Bài giảng lắp ráp cài đặt máy tính 1 bài 2 kiến trúc máy tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

LẮP RÁP CÀI ĐẶT
MÁY TÍNH 1
Bài 2: KiẾN TRÚC MÁY TÍNH



1
Địa chỉ: 227 Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, TP HCM.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc máy tính

•
•
•
•
•

Kiến trúc cơ bản của máy tính
Hệ thống Bus
Bộ nhớ
Các phương pháp vào/ra dữ liệu
Các thiết bị ngoại vi

Phòng chuyên môn

2



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Những thành phần cơ bản của máy tính

−

Chức năng cơ bản của máy tính

•
•
•
•

Xử lý dữ liệu
Lưu trữ dữ liệu
Di chuyển dữ liệu
Điều khiển

Phòng chuyên môn

3



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Những thành phần cơ bản của máy tính

−

Những thành phần cơ bản của máy tính

Phòng chuyên môn

4



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Những thành phần cơ bản của máy tính

−

Những thành phần cơ bản của máy tính

•

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU): gồm hai phần chính: đơn vị
điều khiển CU (Control Unit) và đơn vị số học-logic ALU
(Arithmetic-Logic Unit).

•
•

Bộ nhớ: Chức năng của bộ nhớ là lưu trữ thông tin.

•

Thiết bị đầu ra: Thiết bị đầu ra hiển thị các thông tin đưa ra
từ máy tính, ở dạng người sử dụng có thể hiểu được.

Thiết bị đầu vào: Thiết bị đầu vào thực hiện các chức năng
nhập thông tin cho máy tính.

Phòng chuyên môn

5



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính
•

Kiến trúc một máy tính đơn giản

−

Kiến trúc cơ bản

•
•
•
•

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

•

Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ MAR (Memory
Address Register)

•
•

Thanh ghi MBR (Memory Buffer Register)

•
•
•

Thanh ghi lệnh IR (Intruction Register)
Đơn vị điều khiển CU (Control Unit)
Bộ đếm chương trình PC (Program
Counter)

Đơn vị số học – logic ALU (Arithmetic –
Logc Unit)
Thanh chứa ACC (Accumulator)

Kiến trúc và nguyên tắc hoạt động
của máy tính đơn giản loại 4 bit

Thanh ghi tạm TMP (Temporary)
Thanh ghi cờ FLAGS

Phòng chuyên môn

6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Kiến trúc một máy tính đơn giản

−

Bộ nhớ

•

Bộ nhớ là tập hợp các ô nhớ theo
một trật tự nhất định, mỗi ô nhớ có
một địa chỉ. Chức năng của bộ nhớ là
chứa thông tin.

•

Thao tác đọc bộ nhớ:






Phòng chuyên môn

CU đưa địa chỉ của ô nhớ cần
đọc qua MAR ra BUS địa chỉ.
CU đưa ra tín hiệu điều khiển
đọc RD.
Nội dung ô nhớ được đọc từ bộ
nhớ vào MBR của đơn vị xử lý
trung tâm.

7



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Kiến trúc một máy tính đơn giản

−

Bộ nhớ

•

Thao tác ghi ô nhớ:






Phòng chuyên môn

CU đưa địa chỉ của ô nhớ cần
ghi qua MAR ra BUS địa chỉ.
CU đưa dữ liệu qua MBR ra BUS
dữ liệu.
CU đưa ra tín hiệu điều khiển ghi
WR, dữ liệu từ đơn vị xử lý trung
tâm được ghi vào bộ nhớ.

8



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Kiến trúc một máy tính đơn giản

−

Hoạt động của máy tính đơn giản

•

Chức năng cơ bản của máy tính là thực hiện chương trình.
Chương trình là một tập hợp các lệnh chứa trong bộ nhớ.
Đơn vị xử lý trung tâm CPU thực hiện chương trình bằng
cách tuần tự thực thi lệnh trong chương trình này.

•

CPU nạp lệnh từ bộ nhớ và thực thi lệnh. Việc thực hiện
chương trình thực chất là sự lập lại quá trình nạp lệnh và
thực thi lệnh.

