giáo trình cấu trúc máy tính ngành công nghệ thông tin trung cấp

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b><small>BÞ CƠNG TH¯¡NG </small></b>

<b><small>TR¯âNG CĐ TH¯¡NG M¾I VÀ DU LàCH </small></b>

<b><small>GIÁO TRÌNH </small></b>

<b><small>MƠN HâC: CÂU TRÚC MÁY TÍNH </small></b>

<b><small>NGÀNH: CƠNG NGHÞ THƠNG TIN (ĀNG DĀNG PHÄN MÀM) TRÌNH ĐÞ: TRUNG CÂP </small></b>

<i><small>(Ban hành kèm theo Quyết định số: 405/QĐ-CĐTM ngày 5 tháng 7 năm 2022 </small></i>

<i><b><small>của Tr°ờng Cao đẳng Th°¢ng mại và Du lịch) </small></b></i>

<b><small>Thái Nguyên, năm 2022 </small></b>

<i><small>(L°u hành nội bộ) </small></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b><small>LâI GIàI THIÞU </small></b>

Chìa khóa để h°ãng tãi mát xã hái thông tin là phát triển công nghá thông tin (CNTT), tuy nhiên để phát triển CNTT lâu dài và bÃn vững, khơng phÁi chß đào t¿o những kiÁn thāc mãi nhÃt, mà trong nái dung đào t¿o cũng phÁi trang bá hãc sinh sinh viên những kiÁn thāc nn tng, trờn c sỗ ú to cho hóc sinh sinh viên phát huy tính sáng t¿o, chÿ đáng trong viác tiÁp thu nghiên cāu, āng dụng CNTT. Do đó, trong các tr°ång đào t¿o, hãc sinh sinh viên phÁi đ°ợc trang bá các kiÁn thāc nÃn tÁng và CNTT và trong đó thể thiÁu là mơn hãc CÃu trúc máy tính.

Hián nay có nhiÃu giáo trình cÃu trúc máy tính, tuy nhiên hÅu hÁt các giáo trình chß đáp āng các đái t°ợng là sinh viên đ¿i hãc. Giáo trình này viÁt chÿ yÁu cho đái t°ợng là hãc sinh sinh viên các tr°ång d¿y nghÃ.

Giáo trình cung cÃp cho hãc sinh sinh viên những kiÁn thāc c¢ bÁn và cÃu trúc máy tính, và tá chāc và ho¿t đáng bá vi xā lý, các thành phÅn phÅn trong há tháng máy tính và các bián pháp kĩ tht c¢ bÁn. CÃu trúc máy tính là mơn hóc c sỗ hóc sinh sinh viờn cú th thực hành bÁo trì há tháng máy tính.

Giáo trình bao gòm 6 chÂng:

ChÂng 1: Tỏng quan v cu trúc máy tính Ch°¢ng 2: KiÁn trúc phÅn mÃm bá xā lý Ch°¢ng 3: Tá chāc bá vi xā lý

Ch°¢ng 4: Há tháng nhã Ch°¢ng 5: ThiÁt bá nhÁp xuÃt Ch°¢ng 6: Các lo¿i bus

Trong mòi chÂng u cú giói thiỏu mc tiờu, nỏi dung và các câu hßi bài tÁp. Giáo trình có thể xem là ngn tài liáu cung cÃp thơng tin cho các giáo viên giÁng d¿y, đßng thåi cũng là tài liáu hãc tÁp cho hãc sinh.

Vì thåi gian có h¿n và đây cũng là lÅn đÅu tiên giáo trình đ°ợc so¿n thÁo nên khơng thể tránh khßi thiÁu sót. RÃt mong nhÁn ý kiÁn đóng góp b¿n đãc.

<i>Xin chân thành cảm! </i>

<i>Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2022 </i>

Nhóm tác giÁ tham gia biên so¿n: 1. Chÿ biên Ths. Hoàng TiÁn HiÁu 2. Ths. Hồng Văn Tâm

3. Ths. Ngun Thá Dung 4. Ths. Nguyßn Thá Diáp Hßng

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b><small>MĀC LĀC </small></b>

TUYÊN Bà BÀN QUYÂN ... 2

LäI GIâI THIàU ... 3

GIÁO TRÌNH MÔN HâC ... 6

CH¯¡NG 1:TàNG QUAN V CÂU TRÚC MÁY TÍNH ... 11

<i>1. Các mốc lịch sử phát triển cơng nghệ máy tính ... 13</i>

<i>2. Thơng tin và sự mã hóa thơng tin ... 16</i>

2.1. Khái niám thơng tin và l°ợng thơng tin ... 16

2.2. Sự mã hóa thơng tin ... 17

<i>3. Đặc điểm của các thế hệ máy tính điện tử ... 24</i>

4.1. Khái niám kiÁn trúc máy tính... 25

4.2. Khái niám tá chāc máy tính ... 26

<i>5. Các mơ hình kiến trúc máy tính... 26</i>

5.1. Mơ hình kiÁn trúc Von Neumann ... 26

5.2. Mơ hình kiÁn trúc Havard ... 27

<i>CÂU HàI VÀ BÀI TÀP ... 28</i>

3.1. Chāc năng bá điÃu khiển ... 52

3.2. Các ph°¢ng pháp thiÁt kÁ bá điÃu khiển ... 52

<i>4. Tiến trình thực hiện lệnh máy ... 54</i>

4.1. Đãc lánh ... 54

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

1.1. Phân lo¿i bá nhã theo ph°¢ng pháp truy nhÁp ... 59

1.2. Phân lo¿i theo đãc ghi cÿa bá nhã ... 59

<i>2. Các loại bộ nhớ bán d¿n ... 59</i>

2.1. ROM (Read Only Memory) ... 59

2.2. RAM (Random Access Memory) ... 60

<i>1. Các thiết bị nhớ trên vÁt liệu từ ... 74</i>

1.1. Đĩa tÿ (đĩa cāng, đĩa mÃm) ... 74

3.1. Bus nái bá xā lý vãi bá nhã... 87

3.2. Bus vào – ra:(BUS nái ngo¿i vi) ... 87

<i>4. Các loại bus sử dụng trong các hệ thống vi xử lý ... 89</i>

<i>CÂU HàI VÀ BÀI TÀP CH¯¡NG 6 ... 90</i>

TÀI LIàU THAM KHÀO ... 91

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b><small>GIÁO TRÌNH MƠN HâC </small></b>

<b>1. Tên mơn hãc: CÃu trúc máy tính </b>

<b>3. Vá trí, tính chÃt, ý nghĩa và vai trị cÿa mơn hãc cÿa mơn hãc: </b>

<b>3.1. Vá trí: Mơn hãc CÃu trúc máy tính đ°ợc bá trí hãc sau các mơn hãc chung. 3.2. Tính chÃt: Là mụn hóc c sỗ thuỏc mụn hóc o to ngh bắt bc. </b>

<b>3.3. Ý nghĩa và vai trị mơn hãc: õy l mụn c sỗ, cung cp cho sinh viờn các kiÁn </b>

thāc và cÃu trúc máy tính cÿa nghà Công nghá thông tin (Āng dụng phÅn mÃm)

<b>4. Māc tiêu mơn hãc: 4.1. VÁ ki¿n thāc: </b>

A1. Trình bày đ°ợc lách sā cÿa máy tính, các thÁ há máy tính và cách phân lo¿i máy tính.

A2. Mơ tÁ các thành phÅn c¢ bÁn cÿa kiÁn trúc máy tính, các tÁp lánh. Các kiểu kiÁn trúc máy tính: mơ tÁ kiÁn trúc, các kiểu đánh vá.

A3. Trình bày đ°ợc cÃu trúc cÿa bá xā lý trung tâm: tá chāc, chāc năng và nguyên lý ho¿t đáng cÿa các bá phÁn bên trong bá xā lý.

A4. Mô tÁ dißn tiÁn thi hành mát lánh mã máy và mát sá kỹ thuÁt xā lý thông tin: áng d¿n, siêu áng d¿n, siêu vơ h°ãng.

