Kiến trúc máy tính - Chương 1.3: Cấu trúc máy tính

101/11/2016 Chương 1.III. Cấu trúc máy tính 1. Máy tính là gì? 2. Mô hình cấu trúc cơ bản của máy tính 3. Central processing unit (Bộ vi xử lý-đơn vị xử lý trung tâm) 4. Computer memory (Bộ nhớ máy tính) 5. Computer bus (Bus máy tính) 6. Peripheral devices (Thiết bị ngoại vi) 7. Software (Phần mềm) 201/11/2016 1. Máy tính là gì? Máy tính  là phương tiện của Tin học, là thiết bị đa mục đích, có thể lập trình được, có khả năng tính toán và lưu trữ kết quả.  Xử lý dữ liệu để có thông tin mong muốn Nhận dữ liệu vào Xử lý dữ liệu theo chương trình lập sẵn Đưa thông tin ra 301/11/2016 1. Máy tính là gì?  Máy tính tạo nên bởi Phần cứng (hardware): là tất cả các thành phần vật lý của một hệ thống máy tính. Phần mềm (software): là khái niệm dùng để chỉ các lệnh điều khiển hệ thống máy tính theo những cách xác định. chương trình lập sẵn.  Thế hệ hiện tại của MT là thế hệ 4, core 2 duo.  Các loại máy tính: super, mainframe, mini, micro, handheld... 401/11/2016 Phân loại máy tính  Personal Computer (PC)/Microcomputer  Minicomputer  Nhanh hơn PC 3-10 lần  Mainframe  Nhanh hơn PC 10-40 lần  Supercomputer  Nhanh hơn PC 50-1.500 lần  Phục vụ nghiên cứu là chính  Laptop Computer  Handheld Computer: Pocket PC,Palm, Mobile devices. PC Mini Super Mainframe Laptop Handheld 501/11/2016 Đây là một chiếc máy vi tính PC 601/11/2016 Khối xử lý Trung tâm CPU Main Memmory ROM + RAM Bộ nhớ chính CONTRO L UNIT KHỐI ĐIỀU KHIỂN ALU KHỐI TÍNH TOÁN Các thiết bị Vào INPUT DEVICE Các thiết bị Ra OUTPUT DEVICE đĩa mềm, băng từ Bộ nhớ phụ AUXILIARY STORAGE Đĩa cứng, Màn hình, máy in Bàn phím, chuột 701/11/2016 3. Central Processing Unit (CPU)  Chức năng  Điều khiển MT hoạt động theo chương trình  Xử lý dữ liệu  Nguyên tắc  Nhận lệnh từ chương trình nằm trong bộ nhớ chính  Giải mã lệnh  Thực hiện lệnh tuần tự  Bao gồm  CU – Control Unit  ALU – Arithmetic and Logic Unit  Bus Interface Unit - Bus nội bộ  Tập các thanh ghi 801/11/2016 Khối điều khiển (CU - Control Unit)  Điều khiển hoạt động của CPU và các thành phần khác Đọc lệnh từ chương trình trong bộ nhớ chính (instruction fetch) Giải mã lệnh (instruction decode) Thực thi lệnh đã giải mã một cách tuần tự (instruction excution) 901/11/2016 Khối tính toán (ALU - Arithmetic Logic Unit)  Thực hiện các phép toán số học và logic Các phép toán số học: +,-,*,/ Các phép toán logic: NOT, AND, OR, Các phép so sánh   Dữ liệu Số nguyên (integer) Số dấu phảy tĩnh (fixed point number) Số dấu phảy động (floating point number) 1001/11/2016 Tập thanh ghi (Registers)  Lưu trữ toán hạng, kết quả và các thông số khác trong quá trình tính toán của CPU  Bao gồm Con trỏ chương trình (PC - Program Counter) Các thanh ghi đa chức năng Thanh ghi chỉ số (index register) Thanh ghi cờ (flag register) 1101/11/2016 Một vài bộ vi xử lý  Intel processor  AMD processor Đây là các bộ vi xử lý (microprocessor) chứa trong nó CPU và các thiết bị khác nữa 1201/11/2016 Số bóng bán dẫn trong một chip:  Chip đầu tiên của Intel 4004 (năm 1971) có 2.300 transistor.  Các máy tính IBM PC đầu tiên:  Loại 8086 (năm 1978): 29.000 transistor.  Loại 8486 (năm 1989): 1.200.000 transistor.  Pentium III (năm 1999): 9.500.000 transistor.  Pentium IV (năm 2000): 42.000.000 transistor.  Penryn (công bố ngày 12/11/2007:): 820.000.000 transistor. Các loại chip và công nghệ sản xuất: Năm 1993: Pentium 800 nm 1999: Pentium III 250 nm 2002: Pentium IV 130 nm 2003: Centrino 130 nm 2005: Pentium D 90 nm 2006: Core 2 Duo 65 nm 2007: Core 2 Duo thế hệ sau 45 nm (còn gọi là Penryn) 1301/11/2016 Mainboard - Bo mạch chủ 1801/11/2016 4. Computer memory  Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ chương trình, dữ liệu.  