Bài giảng cấu trúc máy tính chương 2 ths nguyễn khắc quốc

CẤU TRÚC MÁY TÍNH

Th.S Nguyễn Khắc Quốc
IT-Deparment


Chương 2
Cấu trúc máy tính
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

12/07/2014

Máy tính là gì?
Mơ hình cấu trúc cơ bản của máy tính
Central processing unit
Computer memory
Computer bus
Peripheral devices
Software

Chương 2. Cấu trúc máy tính

2 / 26

2.1. Máy tính là gì?


Xử lý dữ liệu để có thông tin mong muốn
Nhận dữ liệu vào
 Xử lý dữ liệu theo chương trình lập sẵn
 Đưa thơng tin ra




Máy tính tạo nên bởi
Phần cứng (hardware): các thiết bị vật lý của máy tính
 Phần mềm (software): chương trình lập sẵn





Trải qua 4 thế hệ
Các loại máy tính
Máy tính cá nhân (PC - Personal Computer)
 Máy chủ chuyên dụng (server)
 Máy tính lớn: mainframe, supercomputer
 Các hệ vi điều khiển (microcontroller)


12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

3 / 26


Đây là một chiếc máy vi tính

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

4 / 26


2.2. Mơ hình cấu trúc cơ bản của máy tính

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

5 / 26


2.3. Central Processing Unit (CPU)


Chức năng





Nguyên tắc






Điều khiển MT hoạt động theo
chương trình
Xử lý dữ liệu
Nhận lệnh từ chương trình nằm
trong bộ nhớ chính
Giải mã lệnh
Thực hiện lệnh tuần tự

Bao gồm




CU – Control Unit
ALU – Arithmetic and Logic Unit
Bus Interface Unit - Bus nội bộ

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

6 / 26

Khối điều khiển (CU - Control Unit)


Điều khiển hoạt động của CPU và các thành
phần khác:
 Đọc

lệnh từ chương trình trong bộ nhớ chính
(instruction fetch).

 Giải

mã lệnh (instruction decode).

 Thực

thi lệnh đã giải mã một cách tuần tự
(instruction excution).

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

7 / 26


Khối tính tốn (ALU - Arithmetic Logic Unit)


Thực hiện các phép toán số học và logic
 Các

phép toán số học: +,-,*,/.
 Các phép toán logic: NOT, AND, OR,…
 Các phép so sánh.
…


Dữ liệu
 Số

nguyên (integer).
 Số dấu phảy tĩnh (fixed point number).
 Số dấu phảy động (floating point number).
12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

8 / 26


Tập thanh ghi (Registers)


Lưu trữ toán hạng, kết quả và các thơng số
khác trong q trình tính tốn của CPU.



Bao gồm:
 Con

trỏ chương trình (PC - Program Counter).

 Các

thanh ghi đa chức năng.

 Thanh

ghi chỉ số (index register).

 Thanh

ghi cờ (flag register).

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

9 / 26


Một vài bộ vi xử lý


Intel processor



AMD processor

Đây là các bộ vi xử lý (microprocessor) chứa trong nó CPU và các thành phần khác nữa

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

10 / 26


2.4. Computer memory




Bộ nhớ được sử dụng
để lưu trữ chương trình,
dữ liệu.
Bao gồm
Bộ nhớ đệm (cache)
 Bộ nhớ chính (main
memory)
 Bộ nhớ ngoài (auxiliary
or external memory)




Bộ nhớ nào càng “gần”
CPU thì tốc độ và giá
thành chế tạo càng cao

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

11 / 26


Bộ nhớ chính (main memory)





Chứa chương trình và dữ liệu đang xử lý
Được kết nối và có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp
với CPU
Được tổ chức thành các ngăn nhớ, đánh địa chỉ
trực tiếp bởi CPU
Bao gồm


ROM (Read Only Memory)





RAM (Random Access Memory)



12/07/2014

CPU chỉ đọc bộ nhớ này
Chứa các chương trình, dữ liệu cơ bản của máy tính
CPU có thể đọc và ghi bộ nhớ này
Chứa dữ liệu, chương trình được nạp, đang thực hiện

Chương 2. Cấu trúc máy tính

12 / 26


Một vài thanh nhớ RAM

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

13 / 26


Bộ nhớ đệm (cache)
Đặt giữa CPU là bộ nhớ chính
 Tốc độ rất cao

 Dung lượng nhỏ
 Mục đích: Tăng tốc độ trao đổi thông tin
giữa CPU và RAM
 Được chia thành nhiều mức


 Cache

L1 (Level 1)
 Cache L2
 Càng gần CPU thì tốc độ càng cao


Ví dụ: CPU Intel Petium III 256KB Cache

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

14 / 26


2.5. Computer bus





Tập hợp các đường dây kết nối các thành phần
của máy tính lại với nhau

Độ rộng bus: số lượng dây có khả năng vận
chuyển thơng tin đồng thời (dùng cho bus địa chỉ
và dữ liệu)
Bao gồm
Bus địa chỉ (address bus): Vận chuyển địa chỉ từ CPU
đến mô-đun nhớ (bộ nhớ trong được tạo bởi nhiều
mô-đun).
 Bus dữ liệu (data bus) vận chuyển:







