CẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐI

9/17/2012

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Tổng quan về cấu trúc máy tính
1.2. Lịch sử phát triển của máy tính
1.3. Mô hình máy tính Von Neumann
1.4. Mô hình hệ thống bus
1.5. Mức máy tính
1.6. Hệ thống máy tính điển hình
2

1


9/17/2012

1.1. Tổng quan về cấu trúc máy tính
Cấu trúc máy tính bao gồm 2 khía cạnh:
• Cấu trúc tập lệnh: nghiên cứu máy tính theo cách
nhìn của người lập trình.
• Tổ chức máy tính: nghiên cứu phần cứng máy tính.
Cấu trúc tập lệnh thì thay đổi chậm, Tổ chức máy
tính thay đổi nhanh.
Ví dụ: Các máy tính PC dùng các bộ xử lý Intel 32 bit
từ 80386 đến Pentium 4:
 Cùng chung cấu trúc tập lệnh (IA-32).
 Có tổ chức khác nhau.
3

1.2. Lịch sử phát triển của máy tính
(xem tài liệu)
• Các máy tính hiện nay được phân làm 3 loại:
Máy tính lớn (mainframe)
Máy tính nhỏ (minicomputer)
Máy vi tính hay máy tính cá nhân
(micro computer hay personal computer).
4

2


9/17/2012

1.3. Mô hình máy tính Von Neumann
• Mô hình Von Neumann: máy tính được tổ
chức theo nguyên tắc xây dựng các hoạt động
xảy ra nối tiếp nhau bao gồm 5 thành phần
chính:

5

1.4. Mô hình hệ thống bus
• Mô hình này chia máy tính ra làm 3 khối: CPU,
bộ nhớ và các cổng vào ra I/O.

6

3

9/17/2012

1.5. Mức máy tính

7

1.6. Hệ thống máy tính điển hình

8

4


9/17/2012

1.6.1.CẤU TRÚC BẢN MẠCH CHÍNH
• Bản mạch chính (mainboard)
Chứa đựng:
—bộ xử lý trung tâm CPU,
—hệ thống bus, bộ nhớ chính (ROM, RAM)
—và các vi mạch hỗ trợ (chipset).
Chức năng:
—Là bản mạch chính liên kết các linh kiện và thiết bị ngoại vi
thành 1 bộ máy tính thống nhất.
—Điều khiển tốc độ và đường đi của luồng dữ liệu giữa các
thiết bị trên.
—Điều khiển điện áp cung cấp cho các linh kiện gắn chết
hoặc cắm rời trên Mainboard.
9

10

5


9/17/2012

11

Các thiết bị trên MainBoard
•
•

•
•

•

CPU ( Center Processor Unit ) - Đơn vị xử lý trung tâm
Mainboard có 2 IC quan trọng là Chipset cầu bắc và Chipset cầu nam,
chúng có nhiệm vụ là cầu nối giữa các thành phần cắm vào Mainboard
như nối giữa CPU với RAM, giữa RAM với các khe mở rộng PCI v v...
ROM BIOS ( Read Olly Memory Base Input Output System -Bộ nhớ chỉ đọc
Lưu các chương trình vào ra cơ sở)
RAM CMOS Là một chíp rất nhỏ nằm tích hợp trong Chipset cầu nam,RAM
CMOS được nuôi bằng nguồn Pin 3V vì vậy dữ liệu trong RAM CMOS
không bị mất khi tắt máy.
Bus hệ thống: là tập hợp các đường dây dẫn song song để truyền dữ liệu
mà qua đó CPU có thể liên kết với các bộ phận khác. Xét theo chức năng,

bus máy tính gồm 3 bus thành phần:
– Bus số liệu: để truyền tải số liệu
– Bus địa chỉ: để CPU định vị, chọn ô nhớ hay chọn thiết bị ngoại vi cần
liên lạc
– Bus điều khiển: để hỗ trợ cho việc trao đổi thông tin trạng thái
12

6


9/17/2012

Các thiết bị trên MainBoard

13

Các bước thực hiện kiểm tra Mainboard
- Tháo tất cả các thiết bị ra khỏi Mainboard
kể cả RAM và CPU .
-Cắm Card Test Main vào khe PCI
-- Cấp điện nguồn cho Mainboard và bật
công tắc Power
-Lúc này chỉ có dãy sáng, dựa vào các Led
cho ta biết tình trạng Mainboard như sau :
-Trạng thái bình thường

Các Led nguồn báo sáng, Led CLk báo
sáng cho thấy các chế độ điện áp của
Mainboard đã có đủ và Chipset đã hoạt
động

-

14

7


9/17/2012

* Nếu Mainboard kiểm tra ở trạng thái bình thường , ta lắp CPU và RAM
vào và bật nguồn kiểm tra lại .

