Bài giảng Tin học đại cương và ứng dụng: Chương 2 - Cấu trúc máy tính

Tin học đại cương và ứng
dụng
Phan Trọng Tiến
Department of Software Engineering
Hanoi University of Agricaltural
Office location: 3rd floor, Administrative
building
Office phone: 8276346, Ext: 132
Website: www.fita.hua.edu.vn/pttien
Email:


Ch2. Cấu trúc máy tính
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

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


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 thông 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)


Đây là một chiếc máy vi tính


2. Mô hình cấu trúc cơ bản của
máy tính

3. Central Processing Unit
(CPU)
 Chức năng
 Điều khiển MT hoạt
động theo chương
trình
 Xử lý dữ liệu

 Nguyên tắc
 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 -


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).


Khối tính toán (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).


Tập thanh ghi (Registers)
 Lưu trữ toán hạng, kết quả và các
thông số khác trong quá trình tính
toán 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).


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


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


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)
 CPU chỉ đọc bộ nhớ này
 Chứa các chương trình, dữ liệu cơ bản của máy
tính
 RAM (Random Access Memory)
 CPU có thể đọc và ghi bộ nhớ này
 Chứa dữ liệu, chương trình được nạp, đang thực
hiện


Một vài thanh nhớ RAM


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


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 thông 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:
 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,…)

Hình ảnh bên trong một chiếc
máy tính


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 thông tin giữa máy tính và thế giới bên
ngoài
 Vào: Nhập chương trình, dữ liệu
 Ra: Xuất thông 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


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
thông qua gõ phím
 Chuột (mouse): Thiết bị nhập dữ liệu thông qua

việc di chuyển trực quan
 Màn hình (monitor) : Thiết bị hiển thị thông
tin/dữ liệu
 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.


6.2. Bộ nhớ ngoài (external
memory)
 Lưu trữ tài nguyên
 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

…


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


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

Electronic disk
Magnetic Disk
Optical Disk
Magnetic Tape

Dung
lượng
tăng
dần

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


Một số hình ảnh

Barcode Reader
Scaner
Printer
Modem

Camera

Light pen

NIC


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 toán) của con người.
 Là phần hồn của máy tính.


So sánh phần cứng và phần
mềm









PHẦN CỨNG
Vật “cứng”.
Vật liệu: kim loại,
polyme…
Vật chất.
Hữu hình.
Sản xuất công
nghiệp bởi máy
móc là chính.
Định lượng là
chính.
Chịu hỏng hóc, hao
mòn theo thời gian.










PHẦN MỀM
Vật “mềm”.
Kỹ thuật sử dụng.
Trừu tượng

Vô hình.
Sản xuất bởi con
người là chính (lập
trình).
Định tính là chính.
Không hao mòn.