Giáo trình Kiến trúc máy tính (Nghề: Cơ điện tử - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

TẠ VĂN BẰNG (Chủ biên)
BÙI VĂN CÔNG – NGUYỄN ANH DŨNG

GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Nghề: Cơ điện tử
Trình độ: Trung cấp
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2019


LỜI NĨI ĐẦU
Hiện nay, nhu cầu giáo trình dạy nghề để phục vụ cho các trường đào
tạo và dạy nghề trên phạm vi toàn quốc ngày một tăng, đặc biệt là những
giáo trình đảm bảo tính khoa học, hệ thống và phù hợp với điều kiện thực tế
công tác dạy nghề ở nước ta.
Giáo trình “Kiến trúc máy tính ” được biên soạn theo kế hoạch đào tạo
và chương trình môn học phù hợp với các trường dạy nghề hiện nay.
Giáo trình được biên soạn dựa trên cơ sở đúc rút kinh nghiệm của các
giáo trình “Kiến trúc máy tính ” và kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy các
môn chuyên nghành điện. Ngoài ra khi biên soạn tác giả cũng đã tham khảo
một số tài liệu đang lưu hành, cho nên giáo trình này khơng đi sâu về mặt lý
luận mà chú ý đến tính tốn, ứng dụng kỹ thuật phục vụ các hoạt động sản
xuất và dạy học.
Mặc dù nhóm biên soạn đã cố gắng phát triển giáo trình sao cho phù
hợp và hiệu quả nhất với sinh viên trung cấp nghề Cơ điện tử, nhưng chắc
chắn vẫn còn nhiều thiếu sót.
Chúng tơi mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc và đồng

nghiệp để giáo trình hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội,ngày.....tháng....năm 2019
Chủ biên: Tạ Văn Bằng

1


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ............................................................................. 1
MỤC LỤC .................................................................................... 2
GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ............................................. 4
Chương 1 ................................................................................................ 7
Tổng quan .............................................................................................. 7
1.1. Các thế hệ máy tính ....................................................................... 7
1.2. Phân loại máy tính ...................................................................... 10
1.3. Thơng tin và sự mã hóa thơng tin ................................................ 12
Chương 2 .............................................................................................. 17
Kiến trúc phần mềm bộ xử lý .............................................................. 17
2.1. Thành phần cơ bản của một máy tính .......................................... 17
2.2. Tập lệnh ...................................................................................... 20
2.3. Kiến trúc RISC ........................................................................... 24
Chương 3 .............................................................................................. 26
Tổ chức bộ nhớ .................................................................................... 26
3.1. Đường đi dữ liệu ......................................................................... 26
3.2. Bộ điều khiển .............................................................................. 27
3.3. Diễn tiến thi hành lệnh mã máy ................................................... 30
3.4. Ngắt ............................................................................................ 32
3.5. Kỹ thuật ống dẫn ......................................................................... 34
3.6. Siêu ống dẫn ............................................................................... 35

Chương 4 .............................................................................................. 36
Bộ nhớ .................................................................................................. 36
4.1. Các loại bộ nhớ ........................................................................... 36
4.2. Các cấp bộ nhớ ........................................................................... 40
4.3. Truy cập dữ liệu trong bộ nhớ ..................................................... 42
4.4. Bộ nhớ Cache.............................................................................. 43
Chương 5 .............................................................................................. 49
2


Thiết bị lưu trữ .................................................................................... 49
5.1. Đĩa từ .......................................................................................... 49
5.2. Đĩa quang ................................................................................... 51
5.3. Các loại thẻ nhớ .......................................................................... 52
5.4. Các chuẩn về Bus ........................................................................ 52
Chương 6 .............................................................................................. 57
Ngôn ngữ Assembly ............................................................................. 57
6.1. Tổng quan ................................................................................... 57
6.2. Cấu trúc chương trình ................................................................. 58
6.3. Các lệnh điều khiển ..................................................................... 64

Tài liệu tham khảo .................................................................... 81

3


GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Tên mơn học: Kiến trúc máy tính
Mã số mơn học: MH 16
Thời gian của mơn học: 45 giờ ( LT: 22 giờ ; TH: 20 giờ; KT: 3 giờ )

I. Vị trí, tính chất của mơn học:
Vị trí :
Là mơn học kỹ thuật cơ sở. Mơn học được bố trí học trước các mơn
học, mơ đun: Anh văn chuyên nghề, Tin học đại cương và các mơn học/mơ
đun chun mơn nghề.
Tính chất :
Là mơn học bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử.
II. Mục tiêu của mơ đun:
- Trình bày lịch sử của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại
máy tính.
- Mơ tả thành phần cơ bản của kiến trúc máy tính, các tập lệnh. Các
kiểu kiến trúc máy tính: mơ tả kiến trúc, các kiểu định vị.
- Giải thích cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và
nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý.
- Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máy và một số kỹ thuật xử lý
thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vơ hướng.
- Trình bày chức năng và ngun lý hoạt động của các cấp bộ nhớ,
phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngồi;
- Giải thích các tập lệnh cơ bản trong Assembly.
- Chủ động và sáng tạo trong học tập.

