Bài giảng Nhập môn điện toán - Chương 2: Phần cứng
Chương 2. PHẦN CỨNG
2.1 Hệ thống máy tính
2.2 Kiến trúc máy tính
2.3 Thiết bị xuất nhập
Slide 1
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
1. Hệ thống máy tính
• Hệ thống máy tính có các khối chức năng sau :
– Khối nhập (input).
– Bộ nhớ chính (memory).
– Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central processing unit).
– Khối xuất (output).
– Bộ nhớ phụ (storage).
– Thiết bị ngoại vi (peripherals).
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Slide 2
Khối nhập - Input
Giữ vai trò nhận dữ liệu cho máy tính.
Có nhiệm vụ chuyển đổi các thông tin từ thế giới ngoài thành dữ
liệu mà máy tính có thể xử lý.
Có rất nhiều thiết bị có thể làm việc này nhưng bàn phím (keyboard)
là thiết bị được dùng phổ biến nhất.
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 3
Bộ nhớ chính - Main memory
Còn gọi là bộ nhớ RAM hay bộ nhớ bán dẫn.
Có 2 chức năng chính :
Chứa tạm chương trình đang được sử dụng để xử lý thông tin.
Chứa tạm dữ liệu.
Dữ liệu dùng trong máy tính có 3 loại :
Dữ liệu ban đầu nhận từ khối nhập.
Dữ liệu trung gian đang dược xử lý.
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Slide 4
Đơn vị xử lý trung tâm - CPU
Thường còn gọi là bộ xử lý (processor), vi xử lý (micro-processor).
CPU có nhiệm vụ thi hành lệnh của chương trình và xử lý các dữ
liệu trong chương trình.
Trong CPU có 2 phần chính :
Đơn vị số học luận lý ALU (Arithmetic / logic unit).
Đơn vị điều khiển (control unit).
ALU dùng để tính toán các phép số học (cộng, trừ, nhân, chia) và
các phép luận lý (not, and, or, xor).
Đơn vị điều khiển chi phối toàn bộ hoạt động của máy tính bằng
cách lấy lệnh từ bộ nhớ, giải mã lệnh và thực hiện lệnh đó.
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 5
Khối xuất - Output
Ngược lại với khối nhập, khối xuất chuyển dữ liệu mà máy
xử lý (số nhị phân) ra thành dạng thông tin mà con người có
thể chấp nhận.
Hai thiết bị thông dụng dùng trong khối này là màn hình và máy
in.
Đôi khi các thông tin mà máy tính đưa ra cần được xử lý tiếp
sau này nên còn phải được lưu trên bộ nhớ phụ (chủ yếu là trên
đĩa từ).
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 6
Bộ nhớ phụ - Storage
Cung cấp cho máy tính chức năng lưu trữ, sắp xếp, phân
loại thông tin theo dạng tập tin (file).
Cần phân biệt hai khái niệm sau :
Bộ nhớ bốc hơi (memory volatility) : là bộ nhớ mà thông tin lưu
giữ trong nó sẽ bị mất đi, hoặc là do tắt máy, hoặc là do thông tin
khác ghi chồng lên. Chính vì vậy nên loại bộ nhớ này còn được
gọi là RAM (Random Access Memory). Bộ nhớ chính của máy
tính là bộ nhớ bay hơi.
Dữ liệu có thể dùng lại (retrievable data) : bộ nhớ phụ có thể giữ
chương trình hay dữ liệu lâu dài mà không bị bốc hơi. Điều đó
cho phép ta có thể sử dụng lại các thông tin này nhiều lần.
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Thiết bị ngoại vi - Peripherals
Thiết bị ngoại vi là các thiết bị phụ trợ xung quanh CPU và bộ nhớ
chính.
Các thiết bị đáp ứng chức năng của các khối nhập, xuất và bộ nhớ
phụ đều là thiết bị ngoại vi.
Nhập
Bộ nhớ
CPU
ALU
Luồng
dữ liệu
Xuất
Control Unit
Bộ nhớ phụ
Điều khiển
Cấu trúc luận lý của một máy tính
Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Slide 8
2.Kiến trúc máy tính
• Kiến trúc máy tính ngày nay được biết đến như là
một hệ thống gồm có :
– Bộ nhớ (memory).
– Bộ xử lý (processor).
– Các tuyến (buses).
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 9
Bộ nhớ
là nơi chứa chương trình và dữ liệu
Bộ nhớ
là gì ?
ROM
Electrically
Read
ROM
PROM
(Chết)
Erasable
Phân loại
EPROM
(Không bốc hơi)
Programmable
EEPROM
Only
Random
RAM (Sống)
Flash ROM (SRAM + EEPROM)
(Bốc hơi)
Static
DRAM
SRAM
Access
Memory
Dynamic
Synchronous
SDRAM
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 10
Bộ nhớ đệm - Cache
Cache là bộ nhớ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính
Bộ nhớ
CPU
Cache
(SRAM)
(Mạch điều khiển)
Cache được chế tạo từ SRAM có tốc độ làm việc rất cao và có dung lượng
nhỏ.