A5. Trình bày đ°ợc chāc năng và nguyên lý ho¿t đáng cÿa các lo¿i bá nhã. A6. Trình bày ph°¢ng pháp l°u trữ dữ liáu đái vãi bá nhã ngoài.

<b>4.2. VÁ kỹ năng </b>

B1. Phân lo¿i đ°ợc các thÁ há máy tính và các lo¿i máy tính.

B2. Phân biát đ°ợc các thành phÅn c¢ bÁn cÿa kiÁn trúc máy tính, các tÁp lánh. Các kiểu kiÁn trúc máy tính: mơ tÁ kiÁn trúc, các kiểu đánh vá.

B3. NhÁn biÁt đ°ợc cÃu trúc cÿa bá xā lý trung tâm: tá chāc, chāc năng và nguyên lý ho¿t đáng cÿa các bá phÁn bên trong bá xā lý.

B4. NhÁn biÁt đ°ợc dißn tiÁn thi hành mát lánh mã máy và mát sá kỹ thuÁt xā lý thông tin: áng d¿n, siêu áng d¿n, siêu vô h°ãng.

B5. NhÁn biÁt đ°ợc chāc năng và nguyên lý ho¿t đáng cÿa các lo¿i bá nhã. B6. NhÁn biÁt đ°ợc ph°¢ng pháp l°u trữ dữ liáu đái vãi bá nhã ngoài.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>5. Nòi dung ca mụn hóc </b>

<b>5.1. ChÂng trỡnh khung ngh Cơng nghß thơng tin (Āng dāng phÅn mÁm) </b>

<b><small>Trong đó Lý </small></b>

<b><small>thuy¿t </small></b>

<b><small>Thāc hành/ thāc tÁp/ </small></b>

<b><small>bài tÁp/ thÁo luÁn </small></b>

<b><small>Thi/KiÃm </small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

- Bàn ghÁ giáo viên, bÁng, phÃn. 6.2. Trang thiÁt bá máy móc:

- Máy tính, máy chiÁu

6.3. Hãc liáu, dụng cụ, nguyên vÁt liáu: - Giáo án, bài giÁng.

- Giáo trình nái bá và các tài liáu giÁng d¿y khác hß trợ bài giÁng. 6.4. Các điÃu kián khác: Khơng

<b>7. Nòi dung v phÂng phỏp ỏnh giỏ: 7.1. Nòi dung: </b>

- KiÁn thāc: Đánh giá tÃt cÁ nái dung đã nêu trong mục tiêu kiÁn thāc - Kỹ năng: Đánh giá tÃt cÁ nái dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.

- Năng lực tự chÿ và trách nhiám: Trong quá trình hãc tÁp, ng°åi hãc cÅn: + Nghiên cāu bài tr°ãc khi đÁn lãp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

+ Tham gia đÅy đÿ thåi l°ợng môn hãc. + Nghiêm túc trong quá trình hãc tÁp.

- Quy chÁ Tá chāc đào t¿o trình đá trung cÃp, trình đá cao đẳng theo ph°¢ng thāc tích lũy mơ-đun hc tín chß cÿa Nhà tr°ång ban hành kèm theo Qut đánh sá 246/QĐ-CĐTMDL ngày 1 tháng 6 năm 2022 cÿa Hiáu trỗng Trồng cao ng ThÂng mi v Du lách và h°ãng d¿n cụ thể theo tÿng môn hãc/mơ-đun trong ch°¢ng trình đào t¿o.

<b>đánh giá ^Ph°¢ngpháp tá chāc </b>

<b>Hình thāc </b>

<b>kiÃm tra ^{Chuẩn đÅu ra}đánh giá bài ^Sß^ThãiđiÃm kiÃm tra </b>

Th°ång xuyên nghiám + ^TrắcTự luÁn

Trắc nghiám +

Tự luÁn

A1, A2, B1, B2, C1, C2

1 Sau 8 giå.

Tự luÁn

Trắc nghiám +

Tự luÁn

A1, A2, A3, A4, A5, A6 B1, B2, B3, B4,

B5, B6 C1, C2

2 ^{Sau 15}giå

KÁt thúc môn hãc nghiám + ^TrắcTự luÁn

Trắc nghiám +

Tự luÁn

A1, A2, A3, A4, A5, A6 B1, B2, B3, B4,

B5, B6 C1, C2, C3,

1 ^{Sau 30}giå

<b>7.2.3. Cách tính điÃm </b>

- Điểm đánh giá thành phÅn và điểm thi kÁt thúc môn hãc đ°ợc chÃm theo thang

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>8.1. Ph¿m vi, đßi t°ÿng áp dāng: Mơn hãc đ°ợc sā dụng để giÁng d¿y cho nghà </b>

Công nghá thông tin - Āng dụng phÅn mÃm. Táng thåi gian thực hián môn hãc là: 30 giå, giáo viên giÁng các giå lý thuyÁt, kÁt hợp vãi các giå bài tÁp đan xen.

<b>8.2. Ph°¢ng pháp giÁng d¿y, hãc tÁp mơn hãc 8.2.1. Đßi vái ng°ãi d¿y: </b>

<b>* Lý thuy¿t: Áp dng phÂng phỏp dy hóc tớch cc bao gòm: thuyt trình </b>

ngắn, nêu vÃn đÃ, h°ãng d¿n đãc tài liáu, bài tÁp tình hng, câu hßi thÁo ln&. * <b>Bài tÁp: Phân chia nhóm nhß thực hián bài tÁp theo nái dung đà ra. * Thāc hành: Phân chia thực hành theo nái dung đà ra. </b>

<b>* H°áng d¿n tā hóc theo nhúm: Nhúm trỗng phõn cụng cỏc thnh viờn trong </b>

nhóm tìm hiểu, nghiên cāu theo u cÅu nái dung trong bài hãc, cÁ nhóm thÁo ln, trình bày nái dung, ghi chép và viÁt báo cáo nhóm.

<b>8.2.2. Đßi vái ng°ãi hãc: </b>

- Nghiên cāu kỹ bài hãc t¿i nhà tr°ãc khi đÁn lãp. Các tài liáu tham khÁo s¿ đ°ợc cung cÃp ngußn tr°ãc khi ng°åi hãc vào hãc môn hãc này (trang web, th° vián,

- Tham dự đÿ các bài kiểm tra th°ång xuyên, đánh kỳ. - Tham dự thi kÁt thúc môn hãc.

- Chÿ đáng tá chāc thực hián giå tự hãc.

<b>9. Tài lißu tham khÁo: </b>

(1) Ts. Phó Đāc Tồn, Giáo trình CÃu trúc máy tính, Nhà xt bÁn Hà Nái - 2005 (2) Ngun Hữu Lác, Giáo trình CÃu trúc máy tính, Đ¿i hãc Đà L¿t

(3) Giáo trình Vi xā lý và CÃu trúc máy tính, Nhà xuÃt bÁn Giáo dục (4) <b>Giáo trình CÃu trúc máy tính, Tr°ång CĐ Nghà Đà N¿ng </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>CH¯¡NG 1:TàNG QUAN VÀ CÂU TRÚC MÁY TÍNH </b>

- Hiểu đ°ợc khái niám và thông tin

- Hiểu các cách biÁn đái c¢ bÁn cÿa há tháng sá, các bÁng mã thơng dụng đ°ợc

<b>dùng để biểu dißn các ký tự. </b>

➢<i><b>_{Về kỹ năng:}</b></i>

- Phân lo¿i đ°ợc các lo¿i máy tính

<i>- NhÁn biÁt các thành tựu cÿa máy tính. </i>

<i>- Thực hián biÁn đái đ°ợc các há tháng sá và các bÁng mã thông dụng </i>

- Đái vãi ng°åi d¿y: sā dng phÂng phỏp ging ging dy tớch cc (diòn ging, vÃn đáp); yêu cÅu ng°åi hãc thực hián trÁ låi cõu hòi v bi tp ChÂng 1 (cỏ nhõn hoc nhóm).