4


III. Nội dung mô đun:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian
Thời gian

TT

Tên chương mục

1

Chương 1:Tổng quan

Thực
hành/
thực
tập/thí
Tổng Lý
Kiểm
nghiệm
số
thuyết
tra
/bài
tập/
thảo
luận
2

2

7

3

4

6

3

2

8

4

4

1.Các thế hệ máy tính
2.Phân loại máy tính
3.Thơng tin và sự mã hóa thơng
tin
2

Chương 2: Kiến trúc phần mềm
bộ xử lý
1.Thành phần cơ bản của một
máy tính
2.Tập lệnh
3.Kiến trúc RISC
Kiểm tra

3

Chương 3 : Tổ chức bộ xử lý
1.Đường đi dữ liệu

2Bộ điều khiển
3.Diễn tiến thi hành lệnh mã máy
4.Ngắt
5.Kỹ thuật ống dẫn
6.Siêu ống dẫn
Kiểm tra

4

Chương 4 : Bộ nhớ
1.Các loại bộ nhớ
5

1


2.Các cấp bộ nhớ
3.Truy cập dữ liệu trong bộ nhớ
4.Bộ nhớ Cache
Kiểm tra
5

Chương 5 : Thiết bị lưu trữ

6

3

2

1

16

7

8

1

1.Đĩa từ
2.Đĩa quang
3.Các loại thẻ nhớ
4.Các chuẩn về BUS
Kiểm tra
6

Chương 6 : Ngơn ngữ Assembly
1.Tổng quan
2.Cấu trúc chương trình
3.Các lệnh điều khiển
4.Ngăn xếp và các thủ tục
Kiểm tra
Cộng :

45

6

22

20

3


Chương 1
Tổng quan
Mục tiêu
- Trình bay lịch sử phát triển và những thành tựu của máy tính
- Mơ tả được các thành phần cơ bản của một máy tính
- Trình bày các cách biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã
thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự
- Chủ động và sáng tạo trong học tập
1.1. Các thế hệ máy tính
Thế
hệ

Khoảng
thời gian

Cơng nghệ

1

1940 – 1956

Đèn điện tử chân khơng(Vacuum Tubes
)

2

1956 – 1963

Transistors

3

1964 – 1971

Mạch tích hợp (Integrated Circuits)

4

1971 – nay

Vi xử lý (Microprocessors)

1.1.1.Thế hệ 1

Hình 1.1. Thế hệ máy tính 1

7


a.Máy tính ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Computer
Do John Mauchly và John Presper Eckert ở Đại học Pennsylvania thiết kế.
Đặc điểm:
Dài 20 mét, cao 2,8 mét và rộng vài mét, nặng 30 tấn

18.000 đèn điện tử và 1.500 rơle
Tiêu thụ 140KW giờ
5000 phép cộng/giây
Xử lý theo số thập phân
Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối.
b.Máy tính von Neumann
Máy tính IAS
(Princeton Institute for Advanced Studies)
Máy tính von Neumann là cơ sở cho kiến trúc máy tính hiện đại

1.1.2. Thế hệ 2

Hình 1.2 Máy tính Von Neuman

8


Thay thế đèn điện tử
bằng transistor lưỡng cực
Kích thước máy tính
giảm, rẻ tiền hơn, tiêu tốn
năng lượng ít hơn
Nổi tiếng nhất là máy
PDP-1 của DEC
IBM 7094
Ngơn ngữ lập trình cấp cao (FORTRAN) và hệ điều hành kiểu tuần tự
(Batch Processing) được sử dụng
1.1.3. Thế hệ 3

Hình 1.3 máy tính thế hệ 3

Nhiều transistor và các phần tử khác được tích hợp trên một chip bán dẫn
Mạch tích hợp mật độ thấp SSI (Small Scale Integration) chứa vài chục
transistor
9


Mạch thích hợp mật độ trung bình MSI (Medium Scale Integration)
chứa vài trăm transistor
Máy tính đa chương trình và hệ điều hành chia thời gian được dùng
1.1.4. Máy tính thế hệ 4