•

Mỗi một lệnh được thực hiện trong một chu kỳ lệnh. Mỗi chu
kỳ lệnh xảy ra trên nhiều chu kỳ nhịp đồng hồ của CPU. Mỗi
lệnh được thực hiện theo nhiều giai đoạn, phụ thuộc loại
lệnh.

•

Việc thực hiện một lệnh thường trải qua năm giai đoạn: nhận
lệnh, giải mã lệnh, tạo địa chỉ toán hạng, nhập toán hạng,

thực thi lệnh.

Phòng chuyên môn

9



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Kiến trúc một máy tính đơn giản

−

Tập lệnh của máy tính đơn giản:

•

Các lệnh thường được phân theo các nhóm như: nhóm
chuyển dữ liệu, nhóm lệnh số học/logic, nhóm lệnh điều
khiển rẽ nhánh, nhóm lệnh thao tác bit, nhóm lệnh vào/ra dữ
liệu v.v. Lệnh được biểu diễn dưới dạng mã nhị phân. Để
thuận lợi hơn cho việc lập trình, người ta thường mô tả lệnh
dưới dạng mã ngữ, ví dụ:

Phòng chuyên môn

10



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Kiến trúc cơ bản của máy tính

•

Kiến trúc một máy tính đơn giản

−

Quá trình thực hiện lệnh:

•

Quá trình thực hiện
lệnh ADD xxx diễn ra
theo các giai đoạn sau:







Nhập lệnh
Giải mã lệnh
Tạo địa chỉ toán hạng
Nhập toán hạng
Thực hiện phép cộng

Kết quả (ACC) ≡ 1100
Đơn vị xử lý trung tâm tiếp tục thực hiện lệnh tiếp theo với
(PC)≡1000
Phòng chuyên môn

11



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Hệ thống Bus

•

Hệ thống bus

−

CPU thực hiện kết nối và trao đổi thông tin với các

đơn vị chức năng khác thông qua hệ thống BUS.

−

BUS là đường truyền thông tin trong máy tính. Là tập
hợp các đường dây truyền tín hiệu điện. Các thiết bị
được kết nối lên BUS, tín hiệu được phát ra bởi một
thiết bị có thể được nhận bởi các thiết bị khác đang
được kết nối (về mặt điện) lên BUS.

−

Hệ thống BUS của máy vi tính gồm 3 loại BUS, mỗi
loại BUS truyền một loại thông tin.

Phòng chuyên môn

12



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Hệ thống Bus

•

3 loại hệ thống bus:

−
−
−

Bus địa chỉ

(address)

Bus điều khiển

(control)

Bus dữ liệu

(data)

Phòng chuyên môn

13



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Hệ thống Bus

•

3 loại hệ thống bus:

−

Bus địa chỉ

•

Được dùng để truyền địa chỉ của ô nhớ hoặc thiết bị mà CPU
lựa chọn và muốn truy cập.

•

BUS địa chỉ là loại BUS một chiều.

•

Độ rộng của BUS địa chỉ xác định kích thước vật lý tối đa có
thể của bộ nhớ trong máy tính.

Phòng chuyên môn

14



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Hệ thống Bus

•

3 loại hệ thống bus:

−

Bus điều khiển

•

Truyền tín hiệu điều khiển. Các tín hiệu điều khiển do CPU
hoặc các thiết bị phát ra để điều khiển các quá trình trao đổi
dữ liệu trong máy tính.

•

BUS điều khiển là loại BUS hai chiều.

Phòng chuyên môn

15



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Bus và các vấn đề truyền thông tin
trong máy tính

•

3 loại hệ thống bus:

−

Bus data

•
•

Di chuyển dữ liệu giữa các module hệ thống.