12/07/2014

Lệnh từ bộ nhớ tới CPU
Dữ liệu giữa các thành phần

Bus điều khiển (control bus): vận chuyển tín hiệu điều
khiển (đọc, ghi, ngắt,…)
Chương 2. Cấu trúc máy tính

15 / 26


Hình ảnh bên trong một chiếc máy tính

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

16 / 26


2.6. Thiết bị ngoại vi


Thiết bị ngoại vi (peripheral devices) hay thiết bị
vào/ra (I/O - Input/Output devices), có chức năng:


Trao đổi thơng tin giữa máy tính và thế giới bên ngồi





Vào: Nhập chương trình, dữ liệu
Ra: Xuất thơng tin, kết quả

Hệ thống vào/ra bao gồm
Thiết bị ngoại vi
 Ghép nối vào/ra (các cổng vào/ra,…)




Ví dụ

Thiết bị vào: bàn phím
 Thiết bị ra: màn hình


12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

17 / 26


2.6.1. Thiết bị vào ra cơ sở




Là các thiết bị vào ra tối cần thiết
Phục vụ các nhu cầu vào ra cơ bản
Bao gồm
Bàn phím (keyboard): Thiết bị nhập dữ liệu thơng qua
gõ phím
 Chuột (mouse): Thiết bị nhập dữ liệu thơng qua việc di
chuyển trực quan
 Màn hình (monitor) : Thiết bị hiển thị thơng tin/dữ liệu






12/07/2014

Loại màn hình: CRT, LCD
Độ phân giải: kích thước (số điểm) được hiển thị (800x600,…)
Card màn hình (display adapter) là thiết bị kết nối màn hình và
hệ thống.
Chương 2. Cấu trúc máy tính

18 / 26


2.6.2. Bộ nhớ ngồi (external memory)


Lưu trữ tài ngun
Chương trình: hệ điều hành, chương trình ứng dụng,…
 Dữ liệu: văn bản, âm thanh, hình ảnh,…






Được kết nối với máy tính dưới dạng thiết bị vào
ra
Các loại bộ nhớ ngoài
Băng từ (magnetic tape).
 Đĩa từ (magnetic disk): đĩa mềm, đĩa cứng.
 Đĩa quang (optical disk): CD, DVD.
 Electronic disk: USB flash memory

…


12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

19 / 26


Một vài thiết bị nhớ ngoài
Dung lượng
 Đĩa mềm 3 ½ inch: 1.44
MB
 Đĩa cứng: 10 - 80GB
 Đĩa CDROM: 200 700MB
 Đĩa DVD: 2GB – 15GB

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

20 / 26


Tổng kết bộ nhớ máy tính
Cache
Main memory (RAM+ROM)
Tốc
độ

tăng
dần

Electronic disk

Dung
lượng
tăng
dần

Magnetic Disk
Optical Disk
Magnetic Tape

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

21 / 26


2.6.3. Một số thiết bị ngoại vi khác




Máy in (printer): Xuất thông tin, dữ liệu ra giấy
Máy quét ảnh (scaner): Nhập dữ liệu bằng cách
quét hình ảnh
Thiết bị quay số (điện thoại):





Modem (Modulation-Demodulation)

Các thiết bị mạng:
Network Inteface Card (NIC)
 Wireless Adapter







Bút điện tử (light pen)
Máy ảnh số, quay phim số (digital camera)
Optical Charater Reader (OCR): Nhận dạng chữ
Barcode Reader: Đọc mã vạch

12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

22 / 26


Một số hình ảnh

Barcode Reader
Scaner
Printer
Modem

Camera
12/07/2014

Light pen
Chương 2. Cấu trúc máy tính

NIC
23 / 26


2.7. Phần mềm máy tính


Máy tính được tạo nên bởi:
Phần cứng.
 Phần mềm.




Phần cứng
Phần xác của máy tính
 Các linh kiện điện tử: vi mạch,…
 Các thiết bị vật lý: vỏ máy,…




Phần mềm:
Là các chương trình do con người lập sẵn.
 Điều khiển, khai thác tài nguyên phần cứng phục vụ
nhu cầu (tính tốn) của con người.
 Là phần hồn của máy tính.


12/07/2014

Chương 2. Cấu trúc máy tính

24 / 26


So sánh phần cứng và phần mềm








PHẦN CỨNG
Vật “cứng”.
Vật liệu: kim loại,
polyme…

Vật chất.
Hữu hình.
Sản xuất cơng nghiệp
bởi máy móc là chính.
Định lượng là chính.
Chịu hỏng hóc, hao
mịn theo thời gian.

12/07/2014










PHẦN MỀM
Vật “mềm”.
Kỹ thuật sử dụng.
Trừu tượng
Vơ hình.
Sản xuất bởi con người
là chính (lập trình).
Định tính là chính.
Khơng hao mịn.

Chương 2. Cấu trúc máy tính

25 / 26