Hình 1.5. máy tính thế hệ 4

Mạch thích hợp mật độ rất cao VLSI (very large scale integrated) có
thể sắp xếp hàng triệu transistor
Cấu tạo
Bộ vi xử lý (microprocessor) chứa cả phần thực hiện và phần điều
khiển của bộ xử lý
Vi mạch điều khiển tổng hợp (chipset)
Các bộ nhớ bán dẫn, bộ nhớ cache, bộ nhớ ảo được dùng rộng rãi
Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý của máy tính khơng ngừng được phát
triển: kỹ thuật ống dẫn (pipeline), kỹ thuật vô hướng (super scalar), xử lý
song song mức độ cao
1.2. Phân loại máy tính
- Máy chủ (Server)
- Máy để bàn (Desktop)
- Máy trạm (Workstation)
- Thiết bị di động (Portable Devices)
10

1.2.1. Máy chủ
Là máy tính có cơng năng cao (high performance), cung cấp dịch vụ
cho nhiều người dùng: mail, web, lưu trữ file, …
Máy chủ thường có nhiều vi xử lý (CPU), dung lượng bộ nhớ RAM
lớn, ổ đĩa dung lượng lớn

Hình 1.6 các loại máy tính

1.2.2. Máy để bàn
Hỗ trợ nhiều lựa chọn và năng lực khác nhau. Cho phép chọn lựa chọn
nhiều loại thùng máy (case), nguồn, đĩa cứng, card màn hình, thiết bị ngoại
vi, …
Thường được dùng để chạy các ứng dụng như soạn thảo văn bản, bảng
tính và các ứng dụng mạng như email, duyệt web

Hình 1.7 máy để bàn

1.2.3. Máy trạm
Tương tự như máy tính để bàn nhưng có cấu hình cao hơn
Được thiết kế để chạy các ứng dụng đặc biệt như CAD (Computer
Aided Design)
11


Thường có khả năng đồ họa cao, có màn hình rộng hoặc nhiều màn hình

Hình 1.8 Máy trạm

1.2.4. Thiết bị di động
Có nhiều loại thiết bị di động khác nhau về kích thước, khả năng đồ
họa và sức mạnh:
Máy tính xách tay
Máy PDA (Personal Digital Assistant)
Điện thoại di động

Hình 1.9 Thiết bị di động

1.3. Thơng tin và sự mã hóa thơng tin
1.3.1.Mã hóa
Trong ngành mật mã học, mã hóa là q trình dùng để biến thơng tin từ
dạng này sang dạng khác và ngăn những người không phận sự tiếp cận vào
thơng tin đó. Bản thân việc mã hóa khơng ngăn chặn việc thông tin bị đánh
12


cắp, có điều thơng tin đó lấy về cũng khơng xài được, khơng đọc được hay
hiểu được vì đã được làm biến dạng đi rồi.
Ví dụ:: bạn có thư tỏ tình muốn gửi cho cơ đồng nghiệp ngồi ở phịng
bên, nhưng ngặt cái phịng bên có rất nhiều người có thể nhìn thấy bức thư
đó trước cả cơ gái bạn thích. Ngay cả khi bạn đã giao thư tận tay cho cơ ấy
rồi thì vẫn có khả năng những người kia sẽ bới móc lại bức thư ra mà đọc.
Vì thế để việc tỏ tình diễn ra an tồn và bí mật, bạn mã hóa bức thư tỏ tình
theo cách mà chỉ bạn và cô gái kia hiểu, những người khác nhìn vào chỉ thấy
một đống kí tự loằng ngoằng, rối rắm.
Mã hóa sẽ mang lại tính an tồn cao hơn cho thông tin, đặc biệt là
trong thời đại Internet ngày nay, khi mà thông tin phải đi qua nhiều trạm
trung chuyển trước khi đến được đích. Nếu khơng có mã hóa, khả năng
thơng tin của bạn sẽ bị ai đó xem trộm trong q trình truyền tải rồi lợi dụng