Nhiệm vụ của cache là làm giảm thời gian đợi (wait-state) của CPU khi
truy xuất bộ nhớ chính bằng cơ chế đọc trước các ô nhớ kế tiếp.
Các bộ xử lý hiện đại đều có cache bên trong.
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 11
Cấu trúc phân cấp của bộ nhớ
Nguồn: www.vitec.org
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 1
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 12
Bộ xử lý - Processor
Bộ xử lý hay còn gọi là CPU (Central Procesing Unit) là nguồn
phát sinh mọi hoạt động của máy tính.
Bộ xử lý điều khiển hoạt động của máy tính thông qua việc lấy và
thi hành lệnh nằm trong bộ nhớ.
Máy tính
Bật mꢀy
Tắt mꢀy
Lấy lệnh
Thi hành lệnh
(Ngôn ngữ mꢀy)
lệnh đầu
lệnh giữa
lệnh giữa
lệnh giữa
lệnh cuối
làm gì nữa ?
mục đꢁch ?
tại sao lệnh này ?
Chương trình
xong ?
Diễn tả làm thế
nào giải quyết
Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Slide 13
CPU
(Tꢁn hiệu điều khiển xuất)
CPU có gì
bên trong ?
(Tꢁn hiệu điều khiển nhập)
điều khiển
định thì
Khối
CPU
(Xung clock)
(Lấy và thi hành lệnh)
(Thanh ghi lệnh IR)
Cộng
Trừ
Nhân
Chia
Dịch
And
Or
Xor
Not
Quay
(Bộ thanh ghi)
ALU
PC
ACC
IDX
SP
Flags
Đa dụng
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 14
Kiến trúc bộ xử lý
Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer)
Các lệnh của CPU có chiều dài khác nhau.
Thời gian thi hành lệnh cũng khác nhau.
Kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer)
Các lệnh dài bằng nhau.
Thời gian thi hành các lệnh chỉ bằng 1 chu kỳ xung clock.
Cung cấp khả năng thi hành nhiều hoạt động cùng lúc (Super scalar
execution).
Dùng cơ chế đường ống (Pipelining) để giảm thời gian thi hành.
Vấn đề đoán trước rẽ nhánh (Branche prediction).
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 15
Cơ chế đường ống - Pipelining
P1
P2
P3
P4
P5
Phân tꢁch
lệnh
Xꢀc định
toꢀn hạng
Thực hiện
lệnh
Lưu
kết quả
Lấy lệnh
thi hành xong lệnh
L1
L2
L1
L3
L2
L1
L4
L3
L2
L1
L5
L4
L3
L2
L1
L6
L5
L4
L3
L2
L7
L6
L5
L4
L3
L8
L7
L6
L5
L4
L9
L8
L7
L6
L5
P1:
P2:
P3:
P4:
P5:
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 16
Máy tính song song
3 loại máy song song
SISD : single Instruction stream, single data stream
SIMD : single Instruction stream, multiple data stream
MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream
Bộ nhớ
dùng chung
CPU CPU CPU
Bộ
Bộ
Bộ
nhớ nhớ nhớ
riêng riêng riêng
Bộ nhớ
dùng chung
CPU CPU CPU
Máy Von Neumann
Máy Vector 8 ALU
Chương 2
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 17
Tuyến - Bus
Tuyến là một nhóm các dây dẫn song song mà mỗi đường có
nhiệm vụ truyền tải 1 bit thông tin.
Tuyến hệ thống là tuyến kết nối giữa CPU với các bộ phận mà nó
muốn trao đổi thông tin mà cụ thể là bộ nhớ và khối xuất nhập
(I/O).
Trên một tuyến có thể truyền tải nhiều loại thông tin khác nhau.
Một số tuyến có khả năng truyền thông tin theo cả 2 chiều. Tuy
nhiên, trong từng thời điểm, luồng dữ liệu chỉ đi một chiều.
Độ rộng của tuyến (số đường) xác định chiều dài của một từ
(word) thông tin mà CPU trao đổi mỗi lần.
Ví dụ : CPU dùng bus 16 bit để truyền dữ liệu 32 bit thì phải thực hiện 2
lần.
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 18
Tuyến - Bus
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 19
Kiến trúc tuyến
• Tuyến chuẩn (standard bus) :
– MCA : micro channel architecture
– ISA
: industry standard architecture
– IBM AT : advanced technology
– PS/2 : personal system 2
– EISA : extended industry standard architecture
• Tuyến cục bộ (local bus) :
– VESA : video electronics standard association
– PCI : Peripheral Component Interface
– AGP : Accelerated Graphics Port
Nhập môn Điện Toꢀn - Chương 2
Khoa KH & KT Mꢀy Tꢁnh, ĐꢀI HꢁC BꢂCH KHOA TP.HCM
Slide 20
Tải về để xem bản đầy đủ
29 trang
27260
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nhập môn điện toán - Chương 2: Phần cứng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nhap_mon_dien_toan_chuong_2_phan_cung.pdf