•

Tại mỗi thời điểm, CPU chỉ làm việc hoặc với bộ nhớ hoặc với một
thiết bị. Khi CPU muốn trao đổi thông tin với đối tượng nào thì CPU
gửi địa chỉ của đối tượng đó lên BUS địa chỉ. Đối tượng (bộ nhớ
hoặc thiết bị) có địa chỉ trùng với địa chỉ do CPU phát ra sẽ được
kết nối lên BUS dữ liệu. Quá trình truyền dữ liệu được thực hiện và
được điều khiển bởi các tín hiệu điều khiển.

BUS dữ liệu thường có 8, 16, 32 hay 64 đường riêng biệt, số lượng
các đường truyền dữ liệu được gọi là độ rộng của BUS dữ liệu. BUS
dữ liệu là loại BUS hai chiều, dữ liệu có thể do CPU phát ra hay CPU
nhận về từ bộ nhớ hoặc các thiết bị.

Phòng chuyên môn

16



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Hệ thống Bus

•

Thiết bị 3 trạng thái

−

Thiết bị ba trạng thái là phương tiện giúp cho việc
điều khiển kết nối (về mặt điện) bộ nhớ và các thiết bị
liên hệ thống BUS.

Phòng chuyên môn

17



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Hệ thống Bus

•

Thiết bị 3 trạng thái

−

Bảng mô tả chức năng của thiết bị ba trạng thái

−

Các đối tượng có địa chỉ không phù hợp thì tín hiệu
Enable sẽ là “1”, thiết bị ba trạng thái có trạng thái
trở
kháng cao, nên
không kết nối
được lên BUS

Phòng chuyên môn

18



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Hệ thống Bus

•

Chu kỳ bus

−

Là khoảng thời gian được CPU dùng để thực hiện
một thao tác truyền thông tin nhất định với một đối
tượng nhất định.

−

Mỗi một chu kỳ BUS kéo dài trên nhiều chu kỳ nhịp
đồng hồ máy tính.

Phòng chuyên môn

19



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Bộ nhớ

•

Các đặc trưng của hệ thống bộ nhớ

−
−
−
−
−
−
−

Vị trí
Dung lượng
Đơn vị truyền
Phương thức truy cập
Kiểu vật lý
Đặc tính vật lý
Cách tổ chức

Phòng chuyên môn

20



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Bộ nhớ

•

Sự phân cấp bộ nhớ

−

Mục tiêu:

•
•
•

Giảm chi phí.

•

Giảm tần số
truy cập bộ
nhớ bởi CPU

Tăng dung lượng.
Tăng thời gian
truy cập.

Phòng chuyên môn

21

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Bộ nhớ

•

Bộ nhớ chính bán dẫn

−
−

−

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM).

•
•

DRAM
SRAM

Bộ nhớ chỉ đọc (ROM).

•
•

•
•

ROM
Bộ nhớ chỉ đọc khả trình (PROM).
Bộ nhớ chỉ đọc khả trình có thể xóa được (EPROM).
Bộ nhớ chỉ đọc khả trình có thể xóa được về mặt điện tử
(EEPROM).

Bộ nhớ flash.

Phòng chuyên môn

22



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Bộ nhớ

•

Tổ chức

−
−

Phần tử cơ sở của một bộ nhớ bán dẫn là ô nhớ.
Các ô nhớ bán dẫn có chung một số tính chất sau:

•

Chúng thể hiện hai trạng thái ổn định (hay bán ổn định) biểu
thị hai giá trị 1 và 0.

•

Chúng có khả năng cho phép ghi (ít nhất một lần) để thiết lập
trạng thái.

•

Chúng có khả năng cho phép đọc để lấy trạng thái.

Phòng chuyên môn

23



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Bộ nhớ

•

Tổ chức

−

Ghi và đọc một ô nhớ

Phòng chuyên môn

24



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM

TRUNG TÂM TIN HỌC

Bộ nhớ

•

Bộ nhớ cache

−

Bộ nhớ cache chứa bản sao của một phần bộ nhớ
chính. Khi CPU cố gắng đọc một thông tin từ bộ nhớ,
thông tin này sẽ được kiểm tra xem có trong cache
hay không. Nếu có, thông tin đó sẽ được cung cấp
ngay cho CPU.

Phòng chuyên môn

25