để làm việc xấu là hoàn toàn hiện hữu.
Thử nghĩ đến việc bạn đang gửi tài liệu mật cho đồng nghiệp ở một
thành phố khác, nếu bạn khơng mã hóa tài liệu đó thì có thể đối thủ cạnh
tranh sẽ thấy được kế hoạch kinh doanh bí mật của cơng ty bạn và làm bạn
mất đi doanh thu, thị trường.
Về lý thuyết, bất kì thơng điệp mã hóa nào cũng có thể bị giải mã mà
khơng cần biết về thuật tốn hoặc các khóa mã hóa (sẽ nói thêm ở bên dưới),
vấn đề là mất bao lâu và nguồn lực tính tốn cần thiết là như thế nào.
Có những lúc để giải mã một tài liệu phải cần đến cả một siêu máy tính
chạy liên tục 24 giờ mỗi ngày, 7 ngày mỗi tuần, 365 ngày một năm. Khi đó
thì thơng tin giải mã ra khơng cịn giá trị nữa nên không đáng để bỏ công
sức, nguồn lực vào chuyện đó. Cịn nếu đã biết về thuật tốn hoặc khóa mã
hóa thì người nhận có thể nhanh chóng giải mã trong tích tắc và khơng gặp
bất kì trở ngại nào.
1.3.2. Các loại mã hóa dữ liệu thơng dụng
Hiện có 4 biện pháp mã hố dữ liệu thơng dụng:
a.Mã hóa cổ điển
Mã hoá cổ điển là cách đơn giản nhất, tồn lại lâu nhất trên thế giới
và khơng cần khóa bảo mật, chỉ cần người gửi và người nhận cùng biết về
thuật toán này là được.

13


Ví dụ: nếu chúng ta dùng thuật tốn đổi kí tự trong câu văn thành kí tự
liền kề trong bảng chữ cái thì chữ “Tinh tế” sẽ biến thành “Ujoi uf”. Người
nhận khi nhận được chữ “Ujoi uf” thì chỉ việc dịch ngược lại là xong.

Hình 1.10 mã hóa

Tuy nhiên, giải pháp mã hóa này được xem là khơng an tồn, vì nếu
một người thứ ba biết được thuật tốn thì xem như thơng tin khơng cịn bảo
mật nữa. Việc giữ bí mật thuật tốn trở nên rất quan trọng, và khơng phải ai
cũng có thể giữ bí mật đó một cách trọn vẹn. Có khả năng người đó sẽ rị rỉ
ra, hoặc có ai đó ngồi giải ra thuật tốn thì xem như chúng ta thua cuộc.
b.Mã hóa một chiều (hash)
Phương pháp này dùng để mã hóa những thứ khơng cần dịch lại
ngun bản gốc. Ví dụ, khi bạn đăng nhập vào Tinh tế, mật khẩu mà bạn
nhập sẽ được chuyển thành một chuỗi dài các kí tự bằng một thứ gọi là hash
function (tạm dịch: hàm băm).
Chuỗi này sẽ được lưu vào cơ sở dữ liệu, chứ không lưu mật khẩu thơ
của bạn nhằm tăng tính bảo mật. Lỡ hacker có trộm dữ liệu thì cũng chỉ thấy
những thứ như FIiyXYB547bhvyuuUIbZ chứ không biết password thật của
bạn là gì.
Mỗi lần bạn đăng nhập, hash function sẽ “băm” password thật của bạn
thành chuỗi kí tự rồi so sánh nó với cái trong cơ sở dữ liệu, nếu khớp thì
đăng nhập tiếp, khơng thì báo lỗi. Chúng ta khơng có nhu cầu dịch ngược
chuỗi nói trên ra lại thành password thật để làm gì cả.

14


Nói thêm về hash function, nhiệm vụ của nó là chuyển một chuỗi có độ
dài bất kì thành chuỗi kí tự có độ dài cố định. Ví dụ, nếu bạn quy định chuỗi
kí tự sau khi “băm” sẽ dài 10 kí tự thì dù đầu vào của bạn có bao nhiêu chữ
đi nữa thì kết quả nhận được sẽ ln là 10 và chỉ 10 kí tự mà thơi.
Đặc điểm của hash function là trong cùng 1 điều kiện, dữ liệu đầu vào
như nhau thì kết quả sau khi băm cũng sẽ y hệt như nhau. Nếu chỉ đổi một
chút xíu thơi, có khi chỉ là 1 kí tự nhỏ thì chuỗi kết quả sẽ khác hồn tồn.
Cũng vì vậy mà người ta dùng hash function để kiểm tra tính tồn vẹn