Bao gồm:  Bộ nhớ đệm (cache)  Bộ nhớ chính (main memory)  Bộ nhớ ngoài (auxiliary or external memory)  Bộ nhớ nào càng “gần” CPU thì tốc độ và giá thành chế tạo càng cao 1901/11/2016 Bộ nhớ chính (main memory)  Chứa chương trình và dữ liệu đang xử lý  Được kết nối và có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với CPU  Được tổ chức thành các ngăn nhớ, đánh địa chỉ trực tiếp bởi CPU  Bao gồm  ROM (Read Only Memory)  CPU chỉ đọc bộ nhớ này  Chứa các chương trình, dữ liệu cơ bản của máy tính  RAM (Random Access Memory)  CPU có thể đọc và ghi bộ nhớ này  Chứa dữ liệu, chương trình được nạp, đang thực hiện 2001/11/2016 Một vài thanh nhớ RAM 2101/11/2016 Bộ nhớ đệm (cache)  Đặt giữa CPU  Tốc độ rất cao  Dung lượng nhỏ  Mục đích: Tăng tốc độ trao đổi thông tin giữa CPU và RAM  Được chia thành nhiều mức Cache L1 (Level 1) Cache L2 Càng gần CPU thì tốc độ càng cao  Ví dụ: CPU Intel Petium IV 1MB Cache 2201/11/2016 5. Computer bus  Tập hợp các đường dây kết nối các thành phần của máy tính lại với nhau  Độ rộng bus: số lượng dây có khả năng vận chuyển thông tin đồng thời (dùng cho bus địa chỉ và dữ liệu)  Bao gồm  Bus địa chỉ (address bus): Vận chuyển địa chỉ từ CPU đến mô-đun nhớ (bộ nhớ trong được tạo bởi nhiều mô-đun).  Bus dữ liệu (data bus) vận chuyển:  Lệnh từ bộ nhớ tới CPU  Dữ liệu giữa các thành phần  Bus điều khiển (control bus): vận chuyển tín hiệu điều khiển (đọc, ghi, ngắt,) 2301/11/2016 Hình ảnh bên trong một chiếc máy tính 2401/11/2016 6. Thiết bị ngoại vi  Thiết bị ngoại vi (peripheral devices) hay thiết bị vào/ra (I/O - Input/Output devices), có chức năng:  Trao đổi thông tin giữa máy tính và thế giới bên ngoài  Vào: Nhập chương trình, dữ liệu  Ra: Xuất thông tin, kết quả  Hệ thống vào/ra bao gồm  Thiết bị ngoại vi  Ghép nối vào/ra (các cổng vào/ra,)  Ví dụ  Thiết bị vào: bàn phím  Thiết bị ra: màn hình 2501/11/2016 6.1. Thiết bị vào ra cơ sở  Là các thiết bị vào ra tối cần thiết  Phục vụ các nhu cầu vào ra cơ bản  Bao gồm  Bàn phím (keyboard): Thiết bị nhập dữ liệu thông qua gõ phím  Chuột (mouse): Thiết bị nhập dữ liệu thông qua việc di chuyển trực quan  Màn hình (monitor) : Thiết bị hiển thị thông tin/dữ liệu  Loại màn hình: CRT, LCD,OLED(thế hệ mới)  Độ phân giải: kích thước (số điểm) được hiển thị (800x600,)  Card màn hình (display adapter) là thiết bị kết nối màn hình và hệ thống. 2601/11/2016 6.2. Bộ nhớ ngoài (external memory)  Lưu trữ tài nguyên  Chương trình: hệ điều hành, chương trình ứng dụng,  Dữ liệu: văn bản, âm thanh, hình ảnh,  Được kết nối với máy tính dưới dạng thiết bị vào ra  Các loại bộ nhớ ngoài  Băng từ (magnetic tape)  Đĩa từ (magnetic disk): đĩa mềm, đĩa cứng  Đĩa quang (optical disk)  Flash memory  2701/11/2016 Một vài thiết bị nhớ ngoài Dung lượng  Đĩa mềm 3 ½ inch: 1.44 MB  Đĩa cứng: 40 - 750GB  Đĩa CDROM: 700MB  Đĩa DVD: 2GB – 15GB  USB: 512MB-8GB 2801/11/2016 6.3. Một số thiết bị ngoại vi khác  Máy in (printer): Xuất thông tin, dữ liệu ra giấy  Máy quét ảnh (scaner): Nhập dữ liệu bằng cách quét hình ảnh  Thiết bị quay số kết nối Internet:  Modem (Modulation-Demodulation)  Các thiết bị mạng:  Network Inteface Card (NIC)  Wireless Adapter  Bút điện tử (light pen)  Máy ảnh số, quay phim số (digital camera)  Optical Charater Reader (OCR): Nhận dạng chữ  Barcode Reader: Đọc mã vạch Các tham số chính quyết định năng lực (và giá) của máy vi tính  Tốc độ của bộ vi xử lý (CPU)  Dung lượng của bộ nhớ RAM  Tốc độ và dung lượng của ổ đĩa cứng (Hard Disk - HDD) Ví dụ: Máy Pentium IV: 3GHz, Ram 512 MB, HDD 40GB Phần cứng máy tính ảnh hưởng như thế nào  Tốc độ đồng hồ của bộ vi xử lí: càng nhanh càng tốt  RAM: càng nhiều càng tốt  Đĩa cứng: tốc độ vòng quay càng nhanh càng tốt, dung lượng đủ lớn để còn khoảng trống làm việc  Rất cần thiết cho NSD Phần cứng máy tính Các yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ xử lí của máy tính  Hiện tượng phân mảnh tệp -> thỉnh thoảng phải chạy chương trình chống phân mảnh tệp.  Không chạy quá nhiều chương trình đồng thời  Rất nên biết và làm theo. Phần cứng máy tính