- Đái vãi ng°åi hãc: chÿ đáng đãc tr°ãc giáo trình (Ch°¢ng 1) tr°ãc bi hãc; hồn thành đÅy đÿ bài tÁp Ch°¢ng 1 theo cá nhân hoÁc nhóm và náp l¿i cho ng°åi d¿y đúng thåi gian quy đánh.

➢<i><b>_{Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng:}</b></i>

- Phòng hãc lý thuyÁt, thực hành đ°ợc trang bá há tháng đèn đÿ ánh sáng. - Bàn ghÁ cho sinh viên.

- Bàn ghÁ giáo viên, bÁng, phÃn. ➢<i><b>_{Trang thiết bị máy móc:}</b></i>

- <i><b>Máy tính, máy chiÁu </b></i>

➢<i><b>_{Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:}</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

- Giáo án, bài giÁng.

- Giáo trình nái bá và các tài liáu giÁng d¿y khác hß trợ bài giÁng ➢<i><b>_{Các điều kiện khác: Khơng có}</b></i>

✓_{Điểm kiểm tra th°ång xun: Khơng có}✓_{Kiểm tra đánh kỳ: Khơng có}

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>NÞI DUNG CH¯¡NG 1 1. Các mßc lách sā phát triÃn cơng nghß máy tính </b>

30 năm tr°ãc, 5150 ra đåi đã phá vỡ mãi quan điểm tr°ãc đó và máy tính. LÅn đÅu tiên, máy tính đ°ợc nhìn nhÁn nh° mát thiÁt bá có kích th°ãc vÿa phÁi, hợp túi tiÃn và đ°ợc cơng chúng chú ý nhiÃu h¢n.

1982: Franklin Ace 100

Đây là chiÁc máy tính gây ra vụ kián và bÁn quyÃn phÅn mÃm đÅu tiên trong lách sā. Acer bá Apple kián vì vi ph¿m nhãn hiáu hàng hóa khi sao chép phÅn cāng và phÅn mÃm cÿa máy tính Apple II cho Franklin Ace 100 . Trong vụ kián này, phÅn thắng thuác và Apple.

1982: Commodore 64

Có thể coi Commodore là máy tính dành cho há gia đình nái tiÁng nhÃt. Tÿ năm 1982 tãi năm 1993, gÅn 30 triáu máy Commodore 64 đã đ°ợc bán ra trên toàn thÁ giãi.

XT là bÁn nâng cÃp máy tính cá nhân 5150 đÅu tiên cÿa IBM. XT có á cāng trong 10 MB. SÁn phẩm này cÿa IBM sau ú nhanh chúng trỗ thnh mỏy tớnh tiờu chun.

1983: Apple Lisa

Lisa là máy tính tiêu dùng đÅu tiên có giao dián đß hãa. Tuy nhiên, cái giá 10.000

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

USD trỗ thnh ro cn đ°a sÁn phẩm đÁn vãi ng°åi tiêu dù.

1984: Macintosh

Macintosh thu đ°ợc thành công vang dái tãi māc 30 năm đó, các sÁn phẩmmáy tính hián nay cÿa Apple v¿n đ°ợc coi là hÁu duá trực tiÁp cÿa Macintosh. Macintosh cũng có giao dián đß hãa nh° Lisa nh°ng māc giá "mÃm" h¢n rÃt nhiÃu giúp sÁn phẩm này dò tiờu th hÂn.

1990: NeXT

Mỏy tớnh NeXT c sn xut bỗi cụng ty riờng ca Steve Jobs thnh lÁp sau khi ông råi Apple vào năm 1985. Tuy nhiờn, chic mỏy tớnh ny trỗ nờn quan tróng vỡ 1 lý do khác: đây là m¿u máy tính đÅu tiên đ°ợc Tim Berners-Lee dùng làm máy chÿ World Wide Web.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

1996: Deep Blue

Năm 1994, máy tính Deep Thought cÿa IBM bá kián t°ãng cå vua Garry Kasparov đánh b¿i mát cách dß dàng. Tháng 2 năm 1996, máy tính Deep Blue đánh thắng Garry Kasparov trong hiáp đÃu đÅu tiên. Đây là lÅn đÅu tiên mát đ°¢ng kim vơ đách thÁ giãi thÃt b¿i trong mát ván cåtr°ãc đái thÿ máy tính.Tuy nhiên, các hiáp sauđó Deepđã bá Garry Kasparov chinh phục. Sau lÅn thÃt b¿i này, các kỹ s° IBM ra sc nghiờn cu nõng cp Deep Blue v trỗ l¿i "phục thù", đánh b¿i kián t°ãng cå vua vào năm 1997, trình dißn khÁ năng xā lý ch°a tÿng thÃy trong lách sā tr°ãc đó.

1998: iMac

iMac đã xóa đi hình Ánh nhàm chán cÿa những chiÁc máy tính cá nhân màu xám cục mách. Apple đã cách m¿ng hóa hình Ánh máy tính vãi những m¿u iMacnhiÃu màu sắc sÁc sỡ.

Hián t¿i là iPad?

Lo¿i "máy tính di đáng" này v¿n cịn gây ra nhiÃu tranh cãi vãimái nghi ngå liáumáy tính bÁng nói chung và iPad nói riêng có phÁi chß là "mát nhÃt thåi". Dù sao hãy thā xem trong vòng 5 năm, máy tính s¿ thay đái nh° thÁ nào nữa vãi iPad.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>2. Thông tin và sā mã hóa thơng tin </b>

<b>2.1. Khái nißm thơng tin và l°ÿng thông tin </b>

<i><b>a) Khái niệm thông tin </b></i>

<i>Thông tin về 2 trạng thái có ý nghĩa của hiệu điện thế </i>

Khái niám và thông tin gắn liÃn vãi sự hiểu biÁt mát tr¿ng thái cho s¿n trong nhiÃu tr¿ng thái có thể có vào mát thåi điểm cho tr°ãc.

Trong hình này, chúng ta quy °ãc có hai tr¿ng thái có ý nghĩa: tr¿ng thái thÃp khi hiáu đián thÁ thÃp h¢n VL và tr¿ng thái cao khi hiáu đián thÁ lãn h¢n VH. Để có thơng tin, ta phÁi xác đánh thåi điểm ta nhìn tr¿ng thái cÿa tín hiáu. Thí dụ, t¿i thåi điểm t1 thì tín hiỏu ỗ trng thỏi thp v ti thồi im t2 thỡ tớn hiỏu ỗ trng thỏi cao.

<i><b>b) Lng thụng tin </b></i>

Thơng tin đ°ợc đo l°ång bằng đ¢n vá thơng tin mà ta gãi là bit. L°ợng thông tin đ°ợc ỏnh ngha bỗi cụng thc:

I = Log2(N)

Trong ú: I: là l°ợng thơng tin tính bằng bit N: là sá tr¿ng thái có thể có

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

có. Thí dụ, sự hiểu biÁt cÿa mát tr¿ng thái trong 16 tr¿ng thái có thể āng vãi mát l°ợng thông tin là:

<i>VÁy mát tÿ n bit t°¢ng āng vãi mát l°ợng thơng tin n bit. Ví dụ : Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân </i>

<small>0 1 2 3 4 5 6 7 </small>

<small>0 0 0 0 1 1 1 1 </small>

<small>0 0 1 1 0 0 1 1 </small>

<small>0 1 0 1 0 1 0 1 </small>

<b>2.2. Sā mã hóa thơng tin </b>

<i><b>a) Mã và mã hóa là gì? </b></i>

Mã hóa là ph°¢ng pháp để biÁn thơng tin (phim Ánh, văn bÁn, hình Ánh...) tÿ đánh d¿ng bình th°ång sang d¿ng thơng tin khơng thể hiểu đ°ợc nÁu khơng có ph°¢ng tián giÁi mã.

