Bài giảng kiến trúc máy tính trường đại học công nghiệp thực phẩm

Đại học Công nghiệp Thực phẩm
Khoa Công nghệ Thông tin

BÀI GIẢNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
9/2012
Lưu hành nội bộ
Mục Lục
Đại học Công nghiệp Thực phẩm 1
Khoa Công nghệ Thông tin 1
 1
BÀI GIẢNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 1
9/2012 1
Lưu hành nội bộ 1
Chương 1 1
1. Máy tính và phân loại 2
a)Máy tính(Computer): là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau: 2
b)Phân loại máy tính 2
2. Kiến trúc máy tính 5
a)Kiến trúc tập lệnh (Intruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách
nhìn của người lập trình 5
b)Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu cấu trúc phần cứng máy
tính. 5
3. Sự tiến hóa của máy tính 6
Chương 2 9
1. Các thành phần của máy tính 10
a)Bộ xử lý trung tâm (CPU) 10
b)Bộ nhớ máy tính (Memory) 12
c)Hệ thống vào-ra (Input-Output) 13
2. Hoạt động của máy tính 17
a)Thực hiện chương trình 17
b)Ngắt 18

c)Hoạt động vào-ra 20
3. Liên kết hệ thống 21
a)Khái niệm chung về bus 21
b)Cấu trúc đơn bus 21
c)Phân cấp bus trong máy tính 23
Chương 3 24
1. Các hệ đếm cơ bản 25
a)Hệ thập phân 25
b)Hệ nhị phân 25
c)Hệ mười sáu (Hexa) 26
2. Mã hóa và lưu trữ dữ liệu trong máy tính 27
a)Nguyên tắc chung về mã hóa dữ liệu 27
b)Thứ tự lưu trữ các byte của dữ liệu 27
3. Biểu diễn số nguyên 27
a)Biểu diễn số nguyên không dấu 28
b)Biểu diễn số nguyên có dấu 28
c)Biểu diễn số nguyên theo mã BCD 29
4. Thực hiện các phép toán số học với số nguyên 30
a)Phép cộng số nguyên không dấu 30
b)Phép đảo dấu 30
c)Cộng số nguyên có dấu 31
d)Nguyên tắc thực hiện phép trừ 32
5. Số dấu phẩy động 32
a)Nguyên tắc chung 32
b)Chuẩn IEEE 754 32
6. Biểu diễn ký tự 33
a)Bộ mã ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 33
b)Bộ mã hợp nhất Unicode 35
Chương 4 36
1. Cấu trúc cơ bản của CPU 37

a)Nhiệm vụ và cấu trúc của CPU 37
b)Đơn vị số học và logic 37
c)Đơn vị điều khiển 38
d)Tập thanh ghi 39
2. Tập lệnh 43
a)Giới thiệu chung về tập lệnh 43
b)Các kiểu thao tác 44
c)Các phương pháp định địa chỉ (addressing modes) 46
3. Hoạt động của CPU 50
a)Chu trình lệnh 50
4. Cấu trúc chung của các bộ xử lý tiên tiến 52
a)Các đơn vị xử lý dữ liệu 52
b)Các đơn vị chức năng đặc biệt 52
c)Bộ nhớ cache 52
d)Đơn vị quản lý bộ nhớ 52
5. Kiến trúc Intel 52
a)Kiến trúc 16-bit (IA-16) 52
b)Kiến trúc 32-bit (IA-32) 53
Chương 5 54
1. Tổng quan về hệ thống nhớ 55
a)Các đặc trưng của hệ thống nhớ 55
b)Phân cấp hệ thống nhớ 55
2. Bộ nhớ bán dẫn 56
a)Phân loại 56
b)Tổ chức của chip nhớ 58
3. Bộ nhớ chính 59
a)Các đặc trưng cơ bản 59
b)Tổ chức bộ nhớ đan xen 59
4. Bộ nhớ đệm nhanh (cache memory) 59
a)Nguyên tắc chung 59

