bài giảng an toàn bảo mật hệ thống thông tin chương 2 khái niệm cơ bản về httt máy tính

Giảng viên : Nguyễn Minh Thành
E-mail :
Chương 2 : Khái Niệm Cơ Bản
Về HTTT Máy Tính
Mục Lục
I. Giới thiệu cấu trúc tổng quát của máy tính
1.
Vi xử lý (Microprocessor)
2.
Bộ nhớ (memory)
3.
Thiết bị nhập (input) và xuất (output)
4.
Xung nhịp hay xung đồng hồ (clock)
II.
Dữ liệu trong hệ thống máy tính
III.
Hệ thống lưu trữ thông tin trong máy tính
IV.
Mạng máy tính và sự luân chuyển thông tin
2
I. Giới Thiệu Cấu Trúc Tổng Quát
Của Máy Tính

Máy hệ cũ: CPU gồm nhiều IC (nhiều mạch), kích thước
lớn. Từ khi công nghệ IC: CPU chỉ 1 chip -> vi xử l{
(microproccessor), gọi tắt là P hoặc UP hoặc MPU
(micro-processor unit).

CPU có 2 loại:


Single chip microprocessor (Vi xử lý đơn chip): là 1 chip
LSI/VLSI chứa toàn bộ một máy tính và thường gọi tắt là
MCU (micro-controller unit)

Multi-chip CPU (CPU đa chip): cần 2 hay nhiều chip LSI
để cài đặt ALU và phần điều khiển của máy tính.

Máy tính dựa trên vi xử lý được gọi là máy vi tính.
3
I. Giới Thiệu Cấu Trúc Tổng Quát
Của Máy Tính
4
 Sơ đồ khối cơ bản của một máy vi tính
I. Giới Thiệu Cấu Trúc Tổng Quát
Của Máy Tính
5
1.
Vi xử lý (CPU)

CPU: gồm ALU (đối với CPU mới còn có thêm FPU), các
thanh ghi và mạch điều khiển.

CPU có nhiệm vụ thực thi các chương trình chứa trong bộ
nhớ chính bằng cách tìm nạp các chỉ thị của chương trình,
khảo sát chúng, thực thi tuần tự từng chỉ thị một, chỉ thị này
đến chỉ thị khác.

CPU: gồm nhiều đơn vị riêng biệt. Đơn vị điều khiển có
nhiệm vụ tìm-nạp các chỉ thị từ bộ nhớ chính và xác định
loại chỉ thị. Đơn vị số học và logic ALU (Arithmetic-logic

unit) thực hiện các thao tác, như cộng và AND trong đại
sốlogic chẳng hạn, để thực thi các chỉ thị.
I.1 Vi Xử Lý (CPU)
6

CPU: gồm ALU (đối với CPU mới còn có thêm FPU), các
thanh ghi và mạch điều khiển.

CPU có nhiệm vụ thực thi các chương trình chứa trong bộ
nhớ chính bằng cách tìm nạp các chỉ thị của chương trình,
khảo sát chúng, thực thi tuần tự từng chỉ thị một, chỉ thị này
đến chỉ thị khác.

CPU: gồm nhiều đơn vị riêng biệt. Đơn vị điều khiển có
nhiệm vụ tìm-nạp các chỉ thị từ bộ nhớ chính và xác định
loại chỉ thị. Đơn vị số học và logic ALU (Arithmetic-logic
unit) thực hiện các thao tác, như cộng và AND trong đại
sốlogic chẳng hạn, để thực thi các chỉ thị.
I.1 Vi Xử Lý (CPU) - tt
7
 Bên trong CPU cũng có bộ nhớ nhỏ, tốc độ cao thường
dùng để lưu trữ các kết quả tạm thời và thông tin điều
khiển. Bộ nhớ này bao gồm một số thanh ghi, mỗi
thanh ghi có một nhiệm vụ riêng. Thanh ghi quan
trọng nhất là bộ đếm chương trình (program counter).
Bộ đếm này có nhiệm vụ trỏ tới chỉ thị kế tiếp sẽ được
thực hiện.
I.1 Vi Xử Lý (CPU) - tt
8
 Sơ đồ khối cơ bản của CPU

I.2 Bộ Nhớ
9
 Bộ nhớ được chia thành : bộ nhớ chính (main
memory/primary memory), bộ nhớ phụ (secondary
memory).
 Bộ nhớ chính: bán dẫn (ROM và RAM) chứa dữ liệu
và các lệnh (chương trình).