Ví dụ mát quy tắc mã hóa đ¢n giÁn:

TÃt cÁ các ký tự đÃu bá thay thÁ bằng ký tự thā 4 phía tr°ãc nó trong bÁng chữ cái.

BÁng chữ cái gßm: "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVXYZ " VÁy vãi câu: KY THUAT MA HOA CO BAN

Theo quy tắc trên, K => G, Y => T, " " => V ...

Sau khi mã hóa s¿ có đ°ợc chi: GYVPDQXPVIXVDKXVZKVYXJ

Rõ ràng đãc chi này b¿n s¿ khơng hiểu đ°ợc nái dung là gì nÁu khơng có khóa để giÁi mã. Khóa đó chính là sá 4 ký tự mà b¿n dách.

Khi nhÁn đ°ợc chußi này, b¿n chò cn dỏch ngc trỗ v bng cỏch thay ký tự bằng ký tự thā 4 phía sau nó. G => K, T => Y, ...

Vãi ví dụ trên,

Tắt cÁ các ký tự đÃu bá thay thÁ bằng ký tự thā 4 phía tr°ãc nó trong bÁng chữ cái là mã hóa

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

thay ký tự bằng ký tự thā 4 phía sau nó là giÁi mã.

<i><b>b) Biểu diễn số trong máy tính </b></i>

Khái niỏm hỏ thỏng sỏ: CÂ sỗ ca mỏt hỏ thỏng sá đánh nghĩa ph¿m vi các giá trá có thể có cÿa mát chữ sá. Ví dụ: trong há thÁp phân, mát chữ sá có giá trá tÿ 0-9, trong há nhá phân, mát chữ sá (mát bit) chß có hai giá trá là 0 hoÁc 1.

<i>V<small>k</small>: Số cần biểu diễn giá trị </i>

<i>* Để biến đổi một số hệ thÁp phân sang nhị phân, ta có hai ph°¢ng thức biến đổi: </i>

- Ph°¢ng thāc sá d° để biÁn đái phÅn nguyên cÿa sá thÁp phân sang nhá phân. Ví dụ: Đái 23.375<small>10</small> sang nhá phân. Chúng ta s¿ chuyển đái phÅn nguyên dùng ph°¢ng thāc sá d°:

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

0.375 x 2 = 0.75 PhÅn nguyên = 0

0.5 x 2 = 1.0 PhÅn nguyên = 1 KÁt quÁ: (0.375)<small>10</small> = (0.011)<small>2</small>

KÁt quÁ cuái cùng nhÁn đ°ợc là: 23.375<small>10</small> = 10111.011<small>2</small>

Tuy nhiên, trong viác biÁn đái phÅn lẻ cÿa mát sá thÁp phân sang sá nhá phân theo ph°¢ng thāc nhân, có mát sá tr°ång hợp viác biÁn đái sá lÁp l¿i vơ h¿n. Ví dụ: 0.2. Tr°ång hợp biÁn đái sá nhá phân sang các há tháng sá khác nhau, ta có thể nhóm mát sá các sá nhá phân để biểu dißn cho sá trong há tháng sá t°¢ng āng.

Thơng th°ång, ng°åi ta nhóm 4 bit trong há nhá phân há để biểu dißn sá d°ãi d¿ng thÁp lục phân (Hexadecimal), nhóm 3 bit để biểu dißn sá d°ãi d¿ng bát phân (Octal).

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Sá nguyên có bit d<small>n-1</small>là bit dÃu và có trá sỏ tng trng bỗi cỏc bit t d<small>0</small> tói d<small>n-2</small>. a) Cách biểu dißn bằng trá tuyát đái và dÃu

Trong cách này, bit d<small>n-1</small>là bit dÃu và các bit tÿ d<small>0</small> tãi d<small>n-2</small> cho giá trá tuyát đái. Mát tÿ n bit t°¢ng āng vãi sá nguyên thÁp phân có dÃu.

<i>+ Số bù 1: </i>

Trong cách biểu dißn này, sá âm -N đ°ợc có bằng cách thay các sá nhá phân d<small>i</small> cÿa sá d°¢ng N bằng sá bù cÿa nó (nghĩa là nÁu d<small>i</small>= 0 thì ng°åi ta đái nó thành 1 và ng°ợc l¿i).

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<i><b>c) Cách biểu diễn số nguyên bằng mã BCD (Binary Coder Decimal) </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

35 ➔ 0011 0101 BCD 61 ➔ 0101 0001 BCD 29 ➔ 0010 1001 BCD Các kiểu l°u trữ sá BCD

- BCD khơng gói (Unpacked BCD) : mßi sá BCD 4 bit đ°ợc l°u trữ trong 4 bit thÃp cÿa mßi byte. Ví dụ : sá 35 đ°ợc l°u trữ nh° sau :

- BCD gói (Packed BCD): hai sá BCD đ°ợc l°u trữ trong 1 byte. Ví dụ : sá 35 đ°ợc l°u trữ nh° sau :

<i><b>d) Cách biểu diễn số với dấu chấm động </b></i>

- Táng quát : mát sá thực X đ°ợc biểu dißn theo kiểu sá dÃu chÃm đáng nh° sau :

X = M * R<small>E</small>

M là phÅn đánh trá (Mantissa) R là c¢ sá (Radix)

E là phÅn mũ (Exponent)

- Chuẩn IEEE 754: Có nhiÃu cách biểu dißn dÃu chÃm đáng, trong đó cách biểu dißn theo chuẩn IEEE 754 đ°ợc dùng ráng rãi trong khoa hãc máy tính hián nay. Chuẩn IEEE 754 đánh nghĩa hai d¿ng biểu dißn sá chÃm đáng:

+ D¿ng 32 bit :

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Công thāc xác đánh giá trá cÿa sá thực : X = (-1)^S * 1.m*2^e-127

Ví dụ 1: xác đánh giá trá cÿa sá thực đ°ợc biểu dißn bằng 32 bit nh° sau : 1100 0001 0101 0110 0000 0000 0000 0000

- S =1 ➔ sá âm

- e = 1000 0010<small>2</small> = 130 ➔ E = 130 -127 = 3 VÁy X = -1.10101100*2<small>3</small> = -1101.011 = - 13.375

Ví dụ 2: Biểu dißn sá thực X = 83.75 và d¿ng dÃu chÃm đáng IEEE 754 32 X = 83.75<small>10</small> = 0101 0011.11<small>2</small> = 1.01001111*2⁶

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

- GiÁi giá trá biểu dißn là: 10^-308 đÁn 10<small>+308</small>

<b>3. Đặc điÃm cÿa các th¿ hß máy tính đißn tā 3.1. Th¿ hß thā nhÃt: (1945-1955) </b>

Máy tính đ°ợc xây dựng trờn c sỗ ốn iỏn t m mòi ốn tng tr°ng cho 1 bit nhá phân. Do đó máy có khái l°ợng rÃt lãn, tác đá chÁm và tiêu thụ đián năng lãn. Nh° máy ENIAC bao gßm 18000 đèn đián tā, 1500 r¢-le, nÁng 30 tÃn, tiêu thụ cơng suÃt 140KW. Và kiÁn trúc nó có 20 thanh ghi, mßi thanh ghi chāa 1 sá thÁp phân 10 chữ sá. ChiÁc máy đ°ợc lÁp trình bằng cách đÁt vá trí (set) cÿa 6000 chuyển m¿ch (switch) - mßi cái có nhiÃu vát trí và nái vơ sá á cắm (socket) vãi mát <rÿng= đÅu cắm (jumper).

Cùng thåi kì này, Giáo s° toán hãc John Von Neumann đã đ°a ra ý tỗng

<i>thit k mỏy tớnh IAS (Princeton Institute for Advanced Studies): ch°¢ng trình đ°ợc </i>

l°u trong bá nhã, bá điÃu khiển s¿ lÃy lánh và biÁn đái giá trá cÿa dữ liáu trong phÅn bá nhã, bá sá hãc và logic (ALU: Arithmetic And Logic Unit) đ°ợc điÃu khiển để tính tốn trên dữ liáu nhá phân, điÃu khiển ho¿t đáng cÿa các thiÁt bá vào ra. Đây l mỏt ý tỗng nn tng cho cỏc mỏy tớnh hián đ¿i ngày nay. Máy tính này cịn đ°ợc gãi là máy tính Von Neumann.