của dữ liệu. Ví dụ, trước khi gửi một tập tin Word cho người bạn thì mình
dùng mã hóa một chiều và tạo ra được chuỗi sau băm là DFYUBUfyeufuefu.
Khi người bạn đó tải tập tin về máy, nếu nó băm và cũng nhận được chuỗi
DFYUBUfyeufuefu thì có nghĩa là tập tin của mình khơng bị can thiệp bởi
hacker, cịn nếu kết quả khác thì có nghĩa là q trình truyền tải có thể đã bị
lỗi làm mất một phần dữ liệu, hoặc tệ hơn là có ai đó đã xén bớt hay thêm
vào thứ gì đó rồi.
Hiện nay, hai thuật toán hash function thường được dùng nhất là MD5
và SHA. Nếu bạn tải tập tin trên mạng thì đơi khi sẽ thấy dịng chữ MD5 do
tác giả cung cấp, mục đích là để bạn so sánh file đã tải về với file gốc xem
có bị lỗi gì khơng.
c.Mã hóa đối xứng (symmetric key encryption)
Chúng ta bắt đầu đi tìm hiểu về việc bảo mật có dùng khóa. Khóa ở
đây được gọi là “key”, nó là mấu chốt để thuật tốn có thể nhìn vào mà biết
đường mã hóa và giải mã dữ liệu.
Cũng giống như cánh cửa nhà của bạn, nếu bạn có khóa thì bạn có thể
nhanh chóng đi vào trong, cịn khơng có khóa thì bạn vẫn có thể đục cửa hay
15


kêu thợ sửa khóa, nhưng sẽ tốn thời gian và cơng sức hơn. Mỗi chìa khóa
cho mỗi ổ khóa trên thế giới là duy nhất với các đường rãnh không chìa nào
giống chìa nào – key mã hóa cũng tương tự như vậy.
Ở phương pháp mã hóa đối xứng, chìa khóa để mã hóa và giải mã là
như nhau nên người ta mới gọi là đối xứng, tiếng Anh là symmetric. Theo
một số tài liệu thì mã hóa đối xứng là giải pháp được sử dụng nhất phổ biến
hiện nay.

16

Chương 2
Kiến trúc phần mềm bộ xử lý
Mục tiêu
- Trình bày tổng quát tập lệnh của các kiến trúc máy tính, Các kiểu
định vị được dùng trong kiến trúc, loại và chiều dài của tốn hạng, tác vụ mà
máy tính có thể thực hiện
- Mơ tả được kiến trúc RISC (Reducel Instrution Set Compuster)
2.1. Thành phần cơ bản của một máy tính
2.1.1. CPU
Bộ xử lý trung tâm (CPU) có trách nhiệm xử lý hầu hết dữ liệu/tác vụ
của máy tính, điều khiển thiết bị đầu vào (như chuột, bàn phím) cũng như
thiết bị đầu ra (như màn hình, máy in).
Đúng như bạn tưởng tượng, tốc độ và hiệu suất của CPU là một trong
những yếu quan trọng nhất giúp xác định một máy tính hoạt động tốt như
thế nào. Về cơ bản, CPU là một tấm mạch rất nhỏ, bên trong chứa một tấm
wafer silicon được bọc trong một con chip bằng gốm và gắn vào bảng mạch.
Tốc độ CPU được đo bằng đơn vị hezt (Hz) hay gigahertz (GHz), giá
trị của con số này càng lớn thì CPU hoạt động càng nhanh.
Một hertz (Hz) được hiểu là một dao động trong mỗi giây, còn một
gigahertz là 1 tỷ dao động trong mỗi giây. Tuy nhiên tốc độ CPU không chỉ
được đo lường bằng giá trị Hz hay GHz bởi CPU của mỗi hãng sẽ có những
cơng nghệ cải thiện hiệu năng khác nhau nhằm làm tăng thông lượng dữ liệu
theo cách riêng.
Một sự so sánh công bằng hơn giữa các CPU khác nhau chính là số
lệnh mà chúng có thể thực hiện mỗi giây.
Đến đây chắc bạn cũng đã phần nào hiểu được thuật ngữ CPU bị dùng
sai ở Việt Nam khá nhiều. Mọi người thường dùng từ CPU để chỉ cái thùng
máy (case) của chiếc máy tính để bàn truyền thống, nhưng thực chất CPU
chỉ là một con chip rất nhỏ bên trong, cịn thùng máy thì chứa cả CPU, bo

mạch chủ, RAM, ổ cứng, ổ quang và card đồ họa (nếu có).
2.1.2. RAM
RAM là một loại bộ nhớ, gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), tạo
thành một khơng gian nhớ tạm để máy tính hoạt động. Tuy cũng gọi là bộ
17