b)Các phương pháp ánh xạ địa chỉ từ bộ nhớ chính vào cache 61
c)Các thuật giải thay thế block trong cache 64
d)Phương pháp ghi dữ liệu khi cache hit 65
e)Cache trên các bộ xử lý Intel 65
5. Bộ nhớ ngoài 66
a)Các kiểu bộ nhớ ngoài 66
6. Hệ thống nhớ trên PC hiện nay 67
a)Bộ nhớ cache: tích hợp trên chip vi xử lý 67
b)Bộ nhớ chính: tồn tại dưới dạng các mô-đun nhớ RAM 67
c)ROM BIOS chứa các chương trình sau: 68
d)CMOS RAM: 68
e)Video RAM: quản lý thông tin của màn hình 68
Chương 6 69
1. Tổng quan về hệ thống nhập-xuất 70
a)Giới thiệu chung 70
b)Các thiết bị ngoại vi 70
c)Môđun vào-ra 71
d)Các phương pháp địa chỉ hóa cổng vào-ra 72
2. Các phương pháp điều khiển vào-ra 74
a)Vào-ra bằng chương trình 74
b)Vào-ra điều khiển bằng ngắt 75
c)DMA (Direct Memory Access) 77
d)Bộ xử lý vào-ra 80
3. Nối ghép thiết bị ngoại vi 80
a)Các kiểu nối ghép vào-ra 80
b)Các cấu hình nối ghép 81
4. Các cổng vào-ra thông dụng trên PC 81
82
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG
Mục đích:
Giới thiệu lịch sử phát triển của máy tính,
Giới thiệu các thế hệ máy tính
Cách phân loại máy tính.
Yêu cầu:
Sinh viên được trang bị kiến thức về lịch sử phát triển của máy tính, các thế hệ
máy tính và cách phân loại máy tính.
1 | P a g e
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung
1. Máy tính và phân loại
a) Máy tính(Computer): là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau:
• Nhận thông tin vào
• Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên trong: Dãy các lệnh nằm
trong bộ nhớ để yêu cầu máy tính thực hiện công việc cụ thể được gọi là
chương trình (program)
• Đưa thông tin ra.
Hình 1.1 Quy trình thực hiện công việc máy tính
b) Phân loại máy tính
• Phân loại truyền thống:
− Microcomputer: Còn gọi là PC (personal computer), là những máy tính nhỏ,
có 1 chip vi xử lý và một số thiết bị ngoại vi. Thường dùng cho một người, có
thể dùng độc lập hoặc dùng trong mạng máy tính.
− Minicomputer: Là những máy tính cỡ trung bình, kích thước thường lớn hơn
PC. Nó có thể thực hiện được các ứng dụngmà máy tính cỡ lớn thực hiện. Nó
có khả năng hỗ trợ hàng chục đến hàng trăm người làm việc. Minicomputer
được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thời gian thực, ví dụ trong điều
khiển hàng không, trong tự động hoá sản xuất.
2 | P a g e
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung

− Supermini: Là những máy Minicomputer có tốc độ xử lý nhanh nhất trong họ
Mini ở những thời điểm nhất định. Supermini thường được dùng trong các hệ
thống phân chia thời gian, ví dụ các máy quản gia của mạng.
− Mainframe: Là những máy tính cỡ lớn, có khả năng hỗ trợ cho hàng trăm đến
hàng ngàn người sử dụng. Thường được sử dụng trong chế độ các công việc
sắp xếp theo lô lớn (Large-Batch-Job) hoặc xử lý các giao dịch (Transaction
Processing), ví dụ trong ngân hàng.
− Supercomputer: Đây là những siêu máy tính, được thiết kế đặc biệt để đạt tốc
độ thực hiện các phép tính dấu phẩy động cao nhất có thể được. Chúng thường
có kiến trúc song song, chỉ hoạt động hiệu quả cao trong một số lĩnh vực.
• Phân loại máy tính hiện đại
− Máy tính để bàn (Desktop Computers) : Là loại máy tính phổ biến nhất
+ Các loại máy tính để bàn gồm máy tính cá nhân (Personal Computer –
PC) và máy tính trạm làm việc (Workstation Computer)
+ 1981: IBM giới thiệu máy tính IBM-PC sử dụng bộ xử lý Intel 8088
+ 1984: Apple đưa ra máy tính Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola
68000
+ Giá thành: 300USD đến 10.000USD
− Máy chủ (Servers) : Thực chất là máy phục vụ
+ Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server (Khách hàng/Người phục
vụ)
+ Tốc độ và hiệu năng tính toán cao
+ Dung lượng bộ nhớ lớn
+ Độ tin cậy cao
+ Giá thành: hàng chục nghìn đến hàng chục triệu USD.
− Máy tính nhúng (Embedded Computers) :
+ Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc
+ Được thiết kế chuyên dụng
3 | P a g e
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung

+ Ví dụ: . Điện thoại di động, bộ điều khiển trong máy giặt, điều hoà nhiệt
độ, Router -bộ định tuyến trên mạng
+ Giá thành: Vài USD đến hàng trăm nghìn USD.
• Phân loại theo kiến trúc
Dựa vào kiến trúc của máy tính người ta cũng phân máy tính ra các loại khác nhau
như sau:
− Kiến trúc SISD (single instruction - single data, đơn dòng lệnh - đơn dòng dữ
liệu), sơ đồ như hình 1-2
Hình 1-2: Kiến trúc máy tính SISD.
− Kiến trúc CIMD (Single Instruction Multiple Data, đơn dòng lệnh- đa dữ liệu),
sơ đồ như hình 1-3.
Hình 1-3: Kiến trúc SIMD.
− Kiến trúc MIMD (Multiple Instruction Multiple Data, đa dòng lệnh- đa dữ
liệu), sơ đồ như hình 1-4.
4 | P a g e
Khối điều khiển Khối chấp hành
Hệ thống nhớ
lệnh dữ liệu
Các tín hiệu điều khiển
dữ liệu
Khối điều khiển Khối chấp hành 2
Hệ thống nhớ
lệnh
Các tín hiệu điều khiển
Khối chấp hành 1 Khối chấp hành n
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung

Hình 1-4: Kiến trúc MIMD.
2. Kiến trúc máy tính
Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh:

a) Kiến trúc tập lệnh (Intruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách
nhìn của người lập trình.
• Tập lệnh:Tập hợp các chuỗi số nhị phân mã hoá cho các thao tác mà máy tính
có thể thực hiện.
• Các kiểu dữ liệu: Các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý.
b) Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu cấu trúc phần cứng
máy tính.
• Bộ xử lý trung tâm (CPU):Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu.
• Bộ nhớ chính (Main Memory):Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử
dụng.
• Hệ thống vào ra (Input/Output System):Trao đổi thông tin giữa máy tính với
bên ngoài.
• Liên kết hệ thống (System Interconnection):Kết nối và vận chuyển thông tin
giữa các thànhphần với nhau.
5 | P a g e
dữ liệu
Khối điều khiển 1 Khối điều khiển n
Hệ thống nhớ
lệnh
Các tín hiệu điều khiển
Khối chấp hành 1 Khối chấp hành n
dữ liệulệnh
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung
Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc cơ bản
Nhận xét: Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi rất nhanh.
Ví dụ: Các máy tính PC dùng các bộ xử lý Intel 32-bit từ 80386 đến Pentium 4: có cùng
chung kiến trúc tập lệnh (IA-32) nhưng có tổ chức khác nhau
3. Sự tiến hóa của máy tính
Chiếc máy tính điện tử đầu tiên là ENIAC được ra đời năm 1946, được chế tạo từ những
đèn điện tử, rơle điện tử và các chuyển mạch cơ khí.

Lịch sử phát triển của máy tính điện tử có thể chia làm bốn thế hệ như sau:
- Thế hệ 1: (1945-1955). Máy tính được xây dựng trên cơ sở đèn điện tử mà mỗi đèn
tượng trưng cho 1 bit nhị phân. Do đó máy có khối lượng rất lớn, tốc độ chậm và tiêu
thụ điện năng lớn. Như máy ENIAC có khối lượng 30 tấn, tiêu thụ công suất 140KW.
6 | P a g e
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung
Hình 1.6 Máy tính ENIAC
- Thế hệ thứ 2: (1955-1965). Máy tính được xây dựng trên cơ sở là các đèn bán dẫn
(transistor), máy tính đầu tiên thế hệ này có tênlà TX-0 (transistorized experimental
computer 0).
- Thế hệ thứ ba: (1965-1980). Máy tính được xây dựng trên các vi mạch cỡ nhỏ (SSI) và
cỡ vừa (MSI), điển hình là thế hệ máy System/360 của IBM. Thế hệ máy tính này có
những bước đột phá mới như sau:
+ Tính tương thích cao: Các máy tính trong cùng một họ có khả năng chạy các
chương trình, phần mềm của nhau.
+ Đặc tính đa chương trình: Tại một thời điểm có thể có vài chương trình nằm
trong bộ nhớ và một trong số đó được cho chạy trong khi các chương trình khác chờ hoàn
thành các thao tác vào/ra.
+ Không gian địa chỉ rất lớn.
- Thế hệ thứ tư: (1980- ). Máy tính được xây dựng trên các vi mạch cỡ lớn (LSI) và cực
lớn (VLSI).
+ Đây là thế hệ máy tính số ngày nay, nhờ công nghệ bán dẫn phát triển vượt bậc,
mà người ta có thể chế tạo các mạch tổ hợp ở mức độ cực lớn. Nhờ đó máy tính ngày
7 | P a g e
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 1: Giới thiệu chung
càng nhỏ hơn, nhẹ hơn, mạnh hơn và giá thành rẻ hơn. Máy tính cá nhân bắt đầu xuất
hiện và phát triển trong thời kỳ này.
+ Dựa vào kích thước vật lý, hiệu suất và lĩnh vực sử dụng, hiện nay người ta
thường chia máy tính số thế hệ thứ tư thành 5 loại chính, các loại có thể trùm lên nhau
một phần:

