớ đệm nhanh GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 175 5.3 Bộ nhớ đệm nhanh Phương pháp ánh xạ liên kết (Associative mapping.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 176 5.3 Bộ nhớ đệm nhanh GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 177 5.3 Bộ nhớ đệm nhanh Word Tag 22 bit 2 bit 22 bit Tag để lưu trữ Block 4 byte dữ liệu.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 180 5.3 Bộ nhớ đệm nhanh GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 181 5.3 Bộ nhớ đệm nhanh Word Tag 9 bit Set 13 bit 2 bit Sử dụng tập hợp để biết tập nào được truy xuất.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 184 Cache trong các bộ xử lý Intel Ghi sau (Write back): Dữ liệu xử lý chỉ được ghi ra Cache, tốc độ nhanh.
- Cấu trúc Máy tính 187 Đĩa quang (CD-ROM, DVD.
- Cung cấp bộ nhớ lớn GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 192 GiỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ RAID Đặc điểm chúng của RAID RAID là tập hợp các ổ đĩa vật lý được nhìn từ hệ điều hành như ổ đĩa logic đơn.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 203 RAID LEVEL 1 GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 204 Đặc điểm chung RAID mức 1 Là mức rất khác so các mức còn lại về cách lưu trữ dữ liệu dư thừa.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 221 6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra Phân loại.
- 37Ah) LPT2: 3BCh LPT3: 278h LPT4: 2BCh GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 226 Ví dụ cổng ghép nối song song(LPT.
- giá_trị Để nhập vào dữ liệu: bien:=port[địa_chỉ] GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 227 Ví dụ cổng ghép nối tiếp(COM.
- 3FBh) COM2: 2F8h COM3: 3E8h COM4: 2E8h GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 228 6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra Phân loại.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 232 6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra Các phương pháp nối ghép Sử dụng nhiều đường yêu cầu ngắt.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 233 6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra CPU phát ra tín hiệu chấp nhận ngắt đến Module đầu tiên.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 234 6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra Truy nhập bộ nhớ trực tiếp (DMA: Direct Memory Access) Với nhược điểm chính của hai phương pháp trên là: CPU tham gia trực tiếp vào trao đổi dữ liệu và việc trao đổi lượng dữ liệu nhỏ.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 240 6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra Bộ xử lý vào ra Việc điều khiển vào ra được sử dụng bởi một bộ điều khiển vào ra chuyên dụng.
- GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 244 THE END GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 245