nhớ, nhưng bạn đừng lầm tưởng chúng chứa dữ liệu của mình bởi khi tắt
máy tính thì RAM chẳng cịn nhớ gì dữ liệu từng được máy tính lưu trên đó.
Hay nói cụ thể hơn, RAM chỉ là nơi tạm nhớ những gì cần làm để CPU
có thể xử lý nhanh hơn do tốc độ truy xuất trên RAM nhanh hơn rất nhiều
lần so với ổ cứng (nơi thật sự lưu dữ liệu của bạn) hay các thiết bị lưu trữ
khác như thẻ nhớ, đĩa quang.
Bộ nhớ RAM càng nhiều thì máy tính của bạn có thể mở cùng lúc
nhiều ứng dụng mà khơng bị chậm. Nhìn chung thì thêm RAM cũng có thể
làm cho một số ứng dụng chạy tốt hơn.
Dung lượng bộ nhớ RAM hiện tại được đo bằng gigabyte (GB), 1GB
tương đương 1 tỷ byte. Hầu hết máy tính thơng thường ngày nay đều có ít
nhất 2-4GB RAM, với các máy cao cấp thì dung lượng RAM có thể lên đến
16GB hoặc cao hơn.
Giống như CPU, bộ nhớ RAM bao gồm những tấm wafer silicon mỏng,
bọc trong chip gốm và gắn trên bảng mạch. Các bảng mạch giữ các chip nhớ
RAM hiện tại được gọi là DIMM (Dual In-Line Memory Module) do chúng
tiếp xúc với bo mạch chủ bằng hai đường riêng biệt.
2.1.3. Ổ cứng
Ổ cứng là nơi lưu trữ hệ điều hành, phần mềm và mọi dữ liệu của bạn.
Khi tắt nguồn, mọi thứ vẫn còn đó nên bạn khơng phải cài lại phần mềm hay
mất dữ liệu khi tắt mở máy tính. Khi bật máy tính, hệ điều hành và ứng dụng
sẽ được chuyển từ ổ cứng lên bộ nhớ RAM để chạy.
Dung lượng lưu trữ ổ cứng cũng được đo bằng gigabyte (GB) như bộ

nhớ. Một ổ đĩa cứng thơng thường hiện tại có thể chứa 500GB hoặc thậm
chí 1 terabyte (1.000GB) hoặc hơn. Hầu hết ổ cứng được bán ngày nay là
loại cơ khí truyền thống sử dụng đĩa kim loại để lưu trữ dữ liệu bằng từ tính.
Bạn chắc cũng đã nghe nói đến hoặc đang sử dụng một loại mới hơn là SSD
(hay gọi là ổ cứng rắn), sử dụng một loại bộ nhớ, dùng các chip nhớ chứ
khơng có phần quay cơ học, cho tốc độ đọc ghi nhanh hơn nhiều, hoạt động
yên tĩnh và độ tin cậy cao hơn nhưng giá của loại sản phẩm này còn khá đắt.
2.1.4. Thiết bị đầu vào
Một máy tính có thể đi kèm với một hoặc nhiều thiết bị đầu vào như
chuột, touchpad, trackball (máy tính xách tay), bàn phím hay bảng vẽ.

18


2.1.5. Màn hình
Tùy thuộc vào loại máy tính, màn hình (monitor) hiển thị có thể được
gắn liền (laptop, máy để bàn All-In-One), hoặc có thể là một đơn vị riêng
biệt được gọi là một màn hình với dây nguồn riêng. Một số màn hình có tích
hợp cảm ứng, vì vậy bạn có thể sử dụng ngón tay chạm trên màn hình để
điều khiển tương tự như dùng điện thoại hay máy tính bảng. Với các máy
tính để bàn truyền thống, màn hình nằm riêng biệt chỉ có nhiệm vụ hiển thị
nên nếu có hỏng hóc thì bạn có thể n tâm thay thế mà không lo mất dữ
liệu hay phần mềm như một số người dùng vẫn lầm tưởng.
Chất lượng hiển thị được đo bằng độ phân giải, là số lượng điểm ảnh
khi hiển thị ở độ phân giải cao nhất có thể. Ví dụ một màn hình máy tính
xách tay có độ phân giải 1.920x1.080 pixel; số đầu tiên đại diện cho độ phân
giải ngang và số thứ hai là độ phân giải dọc. Bạn có thể nhân hai số này để
ra số lượng điểm ảnh và sau đó chia kích thước đường chéo (inch) màn hình
để ra chỉ số mật độ điểm ảnh (dpi) mà bạn vẫn thường thấy trên các bài báo
công nghệ hay chi tiết kỹ thuật quảng cáo các sản phẩm liên quan đến hiển