8 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Chương 2
HỆ THỐNG MÁY TÍNH
Mục đích:
Giới thiệu các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính. giới thiệu nguyên tắc họat
động của máy tính
Yêu cầu: :Sinh viên có kiến thức về các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính,
khái niệm về kiến trúc máy tính, tập lệnh. Nắm vững các kiến thức về các kiểu kiến trúc
máy tính, liên kết các hệ thống
9 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
1. Các thành phần của máy tính
a) Bộ xử lý trung tâm (CPU)
• Chức năng
− Điều khiển hoạt động của máy tính
− Xử lý dữ liệu
• Nguyên tắc hoạt động cơ bản:
− CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính.
• Các thành phần cơ bản của CPU
− Đơn vị điều khiển (Control Unit – CU): điều khiển hoạt động của máy tính
theo chương trình đã định sẵn.
− Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit – ALU):thực hiện các phép
toán số học và các phép toán logic trên các dữ liệu cụ thể.
− Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữ các thông tin tạm thời phục vụ cho
hoạt động của CPU.
− Đơn vị nối ghép bus (Bus interface Unit - BIU):kết nối và trao đổi thông tin
giữa bus bên trong (internal bus) và bus bên ngoài (external bus)
Hình 2.1 Các thành phần cơ bản của CPU
10 | P a g e

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Hình 2.2 Bên trong CPU
• 8 bước thực hiện lệnh của CPU
1. Lấy lệnh kế tiếp từ bộ nhớ vào thanh ghi lệnh IR.
2. Thay đổi bộ đếm chương trình PC để trỏ tới lệnh tiếp sau nữa.
3. Xác định loại của lệnh vừa lấy (làm gì?).
4. Nếu lệnh sử dụng dữ liệu trong bộ nhớ thì xác định xem nó ở đâu.
5. Lấy dữ liệu (nếu có) vào thanh ghi của CPU.
6. Thi hành lệnh.
7. Cất kết quả vào nơi cần lưu trữ.
8. Trở lại bước 1 để làm lệnh kế.
• Tốc độ của bộ xử lý
− Tính bằng số lệnh được thực hiện trong 1 giây - MIPS (Millions of
Instructions per Second)
− Khó đánh giá chính xác
− Tần số xung nhịp của bộ xử lý:Bộ xử lý hoạt động theo một xung nhịp
(Clock) có tần số xác định.Tốc độ của bộ xử lý được đánh giá gián tiếp
thông qua tần số của xung nhịp.
− Dạng xung nhịp:
− T0 - chu kỳ xung nhịp
11 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Tần số xung nhịp: f0 = 1/T0
Mỗi thao tác của bộ xử lý cần kT0
T0 càng nhỏ thì bộ xử lý chạy càng nhanh
Ví dụ: Máy tính dùng bộ xử lý Pentium IV 2GHz: Ta có f0 = 2 GHz =
2x109 Hz. T0 = 1/f0 = 1/(2x109) = 0,5 ns
b) Bộ nhớ máy tính (Memory)
Hình 2.3 Bộ nhớ máy tính
• Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu.

• Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:
− Đọc (Read)
− Ghi (Write)
• Các thành phần chính:
− Bộ nhớ trong (Internal Memory)
+ Chức năng và đặc điểm:Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực
tiếp, tốc độ rất nhanh, dung lượng không lớn, sử dụng bộ nhớ bán dẫn:
ROM, RAM
+ Các loại bộ nhớ trong:
12 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Bộ nhớ chính
Chứa các chương trình và dữ liệu đang được CPU sử dụng. Tổ chức
thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ.Ngăn nhớ thường được tổ chức
theo byte. Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, song địa chỉ vật lý
của ngăn nhớ luôn cố định
Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh)
Bộ nhớ có tốc độ nhanh được đặt đệm giữa. CPU và bộ nhớ chính nhằm
tăng tốc độ CPU truy nhập bộ nhớ. Dung lượng nhỏ hơn bộ nhớ chính
và tốc độ nhanh hơn. Cache thường được chia thành một số mức có thể
được tích hợp trên chip vi xử lý hoặc có thể có hoặc không.
− Bộ nhớ ngoài (External Memory)
+ Chức năng và đặc điểm:Lưu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính,
được kết nối với hệ thống dưới dạng các thiết bị vào-ra, dung lượng lớn,
tốc độ chậm
+ Các loại bộ nhớ ngoài:
Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩa mềm
Bộ nhớ quang: đĩa CD, DVD
Bộ nhớ bán dẫn: Flash disk, memory card
c) Hệ thống vào-ra (Input-Output)

• Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài.
13 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Hình 2.4: Cấu trúc cơ bản của hệ thống vào ra
• Các thao tác cơ bản:
− Vào dữ liệu (Input)
− Ra dữ liệu (Output)
• Các thành phần chính:
− Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices)
+ Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính.
Các loại thiết bị ngoại vi (TBNV) cơ bản: như thiết bị vào: bàn phím,
chuột, máy quét …, thiết bị ra: màn hình, máy in …
14 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Hình 2.5 Tổ chức ma trận bàn phím
Hình 2.6 Ma trận ký tự trên màn hình
15 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Hình 2.7 Chế độ đồ họa
Hình 2.8 Máy in
Thiết bị nhớ: các ổ đĩa …
16 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Hình 2.9 Ổ cứng
Thiết bị truyền thông: MODEM …
− Các môđun vào-ra (IO Modules)
+ Chức năng: nối ghép các TBNV với máy tính. Mỗi môđun vào-ra có
một hoặc một vài cổng vào-ra (I/O Port). Mỗi cổng vào-ra được đánh
một địa chỉ xác định.
Các TBNV được kết nối và trao đổi dữ liệu với máy tính thông qua các

cổng vào-ra.
2. Hoạt động của máy tính
a) Thực hiện chương trình
• Thực hiện chương trình là hoạt động cơ bản của máy tính
− Máy tính lặp đi lặp lại hai bước: Nhận lệnh và thực hiện lệnh đây là chu trình
lệnh
17 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Hình 2.10: Chu trình lệnh
Quá trình nhận lệnh
• Bắt đầu mỗi chu trình lệnh, CPU nhận lệnh từ bộ nhớ chính.
• Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) của CPU giữ địa chỉ của lệnh
sẽ được nhận.
• CPU nhận lệnh từ ngăn nhớ được trỏ bởi PC.
• Lệnh được nạp vào thanh ghi lệnh IR (Instruction Register)
• Sau khi lệnh được nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế
tiếp.
Quá trình thự hiện lệnh
• Bộ xử lý giải mã lệnh đã được nhận và phát tín hiệu điều khiển thực hiện
thao tác mà lệnh yêu cầu.
• Các kiểu thao tác của lệnh:
Trao đổi dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ chính
Trao đổi dữ liệu giữa CPU và môđun vào-ra
Xử lý dữ liệu: thực hiện các phép toán số học hoặc phép toán logic với
các dữ liệu
Điều khiển rẽ nhánh
Kết hợp các thao tác trên
• Thực hiện chương trình bị dừng nếu thực hiện lệnh bị lỗi hoặc gặp lệnh dừng.
b) Ngắt
18 | P a g e