Tuỳ theo ứng dụng mà có hoặc không có bộ nhớ phụ,
nó dùng để lưu trữ thêm thông tin khi cần. Ví dụ: ổ đĩa
mềm, ổ đĩa cứng, CD-ROM, USB…
I.3 Thiết Bị Nhập – Xuất
10
 Được gọi chung là các thiết bị ngoại vi (I/O).

Thiết bị nhập như cổng vào của CPU để nhận thông tin
từ bên ngoài CPU.

Thiết bị xuất như cổng ra của CPU để gửi thông tin ra
bên ngoài CPU.
I.4 Xung Nhịp - Clock
11
 Clock chính là một tín hiệu được sử dụng để đồng bộ
hóa mọi thứ bên trong máy tính.

Tín hiệu clock được đo theo đơn vị có tên gọi là Hertz
(Hz), đây là số chu kỳ clock trong mỗi giây đồng hồ.
 Một xung clock 100MHz có nghĩa là trong một giây
đồng hồ có 100 triệu chu kỳ xung nhịp.
Tín hiệu 3 chu kì xung nhịp

I.4 Xung Nhịp – Clock (tt)
12
 Trong máy tính, tất cả các bộ định thời đều được đo
dưới dạng các chu kỳ clock.

Ví dụ, một bộ nhớ RAM có độ trễ là “5” thì điều đó có
nghĩa là nó sẽ giữ chậm 5 chu kỳ xung nhịp để thực
hiện công việc cung cấp dữ liệu.

Trong CPU, tất cả các chỉ lệnh giữ chậm một số chu kỳ
xung clock nào đó để được thực thi.

Ví dụ, một chỉ lệnh nào đó có thể được giữ chậm đến 7
chu kỳ xung clock để được thực thi xong. Thì lệnh tiếp
theo sẽ được thực thi vào chu kỳ thứ 8.
I.4 Xung Nhịp – Clock (tt)
13
 BUS :

Các khối cơ bản trong máy vi tính được nối kết lại với
nhau qua nhóm các dây dẫn điện được gọi là bus. Bus là
phương tiện để truyền tín hiệu qua lại giữa các phần tử
khác nhau trong hệ thống.
 Có 3 loại bus (theo phân loại tín hiệu): dữ liệu (data bus),
địa chỉ (address bus) và điều khiển (control bus).
I.4 Xung Nhịp – Clock (tt)
14
 Address Bus :

Dùng để chí vị trí ô nhớ, cổng nhập hay cổng xuất mà vi

xử lý muốn chuyển thông tin (dữ liệu hay lệnh). Thường
thì số dây dẫn của bus địa chỉ sẽ được dùng để xác định
số ô nhớ (hay vị trí nhớ) mà vi xử lý có thể định vị được.

Data Bus :

Là đường truyền 2 chiều để chuyển thông tin giữa vi xử
lý và các phần khác của hệ thống (bộ nhớ và thiết bị IO).
 Control Bus :

Là đường truyền tín hiệu mà vi xử lý điều khiển các hoạt
động của các đơn vị khác nhau trong hệ thống.
II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính
15
 Đơn vị nhỏ nhất của dữ liệu: bit. Bit 0/1.

8 bit: một byte, byte biểu thị cho các vị trí nhớ ở bộ
nhớ nội lẫn cả trên đĩa từ. Trong bộ nhớ mỗi byte có
một địa chỉ riêng, bắt đầu bằng 0 với byte đầu tiên.
Mỗi vị trí nhớ thực tế bao gồm byte dữ liệu 8 bit (b bit
data) và một bit chẵn lẻ (parity bit).
II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính
16
 Byte: cơ sở của phép toán số học, biểu diễn ký tự, từ
00000000 đến 11111111.

Ví dụ biểu diễn cho chữ A là 01000001 và ký hiệu * là
00101010.

•Việc kiểm tra chẳn lẻ thực hiện trên từng byte dữ liệu,

số các bit bằng 1 luôn là các số lẻ (luật số lẻ).

•Vì vậy ký tự A sẽ đượcbiểu diễn là 01000001-1, ký tự
* là 00101010-0.
II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính
17
 Byte: cơ sở của phép toán số học, biểu diễn ký tự, từ
00000000 đến 11111111.

Ví dụ biểu diễn cho chữ A là 01000001 và ký hiệu * là
00101010.

•Việc kiểm tra chẳn lẻ thực hiện trên từng byte dữ liệu,
số các bit bằng 1 luôn là các số lẻ (luật số lẻ).