Tất cả các LED báo sáng, đồng hồ dừng lại ở FF cho thấy Mainboard và các
linh kiện đã hoạt động bình thường

Đèn BIOS và OSC không sáng cho thấy CPU chưa hoạt động, nếu đã thay CPU
tốt thì hư hỏng do mạch ổn áp nguồn cho CPU, hoặc thiết lập sai tốc độ BUS
cho CPU

Các LED báo sáng nhưng đồng hồ dừng lại ở C1 cho biết máy bị lỗi bộ nhớ,
có thể lỗi bộ nhớ RAM hoặc lỗi bộ nhớ Cache gắn trên Mainboard.
15

1.6.2. Bộ nguồn
• Chức năng: chuyển điện xoay chiều AC (alternative current) 110220V thành điện một chiều DC (direct current) để cung cấp cho
các mạch điện tử bên trong máy và các thiết bị ngoại vi.

16

8

9/17/2012

1.6.2. Bộ nguồn(tt)
•
•
•
•
•
•
•
•

Dây màu cam là chân cấp nguồn 3,3V.
Dây màu đỏ là chân cấp nguồn 5V
Dây màu vàng là chân cấp nguồn 12V
Dây màu xanh dương là chân cấp nguồn -12V
Dây màu trắng là chân cấp nguồn -5V
Dây màu tím là chân cấp nguồn 5VSB(nguồn cấp trước)
Dây màu đen là Mass
Dây màu xanh lá cây là chân lệnh mở nguồn chính
PS_ON(Power Switch On), khi điện áp PS_ON = 0V là mở,
PS_ON > 0V là tắt
• Dây mầu xám là chân bảo vệ Mainboard, dây này báo cho
Mainboard biết tình trạng của nguồn đã tốt PWR_OK(Power
OK), khi dây này có điện áp > 3V thì Mainboard mới hoạt động.
17

18

9


9/17/2012

1.6.2. Bộ nguồn(tt)
Yêu cầu của bộ nguồn:
• Ổn định cao: cung cấp điện áp ổn định và đủ công suất trong
thời gian dài, nếu không sẽ gây lỗi (ví dụ ổ đĩa cứng)
• Làm nguội tốt: quạt thông khí của bộ nguồn là thiết bị làm
nguội chính cho máy vi tính (bản thân nguồn cũng không
được sinh nhiệt quá lớn)
• Hiệu suất cao: bộ nguồn trong các máy tính hiện đại được
trang bị bộ logic điều khiển thông minh, đưa nguồn điện vào
trạng thái nghỉ khi máy không được sử dụng (tiết kiệm năng
lượng)
• Khả năng mở rộng: Cần có đủ công suất khi lắp thêm các thiết
bị mới (ổ đĩa, các thẻ cắm mở rộng, … )
19

1.6.2. Bộ nguồn(tt)
• Kiểm tra bộ nguồn

20

10


9/17/2012

Câu hỏi chương 1
1. Chức năng của mainboard?
2. RAM CMOS là gì? ROM BIOS là gì?
3. Cấp vi chương trình là gì?

21

CHƯƠNG 2: BIỂU DIỄN DỮ LIỆU
2.1. Giới thiệu chung
2.2. Số dấu phẩy tĩnh
2.3. Số dấu phẩy động
2.4. Mã ký tự

22

11


9/17/2012

2.1. Giới thiệu chung
• Làm thế nào mà máy tính có thể xử lý được
tất cả các loại thông tin: như đồ họa, âm
thanh kỹ thuật số, các tác động từ chuột và
bàn phím...?
• Các thông tin đã được máy tính biểu diễn hay
mã hóa như thế nào ?
• Chương này sẽ giới thiệu một vài cách biểu
diễn thông tin phổ biến và quan trọng nhất là

số dấu phẩy tĩnh có dấu và không dấu, số thực
và các ký tự.
23

2.2. Số dấu phẩy tĩnh
2.2.1. Phạm vi và độ chính xác của số dấu phẩy tĩnh
• Ví dụ: các số thập phân 0.23; 0.11; 7.99
• Các số được biểu diễn bằng 3 số và có 1 dấu
phẩy đặt ở vị trí thứ 2 từ bên phải sang.
• Phạm vi biểu diễn số của nó là các con số từ 0.00
đến 9.99 với mỗi bước nhảy là 0.01sai số được
tính là 0.01