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
Khái niệm: Ngắt là cơ chế cho phép CPU tạm dừng chương trình đang thực hiện để
chuyển sang thực hiện một chương trình khác, gọi là chương trình con phục vụ ngắt.
Các loại ngắt:
• Ngắt do lỗi khi thực hiện chương trình, ví dụ:tràn số, chia cho 0…
• Ngắt do lỗi phần cứng, ví dụ: lỗi bộ nhớ RAM
• Ngắt do môđun vào-ra phát tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi dữ liệu.
Hình 2.11 Tiến trình ngắt
Xử lý ngắt tuần tự
Khi một ngắt đang được thực hiện, các ngắt khác sẽ bị cấm
Bộ xử lý sẽ bỏ qua các ngắt tiếp theo trong khi đang xử lý một ngắt
Các ngắt vẫn đang đợi và được kiểm tra sau khi ngắt đầu tiên được xử lý xong
Các ngắt được thực hiện tuần tự
Xử lý ngắt ưu tiên
Các ngắt được định nghĩa mức ưu tiên khác nhau
Ngắt có mức ưu tiên thấp hơn có thể bị ngắt bởi ngắt ưu tiên cao hơn xảy ra ngắt
lồng nhau
• Sau khi hoàn thành một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt.
• Nếu không có ngắt bộ xử lý nhận lệnh tiếp theo của chương trình hiện tại.
• Nếu có tín hiệu ngắt:
− Tạm dừng chương trình đang thực hiện
19 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
− Cất ngữ cảnh (các thông tin liên quan đến chương trình bị ngắt)
− Thiết lập PC trỏ đến chương trình con phục vụ ngắt
− Chuyển sang thực hiện chương trình con phục vụ ngắt
− Cuối chương trình con phục vụ ngắt, khôi phục ngữ cảnh và tiếp tục
chương trình đang bị tạm dừng.
• Sau khi hoàn thành một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt. Nếu không có
ngắt bộ xử lý nhận lệnh tiếp theo của chương trình hiện tại.

• Nếu có tín hiệu ngắt:
− Tạm dừng chương trình đang thực hiện Cất ngữ cảnh (các thông tin liên
quan đến chương trình bị ngắt)
− Thiết lập PC trỏ đến chương trình con phục vụ ngắt
− Chuyển sang thực hiện chương trình con phục vụ ngắt
− Cuối chương trình con phục vụ ngắt, khôi phục ngữ cảnh và tiếp tục
chương trình đang bị tạm dừng.
Hình 2.12 Họat động ngắt
c) Hoạt động vào-ra
• Hoạt động vào-ra: là hoạt động trao đổi dữ liệu giữa TBNV( Thiết bị ngọai vi)
với bên trong máy tính.
• Các kiểu hoạt động vào-ra:
20 | P a g e
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Chương 2: Hệ thống máy tính
− CPU trao đổi dữ liệu với môđun vào-ra
− Môđun vào-ra trao đổi dữ liệu trực tiếp với bộ nhớ chính.
3. Liên kết hệ thống
a) Khái niệm chung về bus
• Bus: tập hợp các đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin giữa các thành
phần của máy tính với nhau.
• Độ rộng bus: là số đường dây của bus có thể truyền các bit thông tin đồng thời
(chỉ dung cho bus địa chỉ và bus dữ liệu)
• Bus đồng bộ
− Bus có đường tín hiệu Clock
− Các sự kiện trên bus được xác định bởi xung nhịp Clock.
• Bus không đồng bộ
− Không có đường tín hiệu Clock
− Kết thúc một sự kiện này trên bus sẽ kích hoạt cho một sự kiện tiếp theo.
b) Cấu trúc đơn bus
• Bus địa chỉ

− Chức năng: vận chuyển địa chỉ để xác định ngăn nhớ hay cổng vào-ra.
− Độ rộng bus địa chỉ: xác định dung lượng bộ nhớ cực đại của hệ thống. Nếu
độ rộng bus địa chỉ là N bit: AN-1, AN-2, A2, A1, A0 dung lượng bộ nhớ
cực đại là 2N byte (còn gọi là không gian địa chỉ bộ nhớ)
− Ví dụ: Bộ xử lý Intel Pentium có bus địa chỉ 32 bit không gian địa chỉ là 232
byte =4 GB.
• Bus dữ liệu
− Chức năng:vận chuyển lệnh từ bộ nhớ đến CPU vận chuyển dữ liệu giữa CPU,
các môđun nhớ và môđun vào-ra.
− Độ rộng bus dữ liệu: xác định số bit dữ liệu có thể được trao đổi đồng thời.
M bit: DM-1, DM-2, …D2, D1, D0 M thường là 8, 16, 32, 64, 128 bit
− Ví dụ: Các bộ xử lý Pentium có bus dữ liệu là 64 bit.
• Bus điều khiển
21 | P a g e