thị.
Một yếu tố khác bạn cần quan tâm là tỷ lệ khung hình. Hiện tại có hai
tiêu chuẩn là 4:3 (hay gọi là màn hình vng – thực chất khơng phải hình
vng) và 16:9 (màn hình rộng hay màn hình wide, cũng là tiêu chuẩn của
hầu hết nội dung video hiện nay).
Với thơng số độ phân giải, bạn cũng có thể biết ngay một màn hình sở
hữu khung hình dạng nào bằng cách rút gọn tỷ lệ độ phân giải ngang/độ
phân giải dọc. Ví dụ, một màn hình có độ phân giải tối đa là 800x600, thì
bạn lấy 800 chia cho 600, được giá trị 4/3 tức là tỷ lệ 4:3.
2.1.6. Ổ đĩa quang
Hầu hết máy tính để bàn và máy tính xách tay (ngoại trừ các máy dịng
siêu mỏng hay quá nhỏ gọn) đều đi kèm với một ổ đĩa quang, nơi đọc/ghi
đĩa CD, DVD, và Blu-ray (tùy thuộc máy).
Gọi bằng tên ổ đĩa quang là do cách chúng đọc ghi dữ liệu trên đĩa. Cụ
thể, một đèn laser sẽ chiếu ánh sáng vào bề mặt, và một cảm biến sẽ đo
lượng ánh sáng bật ngược trở lại từ một điểm nào đó trên đĩa và giải mã ra
dữ liệu.
Ngày nay, với sự phát triển của tốc độ truy cập Internet thì hầu hết dữ
liệu, phim ảnh đều có thể lưu trữ hoặc cài đặt từ các dịch vụ điện toán đám
19


mây (hay nói cho dễ hiểu là một nơi lưu trữ trên Internet) nên vai trò của ổ
đĩa quang cũng dần mờ nhạt.
2.1.7. Card mạng
Khi sở hữu máy tính, ắt hẳn bạn sẽ muốn dùng nó để kết nối Internet
và điều đó có nghĩa là bạn muốn máy tính của mình sở hữu một card mạng.
Hầu hết máy tính ngày nay đều được tích hợp ít nhất một card mạng
LAN (có dây hoặc khơng dây) trên bo mạch chủ để bạn có thể kết nối chúng
với bộ định tuyến Internet (bộ định tuyến thường đi kèm dịch vụ Internet

của các nhà mạng VNPT, Vietel, FPT).
2.2. Tập lệnh
Mỗi bộ xử lý có một tập lệnh xác định. Tập lệnh thường có hàng chục
đến hàng trăm lệnh. Mỗi lệnh là một chuỗi nhị phân mà bộ xử lý hiểu được
để thực hiện một thao tác xác định
Các lệnh được mô tả bằng kí hiệu gợi nhớ.
2.2.1. Các kiểu thao tác
* Gán trị
Việc gán trị, gồm cả gán trị cho biểu thức số học và logic, được thực
hiện nhờ một số lệnh mã máy. Cho các kiến trúc RISC, ta có thể nêu lên các
lệnh sau :
- Lệnh bộ nhớ
LOAD Ri, M (địa chỉ)

; M[địa chỉ] ← Ri : nạp dữ liệu.

STORE Ri, M(địa chỉ); Ri ← M[địa chỉ] : Cất dữ liệu.
Địa chỉ được tính tuỳ theo kiểu định vị được dùng.
- Lệnh tính tốn số học: tính tốn số ngun trên nội dung của hai
thanh ghi Ri, Rj và xếp kết quả vào trong Rk:
ADD (cộng)
ADDD (cộng số có dấu chấm động, chính xác kép)
SUB (trừ)
SUBD (trừ số có dấu chấm động, chính xác kép)
MUL (nhân)
DIV (chia)
- Lệnh logic: thực hiện phép tính logic cho từng bit một.
20

AND (lệnh VÀ)
OR (lệnh HOẶC)
XOR (lệnh HOẶC LOẠI)
NEG (lệnh lấy số bù 1 )

Hình 2.1:Minh hoạ lệnh dịch chuyển và quay vòng

- Các lệnhdịch chuyển số học hoặc logic (SHIFT ),quay vịng
(ROTATE)
Cho các kiến trúc kiểu RISC,ta có:
SLL(shift left logical:dịch trái logic)
SRL(shif tright logical:dịch phải logic)
SRA(shift right arithemtic:dịch phải số học)
* Lệnh có điều kiện
Lệnh có điều kiện có dạng:
Nếu<điều kiện>thì<chuỗi lệnh 1>nếu khơng<chuỗ ilệnh 2>
(IF<condition>THEN<instructions 1>ELSE<instructions 2>)
Lệnh này buộc phải ghi nhớ điều kiện và nhảy vòng nếu điều kiện được
thoả.
21


