Bài giảng Tin học cơ sở: Chương 2 - Cấu trúc máy tính

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

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

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

1 / 26


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)
01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

2 / 26


Đây là một chiếc máy vi tính

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

3 / 26


2. Mơ hình cấu trúc cơ bản của máy tính

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

4 / 26


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

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

5 / 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).

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

6 / 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).
01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

7 / 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).

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

8 / 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

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

9 / 26


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

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

10 / 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




CPU chỉ đọc bộ nhớ này
Chứa các chương trình, dữ liệu cơ bản của máy tính

 RAM



01/11/12

(Read Only Memory)
(Random Access Memory)

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

11 / 26


Một vài thanh nhớ RAM

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

12 / 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

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

13 / 26


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:



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,…)

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

14 / 26


Hình ảnh bên trong một chiếc máy tính

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

15 / 26


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
01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

16 / 26


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





01/11/12

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

17 / 26


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
…

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

18 / 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

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

19 / 26


Tổng kết bộ nhớ máy tính
Cache

Tốc
độ

tăng
dần

Main memory (RAM+ROM)
Electronic disk

Dung
lượng
tăng
dần

Magnetic Disk
Optical Disk
Magnetic Tape

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

20 / 26


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

01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

21 / 26


Một số hình ảnh

Scaner

Barcode Reader

Printer
Modem

Camera
01/11/12

Light pen
Chương 2. Cấu trúc máy tính

NIC
22 / 26


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.
01/11/12

Chương 2. Cấu trúc máy tính

23 / 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.

01/11/12









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

24 / 26


Chi phí cho phần cứng và phần mềm
%
100
80
60
40
20

-

Phần mềm

-

0+

1955

01/11/12

P hÇ n cøng

+
1970

+
1985

Chương 2. Cấu trúc máy tính

+
2000

25 / 26