•Vì vậy ký tự A sẽ đượcbiểu diễn là 01000001-1, ký tự
* là 00101010-0.
II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính
18
 Chương trình: nhóm byte -> đơn vị dữ liệu. Gọi là một
trường (field). Máy tính cũng hỗ trợ các kích thước
sau:

Từ (word): là 1 trường 2 byte (16 bit). Đánh số từ 0->15
từ phải sang trái.

Từ kép (doubleword): một trường 4 byte.
 Bốn từ (quadword): một trường 8 byte.

Paragraph: một trường 16 byte.


Kilobyte (KB): 2
10
byte bằng 1024 byte.

Megabyte (MB): 2
20
byte bằng 1048576 byte.
 Gigabyte (GB): 2
30
byte.
II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính
19
 Hệ thống số đếm cơ số 2 hay còn gọi là hệ nhị phân.

01000001 : 65/‘A’ tuz việc định nghĩa dữ liệu: số
học/mô tả.

Một số nhị phân không bị giới hạn ở 8 bit. Bộ vi xử lý
sử dụng cấu trúc 16 bit/32 để quản lý tự động các số
16 bit/32.
II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính
20
 Máy tính thực hiện phép toán số học trên các số nhị
phân, do vậy người lập trình bằng hợp ngữ phải làm
quen với số nhị phân và phép cộng nhị phân, biểu diễn
số dương và số âm. Hệ thống thập lục phân (hex), bát
phân (octal) và sự chuyển đổi qua lại.

Để chuẩn hóa việc biểu diễn các ký tự, nhà sản xuất

máy tính đã chấp nhận bộ mã ASCII 7 bit hoặc 8 bit
(American National Standard Code for Information
Interchange). Một bộ mã chuẩn tạo điều kiện dễ dàng
cho việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị máy tính với
nhau.
III. Hệ Thống Lưu Trữ Thông Tin
Trong Máy Tính
21
 Bộ nhớ là một phần của máy tính dùng để chứa
chương trình và dữ liệu. Không có máy tính số nào lưu
trữ chương trình mà không có bộ nhớ, để từ đó bộ xử
lý có thể đọc và ghi thông tin.

Bộ nhớ chính bao gồm một số các phần tử nhớ gọi là
cell hoặc còn gọi là vị trí nhớ (location), mỗi cell chứa
một mẫu thông tin và có một địa chỉ (address) cụ thể,
các chương trình có thể tham chiếu đến các địa chỉ này.
III. Hệ Thống Lưu Trữ Thông Tin
Trong Máy Tính
22
 Nếu bộ nhớ chính có n cell, chúng sẽ có địa chỉ từ 0
đến n – 1. Các cell trong một bộ nhớ chứa cùng một số
bit. Một cell có k bit sẽ chứa 1 trong 2
k
tổ hợp (giá trị)
bit khác nhau. Các cell kế cận nhau sẽ có địa chỉ kế
tiếp nhau ( do định nghĩa).
III. Hệ Thống Lưu Trữ Thông Tin
Trong Máy Tính
23

Bộ nhớ chính trong các máy IBM-PC (dưới HDH DOS)

Các máy tính cá nhân ban đầu với các chip vi xử lý 20 bit
địa chỉ có khả năng địa chỉ hóa một không gian bộ nhớ tối
đa 1MB. Trong đó 640KB dưới được gọi là vùng nhớ qui
ước (conventional memory), 384 KB trên là vùng nhớ dự
trữ cho hệ thống hay còn gọilà vùng nhớ cao UMA (upper
memory area).
 Bộ nhớ 1MB được chia làm 16 vùng nhớ mỗi vùng 64 KB
gọi là 1 segment vật lý (để phân biệt với segment logic do
ta định nghĩa bằng ngôn ngữ hợp dịch).
III. Hệ Thống Lưu Trữ Thông Tin
Trong Máy Tính
24
Bộ nhớ chính trong các máy IBM-PC (dưới HDH DOS)

Các segment được đánh số theo số hex từ 0 đến F hay còn
gọi là các segment từ 0000 đến F000. 640KB vùng nhớ qui
ước bao gồm các segment từ 0000 đén 9000 và 384KB
vùng nhớ dự trữ cho hệ thống bao gồm các segment từ
A000 đến F000.

Các chip vi xử lý có nhiều bit địa chỉ hơn lần lượt ra đời
làm không gian bộ nhớ tối đa tăng dần (16M đối với 286 và
386SX; 4G đối với 386DX, 486, Pentium, Pentium MMX
và Pentium Pro; 64G đối với Pentium II). Vùng nhớ lớn
hơn 1M được gọi là vùng nhớ mở rộng.
III. Hệ Thống Lưu Trữ Thông Tin
Trong Máy Tính
25