24

12


9/17/2012

2.2.2. Luật kết hợp đại số
a+(b+c)=(a+b)+c
• Giả sử phạm vi biểu diễn số của máy tính là [-9,9]
• Với a = 7, b = 4 và c = -3.
• Vế trái a + (b + c) = 7 + (4 + -3) = 7 + 1 = 8.
• Vế phải (a + b) + c = (7 + 4) + -3 = 11 + -3 =8 số 11
nằm ngoài phạm vi biểu diễn của hệ thống
nàyhiện tượng tràn số trong tính toán
Luật kết hợp đại số sẽ không được áp dụng cho các
số có độ dài hữu hạn.

Tính toán với độ rộng dữ liệu lớn hơn
25

2.2.3. Hệ thống cơ số bất kỳ
Các hệ số thường được sử dụng trong máy
tính:
số nhị phân (binary)
số bát phân (octal)
số hecxa (hecxadecimal)
• Chuyển đổi đổi số có cơ số bất kz sang cơ số 10

26

13


9/17/2012

Ví dụ: chuyển số (23.375)10 sang cơ số 2
• (23.375)10 = (23)10 + (0.375)10=(10111.011)2
Với phần nguyên
Với phần thập phân

27

2.2.4. Biểu diễn các số nhị phân, bát
phân, và hecxa
Chuyển đổi qua lại từ cơ số 2 sang cơ số 8 và cơ
số 16

28

14


9/17/2012

2.2.5. Phép toán cơ bản trong máy tính
• Phép toán cơ bản trong máy tính là phép
cộng. Từ phép toán này, ta sẽ phát triển các
phép toán khác

29

2.2.6. Số có dấu
• Số có dấu có thể được biểu diễn bằng 1 trong 4
phương pháp. Đó là:
―Dùng bit MSB làm bit dấu (sign-magnitude)
―Số bù 1 (one’s complement)
―Số bù 2 (two’s complement)
―Số thừa (Excess)

30

15


9/17/2012

Mối quan hệ giữa các phương pháp

31

Số dùng MSB làm bit dấu
• Dùng 1 bit có ở tận cùng phía trái làm bit dấu. Giá trị
1 tương ứng với số âm
• Giá trị 0 tương ứng với số dương.
• Các con số còn lại trong chuỗi số biểu diễn độ lớn
của số theo mã nhị phân thông thường.
• Với cách biểu diễn này, chúng ta sẽ có 2 số mang giá
trị 0 là +0 và -0
• Với pp biểu diễn này thì khi thực hiện tính toán kết
quả thường sai.

32

16


9/17/2012

• Số bù 1: Cho 1 số ở hệ 2, tìm được 1 số để tổng số tìm
được với số đã cho bằng 1 ở tất cả các bit, số đó được
gọi là số bù 1
• Cách tìm: từ số nhị phân đã cho, lấy đảo tất cả các bit.
Ví dụ: cho số nhị phân 1000101 thì số bù 1 của nó là
0111010
• Số bù 2: cho 1 số ở hệ 2, tìm được 1 số để tổng số tìm
được với số đã cho có tất cả các bit bằng không, số tận
cùng bên trái bằng 1 (tràn)

• Cách tìm: lấy số bù 1 cộng thêm 1 thì ta được số bù 2
Ví dụ 1: số bù 2 của số 1000101 là 0111011
Ví dụ 2:
- Biểu diễn số -13 dưới dạng nhị phân
- Biểu diễn số -97 dưới dạng số Hexa với 8 bit, 16 bit
33

• Số thừa (Excess): Số thừa được tạo ra bằng
cách xác định một giá trị thừa (hay còn gọi là
giá trị dịch chuyển gốc 0) để làm mốc giá trị 0.
• Ví dụ: số thừa 128 của các giá trị +12 và -12 là:

+12 sẽ được tạo ra bằng cách (128 + 12= 140)
-12 sẽ được tạo ra bằng cách (128 - 12= 116)
34