<b>3.2. Th¿ hß thā hai: (1955-1965). </b>

Mỏy tớnh c xõy dng trờn c sỗ l các đèn bán d¿n (transistor), Công ty Bell đã phát minh ra transistor vào năm 1948 và do đó thÁ há thā hai cÿa máy tính đ°ợc đÁc tr°ng bằng sự thay thÁ các đèn đián tā bằng các transistor l°ỡng cực. Máy tính đÅu tiên thÁ há này có tên là TX-0 (transistorized experimental computer 0).

<b>3.3. Th¿ hß thā ba: (1965-1980). </b>

Máy tính dùng m¿ch tích hợp (cịn gãi là m¿ch vi đián tā - IC) cho phép có thể đÁt hàng chục transistor trong mát vß(chip) , nhå đó ng°åi ta có thể chÁ t¿o các máy tớnh nhò hÂn, nhanh hÂn v r hÂn cỏc mỏy tính dùng Transistor ra đåi tr°ãc nó. Điển hình là thÁ há máy System/360 cÿa IBM. ThÁ há máy tính này có những b°ãc đát phá mãi nh° sau:

- Tính t°¢ng thích cao: Các máy tính trong cùng mát hã có khÁ năng ch¿y các ch°¢ng trình, phÅn mÃm cÿa nhau.

- ĐÁc tính đa ch°¢ng trình: T¿i mát thåi điểm có thể có vài ch°¢ng trình nằm trong bá nhã và mát trong sá đó đ°ợc cho ch¿y trong khi các ch°¢ng trình khác chå hồn thành các thao tác vào/ra.

- Khơng gian đáa chß rÃt lãn (2²⁴ byte = 16Mb).

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>3.4. Th¿ hß thā t°: (1980- nay ) </b>

Máy tính đ°ợc xây dựng trên các vi m¿ch cỡ lãn (LSI) và cực lãn (VLSI).

Đây là thÁ há máy tính sá ngày nay, nhå công nghá bán d¿n phát triển v°ợt bÁc, mà ng°åi ta có thể chÁ t¿o các m¿ch tá hp ỗ mc ỏ cc lón. Nhồ ú mỏy tớnh ngy cng nhò hÂn, nh hÂn, mnh hÂn v giỏ thành rẻ h¢n. Máy tính cá nhân bắt đÅu xt hián và phát triển trong thåi kỳ này.

Dựa vào kích th°ãc vÁt lý, hiáu suÃt và lĩnh vực sā dụng, hián nay ng°åi ta th°ång chia máy tính sá thÁ há thā t° thành 5 lo¿i chính, các lo¿i có thể trùm lên nhau mát phÅn:

- Microcomputer: Còn gãi là PC (personal computer), là những máy tính nhß, có 1 chip vi xā lý và mát sá thiÁt bá ngo¿i vi. Th°ång dùng cho mát ng°åi, có thể dùng đác lÁp hoÁc dùng trong m¿ng máy tính.

- Minicomputer: Là những máy tính cỡ trung bình, kích th°ãc th°ång lãn h¢n PC. Nó có thể thực hián đ°ợc các āng dụng mà máy tính cỡ lãn thực hián. Nó có khÁ năng hß trợ hàng chục đÁn hàng trăm ng°åi làm viác. Minicomputer đ°ợc sā dụng ráng rãi trong các āng dụng thåi gian thực, ví dụ trong điÃu khiển hàng khơng, trong tự đáng hố sÁn xt.

- Supermini: Là những máy Minicomputer có tác đá xā lý nhanh nht trong hó Mini ỗ nhng thồi im nhÃt đánh. Supermini th°ång đ°ợc dùng trong các há tháng phân chia thåi gian, ví dụ các máy quÁn gia cÿa m¿ng.

- Mainframe: Là những máy tính cỡ lãn, có khÁ năng hß trợ cho hàng trăm đÁn hàng ngàn ng°åi sā dụng. Th°ång đ°ợc sā dụng trong chÁ đá các công viác sắp xÁp theo lô lãn (Large-Batch-Job) hoÁc xā lý các giao dách (Transaction Processing), ví dụ trong ngân hàng.

- Supercomputer: Đây là những siêu máy tính, đ°ợc thiÁt kÁ đÁc biát để đ¿t tác đá thực hián các phép tính dÃu phẩy đáng cao nhÃt có thể đ°ợc. Chúng th°ång có kiÁn trúc song song, chß ho¿t đáng hiáu quÁ cao trong mát sá lĩnh vực.

<b>4. Ki¿n trúc và tá chāc máy tính 4.1. Khái nißm ki¿n trúc máy tính </b>

KiÁn trúc máy tính là khoa hãc và viác lựa chãn và kÁt nái các thành phÅn phÅn cāng để t¿o ra các máy tính đ¿t đ°ợc các yêu cÅu và chāc năng

(functionality), hiáu năng (performance) và giá thành (cost).

Yêu cÅu chāc năng địi hßi máy tính phÁi có thêm nhiÃu tính năng phong phúvà hữu ích; yêu cÅu hiáu năng địi hßi máy tính phÁi đ¿t tác đá xā lý cao hÂn v yờu cu giỏ thnh ũi hòi máy tính phÁi càng ngày càng rẻ h¢n.

Để đ¿t đ°ợc cÁ ba yêu cÅu và chāc năng,hiáu năng và giá thành là rÃt khó khăn. Tuy nhiên, nhå có sự phát triển rÃt m¿nh m¿ cÿa côngnghá vi xā lý, các máy tính ngày nay có tính năng phong phú, nhanh h¢n và rẻ h¢n so vãimáy tính các thÁ há tr°ãc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

KiÁn trúc máy tính đ°ợc cÃu thành tÿ 3 thành phÅn con: (i)

<i>Kiến trúc tÁp lệnh (Instruction SetArchitecture), (ii) </i>

<i>Vi kiến trúc (Micro Architecture) và Thiết kế hệ thống (System Design). </i>

KiÁn trúc tÁp lánh là hình Ánh cÿa mát há tháng mỏy tớnh ỗ mc ngụn ng mỏy.Kin trỳctp lỏnh bao gßm các thành phÅn: tÁp lánh, các chÁ đá đáa chß, các thanh ghi, khn d¿ngđáa chß và dữ liáu.

Vi kiÁn trúc là mô tÁ māc thÃp và các thành phÅn cÿa há tháng máy tính, phái ghép vàviác trao đái thông tin giữa chúng.Vi kiÁn trúc giúp trÁ låi hai câu hßi (1) Các thành phÅn phÅn cāng cÿa máy tính kÁt nái vãi nhau nh° thÁ nào?

và (2) Các thành phÅn phÅn cāngcÿa máy tính t°¢ng tác vãi nhau nh° thÁ nào để thực thi tÁp lánh?

ThiÁt kÁ há tháng: bao gßm tÃt cÁ các thành phÅn phÅn cāng cÿa há tháng máy tính, bao gßm: Há tháng phái ghép (các bus và các chuyển m¿ch), Há tháng bá nhã , Các c¢ chÁ giÁm tÁi cho CPU (nh° truy nhÁp trực tiÁp bá nhã ) và Các vÃn đà khác(nh° đa xā lý và xā lý song song).

<b>4.2. Khái nißm tá chāc máy tính </b>

Tá chāc máy tính hay cÃu trúc máy tính là khoa hãc nghiên cāu và các bá phÁn cÿa máy tínhvà ph°¢ng thāc làm viác cÿa chúng.Vãi đánh nghĩa nh° vÁy, tá chāc máy tính khá gÅn gũi vãi vi kiÁn trúc – mát thành phÅn cÿa kiÁn trúc máy tính. Nh° vÁy, có thể thÃy rằng, kiÁn trúc máy tính và khái niám ráng h¢n, nó bao hàm cÁ tá chāc hay cÃu trúc máy tính.