a)Ghi nhớ điều kiện .
Số giữ
Toán hạng
nguồn 1

ALU

Kết quả

Toán hạng

Bit S

nguồn 2

BitZ
Bit OVF
Bit C
Hình 2.2. Bit trạng thái mà ALU tạo ra

Có hai kỹ thuật cơ bản để ghi nhớ các bit trạng thái:
Cách thứ nhất: Ghi các trạng thái trong một thanh ghi đa dụng
Ví dụ: Lệnh CMPRK,Ri, Rj
Lệnh trên sẽ làm phép tính trừ đi Ri – Rj mà không ghi kết quả phép
trừ, mà lại ghi các bit trạng thái vào thanh ghi Rk. Thanh ghi này được dùng
cho một lệnh nhảy có điều kiện, Điểm lợi của kỹ thuật này là giúp lưu trữ
nhiều trạng thái sau nhiều phép tính để dùng về sau. Điểm bất lợi là phải
dùng một thanh ghi đa dụng để ghi lại trạng thái sau mỗi phép tính mà số
thanh ghi này lại bị giới hạn ở 32 trong các bộ xử lý hiện đại.
Cách thứ 2: là để các bit trạng thái vào một thanh ghi đặc biệt gọi là
thanh ghi trạng thái. Vấn đề lưu giữ nội dung thanh ghi này được giải quyết
bằng nhiều cách. Trong kiến trúc SPARC, chỉ có một số giới hạn lệnh được
phép thay đổi thanh ghi trạng thái
Ví dụ: lệnh ADDCC, SUBCC
Lệnh này thực hiện các phép tính cộng ADD và phép tính trừ SUB và
còn làm thay đổi thanh ghi trạng thái. Trong kiến trúc Power PC, thanh ghi
trạng thái được phân thành 8 trường , mỗi trường 4 bit, vậy là thanh ghi đã
phân thành 8 thanh ghi trạng thái con.

22


b) Nhảy vịng
Các lệnh nhảy hoặc nhảy vịng có điều kiện, chỉ thực hiện lệnh nhảy
khi điều kiện được thỏa mãn. Trong trường hợp ngược lại, việc thực hiện
chương trình được tiếp tục với lệnh sau đó. Lệnh nhảy xem xét thanh ghi
trạng thái và chỉ nhảy nếu điều kiện nêu lên trong lệnh là đúng.
Chúng ta xem một ví dụ thực hiện lệnh nhảy có điều kiện.
Giả sử trạng thái sau khi bộ xử lý thi hành một tác vụ, được lưu trữ
trong thanh ghi, và bộ xử lý thành các lệnh sau:
1.CMPR4,R1,R2 : Lệnh so sánh R1 và R2 bằng cách trừ R1 cho R2
và lưu trữ trạng thái trong R4
2.BGTR4,+2 : Nhảy bỏ 2 lệnh nếu R1 > R2
3.ADDR3,R0,R2
4.BRA+1

: Chuyển nội dung của R0, R2 vào R3

: nhảy bỏ 1 lệnh

5.ADDR3,R0,R1

: chuyển nội dung R1 vào R3

23


Hình 2.3: Gọi thủ tục và trở về khi thực hiện xong thủtục

2.2.2. Tập lệnh của bộ xử lý 8086/8088
* Chip 8086
Chip 8086 bắt đầu được phát triển từ năm 1978 và đưa ra thị trường
năm 1980. Đây là bộ xử lý 16 bit, các thanh ghi bên trong 16 bit và nó xử lý
16 bit số liệu cùng một lúc.
* Chip 8088
Ra đời sau chip 8086, nó có cấu trúc bên trong và tập lệnh hoàn toàn
giống 8086, chỉ khác ở kênh truyền số liệu với thế giới bên ngồi.
Tập lệnh của các bộ xử lý 8086/8088 chỉ có thể làm các phép tính số
học với số ngun, khơng thực hiện được các phép tính số học với số dấu
phẩy động (số thực) một cách trực tiếp. Khi cần làm các phép tính số học
với số dấu phẩy động thì có thể sử dụng giải pháp phần mềm, bằng cách lập
các chương trình con. Đây là giải pháp được dùng nhiều nhất, chương trình
con có thể tạo ra các kết quả dấu phẩy động bởi các phép tính logic và số
học trên các số nguyên.
2.3. Kiến trúc RISC
Ví dụ chương trình dịch đã biết sử dụng các thanh ghi và khơng có sự khác
biệt đáng kể nào khi sử dụng ơ nhớ cho các vi chương trình hay ơ nhớ cho
các chương trình. Điều này dẫn tới việc đưa vào khái niệm về một máy tính
với tập lệnh rút gọn RISC vào đầu năm 1980. Các máy RISC dựa chủ yếu
trên một tập lệnh cho phép thực hiện kỹ thuật ống dẫn một cách thích hợp
nhất bằng cách thiết kế các lệnh có chiều dài cố định, có định dạng đơn giản,
dễ giải mã.

24