17


9/17/2012

2.2.7. Số BCD (Binary Coded Decimal)
• Để biểu diễn số âm trong mã BCD, ta có thể sử
dụng một trong hai phương pháp là mã bù 9 và
mã bù 10. Tổ hợp BCD cao nhất qui định dấu:

Số bù 10 được tạo thành = số bù 9 cộng thêm 1
đơn vị
35

2.3. Số dấu phẩy động
Khi cần biểu diễn và xử lý những phân số và những
số rất dài thì gọn hơn dấu phẩy tĩnh.
• Khối lượng mặt trời:
199000000000000000000000000000000 g
=1.990×1033g =1.99E33 g
• Khối lượng điện tử:
0,00000000000000000000000000910956 g
=0.910956×10-27g =0.910956E-27 g

36

18


9/17/2012

Độ lớn và độ chính xác của số dấu
phẩy động
Tổng quát, một số dấu chấm động sẽ có dạng a.r e
Trong đó: a là độ chính xác
r là cơ số
e là số mũ
Chuẩn hóa: dấu phẩy được đẩy sang trái hoặc sang
phải và số mũ được điều chỉnh tương ứng cho đến
khi số đầu tiên về phía bên phải sau dấu chấm không
phải là một số 0.
37

Biểu diễn số dấu phẩy động trong máy tính

- Bit dấu được đặt ở tận cùng phía bên trái
- Tiếp theo là 3 bit thể hiện số mũ, 3 bit này được biểu
diễn bằng mã thừa 4 với cơ số 16
- Tiếp theo là dấu phẩy đã được chuẩn hóa và 3 số hecxa
biểu diễn độ lớn của số.

• Ví dụ: chuyển đối số (358)10 sang số dấu phẩy động.

38

19


9/17/2012

Biểu diễn số dấu phẩy động theo
chuẩn IEEE 754
• Mục đích: để tất cả các máy tính có thể hiểu được
dữ liệu của nhau, và để tạo sự thống nhất cho các
lập trình viên khi xử lý dữ liệu việc đưa ra tiêu
chuẩn thống nhất là một tất yếu.
• Chuẩn IEEE 754-1985 phân định 3 dạng số dấu
chấm động cơ bản: cơ số là 2, mã thừa 127
+ Số có độ chính xác đơn dài 32 bit
+ Số có độ chính xác kép dài 64 bit
+ Số có độ chính xác mở rộng dài 80 bit
39

Các phương pháp biểu diễn

40

20


9/17/2012

Dạng 32 bit

41

Ví dụ 1
• Số 1 1000 0010 1001 0100 0000 0000 0000 000 là số 32 bit
chuyển qua số thập phân ta được số -12.625
• Chuyển số thập phân -12.625 sang số thực dấu phẩy động 32 bit:
 -12.625(hệ 10) = -1100.101 (hệ 2) = -1.100101 x (2 mũ 3)
• Như vậy bít dấu là 1, phần lẻ là 100101
(2 mũ 3 ) --> E=e - 127 = 3 --> e = 130 = 1000 0010
• Ta sẽ xắp xếp theo cấu trúc sau:

[bit dấu][e][phần lẻ thêm các số 0 đằng sau cho đủ 23 bit]
Kết quả là : 1 1000 0010 1001 0100 0000 0000 0000 000

42

21


9/17/2012

Ví dụ 2
Xác định giá trị của số thực được biểu diễn bởi 32bit sau:

Giải

43

Ví dụ 3
Biểu diễn số thực X=83.75 về số dấu phẩy động
IEEE754 32-bit ?

44

22


9/17/2012

Ví dụ 4
• Biểu diễn số thực X=-0.2 về số dấu phẩy động
IEEE754 32-bit ?

45

Các qui ước

46

23

9/17/2012

Bài tập về nhà
• Biểu diễn các số thực sau về số dấu phẩy động
IEEE754 32-bit : X=-27.0625; Y=1/32

47

Dạng 64 bit

48

24


9/17/2012

Dạng 80 bit

49

2.4. Mã ký tự và số
Mã ký tự và số là phương pháp sử dụng các tổ hợp
hệ 2 để biểu diễn một con số, một chữ cái hay một
ký tự nào đó.
Có 3 phương pháp biểu diễn các ký tự thông dụng là:
• mã ASCII
• mã EBCDIC
• mã Unicode

50

25