<b>5. Các mơ hình ki¿n trúc máy tính 5.1. Mơ hình ki¿n trúc Von Neumann </b>

KiÁn trúc máy tính von-Neumann đ°ợc nhà toán hãc John von-Neumann đ°a ra vào năm1945 trong mát báo cáo vÃmáy tính EDVACnh° minh ho¿ trên

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

KiÁn trúc máy tínhvon- Neumann nguyên thuỷ.

Các máy tính hián đ¿i ngày nay sā dụng kiÁn trúc máy tính von-Neumann cÁi tiÁn – cịn gãi là kiÁn trúc máy tính von-Neumann hián đ¿i,nh° minh ho¿ trên hình bên d°ãi.

KiÁn trúcmáy tính von-Neumann hián đ¿i

<i>Các đặc điểm của kiến trúc von-Neumann </i>

KiÁn trúc von- Neumann da trờn 3 khỏi niỏm c sỗ:(1)Lỏnh v d liáu đ°ợc l°u trữ trong bánhã đãc ghi chia sẻ-mát bá nhã duy nhÃt đ°ợc sā dụng để lưu trữ cÁ lánh và dữ liáu, (2)Bánhã đ°ợc đánh đáa chß theo vùng, khơng phụ thc vào nái dung nó l°u trữ và (3)Các lánh cÿa mát ch°¢ng trình đ°ợc thực hián tuÅn tự. Quá trìnhthực hián lánh đ°ợc chia thành3 giai đo¿n (stages) chính:(1)

CPU đãc (fetch) lánh tÿ bá nhã , (2)CPU giÁi mã và thực hián lánh;nÁu lánh yêu cÅu dữ liáu, CPU đãc dữ liáu tÿ bá nhã;và (3)CPU ghi kÁt quÁ thực hián lánh vào bá nhã (nÁu có).

<b>5.2. Mơ hình ki¿n trúc Havard </b>

KiÁn trúc máy tính Harvard là mát kiÁn trúc tiên tiÁn nh° minh ho¿ trên hình.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

KiÁn trúc máy tính Harvard

KiÁn trúc máy tính Harvard chia bá nhã trong thành hai phÅn riêng r¿: Bá nhã l°u ch°¢ngtrình (Program Memory) và Bá nhã l°u dữ liáu (Data Memory). Hai há tháng bus riêng đ°ợc sā dụng để kÁt nái CPU vãi bá nhã l°u ch°¢ng trình và bá nhã l°u dữ liáu. Mßi há tháng bus đÃu có đÅy đÿ ba thành phÅn để truyÃn d¿n các tín hiáu đáa chß, dữ liáu và điÃu khiển.

Máy tính dựa trên kiÁn trúc Harvard có khÁ năng đ¿t đ°ợc tác đá xā lý cao h¢n máy tính dựa trên kiÁn trúc von-Neumann do kiÁn trúc Harvard hß trợ hai há tháng bus đác lÁp vãi băngthông lãn h¢n. Ngồi ra, nhå có hai há tháng bus đác lÁp, há tháng nhã trong kiÁn trúc Harvard hß trợ nhiÃu lánh truy nhÁp bá nhã t¿i mát thåi điểm, giúp giÁm xung đát truy nhÁp bá nhã, đÁc biát khi CPU sā dụng kỹ thuÁt đ°ång áng (pipeline).

<b>CÂU HäI VÀ BÀI TÀP </b>

<small>1. </small> Dựa vào tiêu chuẩn nào ng°åi ta phân chia máy tính thành các thÁ há?2. ĐÁc tr°ng c¢ bÁn cÿa các máy tính thÁ há thā nhÃt?

3. ĐÁc tr°ng c¢ bÁn cÿa các máy tính thÁ há thā hai? 4. ĐÁc tr°ng c¢ bÁn cÿa các máy tính thÁ há thā ba? 5. ĐÁc tr°ng c¢ bÁn cÿa các máy tính thÁ há thā t°?

6. Khuynh h°ãng phát triển cÿa máy tính đián tā ngày nay là gì? 7. Viác phân lo¿i máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào?

8. Khái niám thông tin trong máy tính đ°ợc hiểu nh° thÁ nào? 9. L°ợng thơng tin là gì ?

10. Sự hiểu biÁt và mát tr¿ng thái trong 4096 tr¿ng thái có thể có āng vãi l°ợng thơng tin là bao nhiêu?

12. Sá nhá phân 8 bit (11001100)2, sá này t°¢ng āng vãi sá ngun thÁp phân có dÃu là bao nhiêu nÁu sá đang đ°ợc biểu dißn trong cách biểu dißn:

b. Sá bù 1. c. Sá bù 2. 13. Đái các sá sau đây:

a. (011011)2 ra sá thÁp phân.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

b. (55.875)10 ra sá nhá phân.

14. Biểu dißn sá thực (31.75)10 d°ãi d¿ng sá có dÃu chÃm đáng chính xác đ¢n 32 bit

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

- Phân lo¿i đ°ợc các lo¿i toán h¿ng

<i>- NhÁn biÁt đ°ợc tÁp lánh cÿa các kiÁn trúc máy tính. </i>

➢<i><b>_{Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:}</b></i>

- Ý thāc đ°ợc tÅm quan trãng và ý nghĩa thực tißn cÿa kiÁn trúc phÅn mÃm bá

<i>xā lý trong nghiên cāu máy tính. </i>

- Tích cực, chÿ đáng và hợp tác trong hãc tÁp. Thể hián sự nhiát tình, trách nhiám, tác phong nhanh nhẹn trong công viác.

- Đái vãi ng°åi d¿y: sā dụng phÂng phỏp ging ging dy tớch cc (diòn ging, vn đáp); yêu cÅu ng°åi hãc thực hián trÁ låi câu hòi v bi tp ChÂng 2 (cỏ nhõn hoc nhúm).

- Đái vãi ng°åi hãc: chÿ đáng đãc tr°ãc giáo trình (Ch°¢ng 2) tr°ãc bi hãc; hồn thành đÅy đÿ bài tÁp Ch°¢ng 2 theo cá nhân hc nhóm và náp l¿i cho ng°åi d¿y đúng thåi gian quy đánh.

➢<i><b>_{Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng:}</b></i>

- Phòng hãc lý thuyÁt, thực hành đ°ợc trang bá há tháng đèn đÿ ánh sáng. - Bàn ghÁ cho sinh viên.

- Bàn ghÁ giáo viên, bÁng, phÃn. ➢<i><b>_{Trang thiết bị máy móc:}</b></i>

- <i><b>Máy tính, máy chiÁu </b></i>

➢<i><b>_{Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:}</b></i>- Giáo án, bài giÁng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

➢<i><b>_{Các điều kiện khác: Khơng có}</b></i>

✓

Điểm kiểm tra th°ång xuyên: 01 bài kiểm tra (Trắc nghiám + Tự ln)

✓

Kiểm tra đánh kỳ: Khơng có

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<b>NịI DUNG CHĂNG 21. Cỏc thnh phn c bn cÿa máy tính </b>

<i><b>Mục tiêu: Hiểu đ°ợc các thành phần c¢ bản của một máy vi tính </b></i>

Thành phÅn c¢ bÁn cÿa mát bá máy tính gßm: bá xā lý trung tâm (CPU:

<i>Central Processing Unit), bá nhã, các bá phÁn nhÁp-xuÃt thông tin. Các bộ phÁn trên đ°ợc kết nối với nhau thông qua các hệ thống bus. Há tháng bus bao gßm: bus </i>

đáa chß, bus dữ liáu và bus điÃu khiển. Bus đáa chß và bus dữ liáu dùng trong viác chuyển dữ liáu giữa các bá phÁn trong máy tính. Bus điÃu khiển làm cho sự trao đái thơng tin giữa các bá phÁn đ°ợc đßng bá. Thông th°ång ng°åi ta phân biát mát bus há tháng dùng trao đái thông tin giữa CPU và bá nhã trong (thông qua cache), và mát bus vào - ra dùng trao đái thông tin giữa các bá phÁn vào-ra và bá nhã trong.

<small>Bá xā lý trung tâm (CPU) Đ¢n vá điÃu khiển </small>

<small>(CU) Đ¢n vá sá hãc và </small>

<small>logic (ALU) TÁp thanh ghi </small>

<small>(Registers) </small>

<i>Hình 2.1: Cấu trúc của một hệ máy tính đ¢n giản </i>

<b><small>Bus đáa chß Bus dÿ lißu </small></b>

<b><small>Bus điÁu khiÃn </small></b>

<small>Há tháng vào ra Bỏ nhó </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b><small>Ân vỏ sò hãc và logic </small></b>

<b><small>(ALU) Đ¢n vá điÁu </small></b>

<b><small>(RF). </small></b>

Mát ch°¢ng trình s¿ đ°ợc sao chép tÿ đĩa cāng vào bá nhã trong cùng vãi các thông tin cÅn thiÁt cho ch°¢ng trình ho¿t đáng, các thơng tin này đ°ợc n¿p vào bá nhã trong tÿ các bá phÁn cung cÃp thơng tin (ví dụ nh° mát bàn phím hay mát đĩa tÿ). Bá xā lý trung tâm s¿ đãc các lánh và dữ liáu tÿ bá nhã, thực hián cỏc lỏnh v lu cỏc kt qu trỗ li bỏ nhã trong hay cho xuÃt kÁt quÁ ra bá phÁn xt thơng tin (màn hình hay máy in).

Thành phÅn c bn ca mỏt mỏy tớnh bao gòm :

<b>1.1. Bò x lý trung tõm (CPU) </b>

Cu trỳc c bn cÿa CPU:

<b><small>Bus bên ngồi </small></b>

<i>Hình 2.2: Cấu trúc c¢ bản của CPU </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<b>1.2. Bß nhá máy tính </b>

- + Chāc năng: l°u trữ ch°¢ng trình và dữ liáu.

- + Các thao tác c¢ bÁn vãi bá nhã: - Đãc (Read)

- Ngăn nhã th°ång đ°ợc tá chāc theo byte.

- Nái dung cÿa ngăn nhã có thể thay đái, song đáa chß vÁt lý cÿa ngăn nhã ln cá đánh.

¯_{Bá nhã đám nhanh (Cache memory)}

- Bá nhã có tác đá nhanh đ°ợc đÁt đám giữa CPU và bá nhã chính nhằm tăng tác đá CPU truy nhÁp bá nhã.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

- Cache có thể có hc khơng

<i>Hình 2.4: Bộ nhớ đệm Cache </i>

- Chāc năng và đÁc điểm:

+ L°u giữ tài nguyên phÅn mÃm cÿa máy tính.

+ Đ°ợc kÁt nái vãi há tháng d°ãi d¿ng các thiÁt bá vào-ra. + Dung l°ợng lãn.

+ Tác đá chÁm.

- Các lo¿i bá nhã ngoài:

+ Bá nhã tÿ: đĩa cāng, đĩa mÃm. + Bá nhã quang: đĩa CD, DVD.

+ Bá nhã bán d¿n: Flash disk, memory card.

<b>1.3. Hß thßng vào - ra </b>

- Chāc năng: Trao đái thơng tin giữa máy tính vãi thÁ giãi bên ngồi. - Các thao tác c¢ bÁn: + Vào dữ liáu (Input)

+ Ra dữ liáu (Output) - Các thành phÅn chính:

+ Các thiÁt bá ngo¿i vi (Peripheral Devices): chuyển đái dữ liáu giữa bên trong và bên ngồi máy tính.

ThiÁt bá vào: bàn phím, cht, máy quét ... ThiÁt bá ra: màn hình, máy in ...

+ Các mô-đun vào ra (IO Modules): nái ghép các thiÁt bá ngo¿i vi vãi máy tính.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

<b>1.4. Liên k¿t hß thßng </b>

Lng thơng tin trong máy tính trong đó có các mơ đun trong máy tính nh° CPU, mơ đun nhã, mơ đun vào ra cÅn đ°ợc kÁt nái vãi nhau.

Hình 2.5 KÁt nái mơ đun nhã

Hình 2.6 KÁt nái mơ đun vào ra

Hình 2.7 KÁt nái CPU

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

KÁt nái và vÁn chuyển thông tin giữa các thành phÅn vãi nhau.Để thực hián đ°ợc điÃu đó chúng ta có khái niám bus.Bus là đ°ång trun tín hiáu đián chung nái các thiÁt bá khác nhau trong mát há tháng máy tính. Bus th°ång bao gßm 50 đÁn 100 dây d¿n đ°ợc gắn chÁt vãi mainboard, trên các dây này có các đ°ång nái đ°a ra, các đÅu này đ°ợc sắp xÁp và cách nhau mát khoÁng quy đánh để có thể cắm vào đó các bÁng m¿ch điÃu khiển vào ra hoÁc bá nhã. Chúng ta s¿ tìm hiu k hÂn hỏ thỏng bus ỗ chÂng 6 trong giáo trình.

<b>2. Ki¿n trúc các tÁp lßnh CISC và RISC </b>

<i><b>Mục tiêu:Hiểu đ°ợc kiến trúc tÁp lệnh Cisc và Risc </b></i>

<b>2.1. Ki¿n trúc tÁp lßnh CISC </b>

Các kiÁn trúc vãi tÁp lánh phāc t¿p CISC (Complex Instruction Set Computer) đ°ợc nghĩ ra tÿ những năm 1960. Vào thåi kỳ này, ng°åi ta nhÁn thÃy các ch°¢ng trình dách khó dùng các thanh ghi, rằng các vi lánh đ°ợc thực hián nhanh h¢n các lánh và cÅn thiÁt phÁi làm giÁm đá dài các ch°¢ng trình. Các đÁc tính này khiÁn ng°åi ta °u tiên chãn các kiểu ô nhã - ô nhã và ô nhã - thanh ghi, vãi những lánh phāc t¿p và dùng nhiÃu kiểu đánh vá. ĐiÃu này d¿n tãi viác các lánh có chiÃu dài thay đái và nh° thÁ thì dùng bá điÃu khiển vi ch°¢ng trình là hiáu quÁ nhÃt.

BÁng 2.1 cho các đÁc tính cÿa vài máy CISC tiêu biểu. Ta nhÁn thÃy cÁ ba máy đÃu có điểm chung là có nhiÃu lánh, các lánh có chiÃu dài thay đái. NhiÃu cách thực hián lánh và nhiÃu vi ch°¢ng trình đ°ợc dùng.

TiÁn bá trong lãnh vực m¿ch kÁt (IC) và kỹ thuÁt dách ch°¢ng trình làm cho các nhÁn đánh tr°ãc đây phÁi đ°ợc xem xét l¿i, nhÃt là khi đã có mát khÁo sát đánh l°ợng và viác dùng tÁp lánh các máy CISC.

Năm sÁn xuÃt Sá lánh

Bá nhã vi ch°¢ng trình ChiÃu dài lánh (tính bằng bit)

Kỹ thuÁt chÁ t¿o Cách thực hián lánh Dung l°ợng cache

1973 208 420 KB

16 - 48 ECL - MSI Thanh ghi- thanh ghi Thanh ghi - bá nhã Bá nhã - bá

nhã

1978 303 480 KB 16 - 456 TTl - MSI Thanh ghi - thanh ghi

Thanh ghi - bá nhã Bá nhã - bá nhã

64 KB

1982 222 64 KB 6 - 321 NMOS VLSI

Ngăn xÁp Bá nhã- bá nhã

0

<i>Bảng 2.1: Đặc tính của một vài máy CISC </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

<b>2.2. Kin trỳc tp lònh RISC </b>

Vớ d, chÂng trình dách đã biÁt sā dụng các thanh ghi và khơng có sự khác biát đáng kể nào khi sā dụng ơ nhã cho các vi ch°¢ng trình hay ơ nhã cho các ch°¢ng trình. ĐiÃu này d¿n tãi viác đ°a vào khái niám và mát máy tính vãi tÁp lánh rút gãn RISC vào đÅu những năm 1980. Các máy RISC dựa chÿ yÁu trên mát tÁp lánh cho phép thực hián kỹ thuÁt áng d¿n mát cách thích hợp nhÃt bằng cách thiÁt kÁ các lánh có chiÃu di cỏ ỏnh, cú dng Ân gin, dò gii mó. Máy RISC dùng kiểu thực hián lánh thanh ghi - thanh ghi. Chß có các lánh ghi hc đãc ơ nhã mãi cho phép thâm nhÁp vào ô nhã. BÁng 2.2 dißn tÁ ba m¿u máy RISC đÅu tiên: m¿u máy cÿa IBM (IBM 801) cÿa Berkeley (RISC1 cÿa Patterson) và cÿa Stanford (MIPS cÿa Hennessy). Ta nhÁn thÃy cÁ ba máy đó đÃu có bá điÃu khiển bằng m¿ch đián (khơng có ơ nhã vi ch°¢ng trình), có chiÃu dài các lánh cá đánh (32 bits), có mát kiểu thi hành lánh (kiểu thanh ghi - thanh ghi) và chß có mát sá ít lánh.

<i>Năm sản xuất Số lệnh </i>

<i>Dung l°ợng bộ nhớ vi ch°¢ng trình Độ dài lệnh (tính bằng bit) Kỹ thuÁt chế tạo Cách thực hiện lệnh </i>

1980 120

0 32 ECL MSI Thanh ghi-thanh

ghi

1982 39

0 32 NMOS VLSI Thanh ghi-thanh

ghi

1983 55

0 32 NMOS VLSI Thanh ghi-thanh

ghi

<i>Bảng 2.2 : Đặc tính của ba m¿u đầu tiên máy RISC </i>

Tóm l¿i, ta cú th ỏnh ngha mch x lý RISC bỗi cỏc tính chÃt sau: - Có mát sá ít lánh (thơng th°ång d°ãi 100 lánh ).

- Có mát sá ít các kiểu đánh vá (thông th°ång hai kiểu: đánh vá tāc thì và đánh vá gián tiÁp thơng qua mát thanh ghi).

- Có mát sá ít d¿ng lánh (mát hoÁc hai) - Các lánh đÃu có cùng chiÃu dài.

- Chß có các lánh ghi hc đãc ô nhã mãi thâm nhÁp vào bá nhã.

- Dùng bá t¿o tín hiáu điÃu khiển bằng m¿ch đián để tránh chu kỳ giÁi mã các vi lánh làm cho thåi gian thực hián lánh kéo dài.

- Bá xā lý RISC có nhiÃu thanh ghi để giÁm bãt viác thâm nhÁp vào bá nhã trong.

Ngoài ra các bá xā lý RISC đÅu tiên thực hián tÃt cÁ các lánh trong mát chu kỳ máy.

Bá xā lý RISC có các lợi điểm sau :

- Dián tích cÿa bá xā lý dùng cho bá điÃu khiển giÁm tÿ 60% (cho các bá xā lý CISC) xuáng còn 10% (cho các bá xā lý RISC). Nh° vÁy có thể tích hợp thêm vào bên trong bá xā lý các thanh ghi, các cáng vào ra và bá nhã cache...

- Tác đá tính toán cao nhå vào viác giÁi mã lánh đ¢n giÁn, nhå có nhiÃu thanh ghi (ít thâm nhÁp bá nhã), và nhå thực hián kỹ thuÁt áng d¿n liên tục và

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

có hiáu quÁ (các lánh đÃu có thåi gian thực hián giáng nhau và có cùng d¿ng). - Thåi gian cÅn thiÁt để thiÁt kÁ bá điÃu khiển là ít. ĐiÃu này góp phÅn làm giÁm chi phí thiÁt kÁ.

- Bỏ iu khin trỗ nờn Ân giÁn và gãn làm cho ít rÿi ro mắc phÁi sai sót mà ta gÁp th°ång trong bá điÃu khiển.

Tr°ãc những điÃu lợi không chái cãi đ°ợc, kiÁn trúc RISC có mát sá bÃt lợi: ➢_{Các ch°¢ng trình dài ra so vãi ch°¢ng trình viÁt cho bá xā lý CISC. ĐiÃu}

này do các nguyên nhân sau :

+ CÃm thâm nhÁp bá nhã đái vãi tÃt cÁ các lánh ngo¿i trÿ các lánh đãc và ghi vào bá nhã. Do đó ta buác phÁi dùng nhiÃu lánh để làm mát công viác nhÃt đánh.

+ CÅn thiÁt phÁi tính các đáa chß hiáu dụng vì khơng có nhiÃu cách đánh vá. + TÁp lánh có ít lánh nên các lánh khơng có s¿n phÁi đ°ợc thay thÁ bằng mát chi lánh cÿa bá xā lý RISC.

➢_{Các ch°¢ng trình dách gÁp nhiÃu khó khăn vì có ít lánh làm cho có ít lựa}chãn để dißn dách các cÃu trúc cÿa ch°¢ng trình gác. Sự cāng nhắc cÿa kỹ thuÁt áng d¿n cũng gây khó khăn.

➢_{Có ít lánh trợ giúp cho ngôn ngữ cÃp cao.}

Các bá xā lý CISC trợ giúp m¿nh h¢n các ngơn ngữ cao cÃp nhå có tÁp lánh phāc t¿p. Hãng Honeywell đã chÁ t¿o mát máy có mát lánh cho mßi đáng tÿ cÿa ngơn ngữ COBOL.

Các tiÁn bá gÅn đây cho phép xÁp đÁt trong mát vi m¿ch, mát bá xā lý RISC nÃn và nhiÃu toán tā chuyên dùng.

Thí dụ, bá xā lý 860 cÿa Intel bao gßm mát bá xā lý RISC, bá làm tính vãi các sá lẻ và mát bá t¿o tín hiáu đß ho¿.

<b>3. Mã lßnh </b>

<i><b>Mục tiêu:nắm đ°ợc lệnh máy,hiểu đ°ợc mã lệnh </b></i>

<b>3.1. Khái nißm lßnh máy, mã lßnh </b>

Mát lánh mơ tÁ bằng mã nhá phân có thể dài tÿ 1 đÁn 6 byte. CÃu trúc chung cÿa mát lánh bao gßm:

Mã lánh Tốn h¿ng

Mã lánh nhằm xác đánh t°¢ng āng vãi lánh là ho¿t đáng hay thao tác nào cÅn đ°ợc thực hián.

Các toỏn hng l ỏi tng c x lý bỗi lỏnh.

Ví dụ: Trong lánh MOV AX,BX thì MOV là mã lánh, xác đánh đây là lánh chuyển dữ liáu. AX,BX xỏc ỏnh toỏn hng c x lý bỗi lỏnh.

Tựy theo tÿng lánh mà đá dài cÿa nó có sự khác nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

<b>3.2. TÁp lßnh </b>

Mßi bá xā lý có mát tÁp lánh xác đánh. TÁp lánh th°ång có hàng chục đÁn hàng trăm lánh. Mßi lánh là mát chußi nhá phân mà bá xā lý hiểu đ°ợc để thực hián mát thao tác xác đánh

Các lánh đ°ợc mơ tÁ bằng kí hiáu gợi nhã.

- Lánh tính tốn sá hãc: tính tốn sá ngun trên nái dung cÿa hai thanh ghi Ri, Rj và xÁp kÁt quÁ vào trong Rk:

ADD (cáng)

ADDD (cáng sá có dÃu chÃm đáng, chính xác kép) SUB (trÿ)

SUBD (trÿ sá có dÃu chÃm đáng, chính xác kép) MUL (nhân)

</div>