Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ (Chương 4) Hệ thống máy tính

1

KiẾN TRỨC MÁY TÍNH VÀ HỢP NGỮ
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG MÁY TÍNH


Nội dung chương 4
2

 4.1. Cấu trúc và hoạt động cơ bản của máy tính
 4.2. Bộ xử lý trung tâm
 4.3. Bộ nhớ máy tính
 4.4. Hệ thống vào ra
 4.5. Giới thiệu hệ điều hành


4.1. Cấu trúc và hoạt động cơ bản của máy tính
3

 4.1.1 Cấu trúc cơ bản của máy tính
 4.1.2 Liên kết hệ thống
 4.1.3 Hoạt động cơ bản của máy tính
 4.1.4 Cấu trúc một máy tính cá nhân điển hình


4.1.1 Cấu trúc cơ bản của máy tính
4

 Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit)
 Bộ nhớ

(Memory)

 Hệ thống vào-ra (Input-Output System)
 Liên kết hệ thống (System Interconnection)


Bộ nhớ máy tính
5


4.2 Bộ xử lý trung tâm (CPU)
6

 Chức năng:
 Điều khiển hoạt động của tồn bộ hệ thống máy tính
 Xử lý dữ liệu
 Nguyên tắc hoạt động cơ bản: CPU hoạt động theo
 chương trình nằm trong bộ nhớ chính, bằng cách:
 Nhận lần lượt từng lệnh từ bộ nhớ chính,
 Sau đó tiến hành giải mã lệnh và phát các tín hiệu điều khiển thực thi lệnh.

 Trong q trình thực thi lệnh, CPU có thể trao đổi dữ liệu với bộ nhớ chính hay hệ thống vào-ra.
 Cấu trúc cơ bản của CPU


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
7


Bộ xử lý trung tâm (CPU)

8


10


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
11

 Các thành phần cơ bản của CPU
 Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU): điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình
đã định sẵn.

 Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thực hiện các phép toán số học và
các phép toán logic trên các dữ liệu cụ thể.

 Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của
CPU.

 Bus bên trong (Internal Bus): kết nối các thành phần bên trong CPU với nhau.
 Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU) kết nối và trao đổi thông tin với nhau giữa bus
bên trong (internal bus) với bus bên ngoài (external bus).


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
12


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
13

 Tốc độ của bộ xử lý:
 Số lệnh được thực hiện trong 1 giây
 MIPS (Millions of Instructions per Second)
 Khó đánh giá chính xác
 Tần số xung nhịp của bộ xử lý:
 Bộ xử lý hoạt động theo một xung nhịp (Clock) có tần số xác định
 Tốc độ của bộ xử lý được đánh giá gián tiếp thông qua tần số của xung nhịp


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
14

 Dạng xung nhịp:


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
15

 Dạng xung nhịp:


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
16

 T0: chu kỳ xung nhịp
 Mỗi thao tác của bộ xử lý mất một số nguyên lần chu kỳ T 0 T0 càng nhỏ thì bộ xử lý
chạy càng nhanh
 Tần số xung nhịp: f0=1/T0 gọi là tần số làm việc của CPU
 VD: Máy tính dùng bộ xử lý Pentium IV 2GHz

Ta có: f0 = 2GHz = 2 x 109Hz
T0 = 1/f0 = 1 / (2 x 109) = 0,5 ns


4.3 Bộ nhớ máy tính
17

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu
 Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:
 Thao tác đọc (Read)
 Thao tác ghi (Write)
 Các thành phần chính:
 Bộ nhớ trong (Internal Memory)
 Bộ nhớ ngoài (External Memory)
 Các thành phần bộ nhớ máy tính


Bộ nhớ máy tính
18

 Chức năng và đặc điểm:
 Chứa các thơng tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp
 Tốc độ rất nhanh
 Dung lượng không lớn
 Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM và RAM
 Các loại bộ nhớ trong:
 Bộ nhớ chính
 Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh)

Bộ nhớ chính (Main Memory)
19

 RAM


Bộ nhớ chính (Main Memory)
20

 Là thành phần nhớ tồn tại trên mọi hệ thống máy tính
 Chứa các chương trình và dữ liệu đang được CPU sử dụng
 Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ
 Ngăn nhớ thường được tổ chức theo Byte
 Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, song địa chỉ vật lý của ngăn nhớ luôn cố định
 Thông thường, bộ nhớ chính bao gồm 2 phần:
 Bộ nhớ RAM
 Bộ nhớ ROM


21


SỰ KHÁC NHAU GIỮA DDRAM 1, DDRAM 2, DDRAM 3
22

 Nói một cách đơn giản DDRam 1 (DDR I) DDRam 2 (DDR II) và DDram 3(DDR III) là 3 đời Ram nối tiếp
nhau. DDRam 1 là loại RAM cũ nhất trong khi DDRam 3 là loại RAM mới nhất. Tất nhiên đời RAM càng mới
thì tốc độ truy xuất càng cao.
 Dung lượng bộ nhớ: DDR I có bộ nhớ khá khiêm tốn. Nếu bạn cầm thanh RAM có dung lượng 32 MB, hoặc 64
MB thì đó chính xác là RAM I (hoặc DDR I, DDRam 1) đấy. DDR II có dung lượng khá hơn, trung bình giao

động từ 256 MB đến 2GB. Cịn DDR III thì cao hơn và đa dạng hơn rất nhiều, có thể là 2GB, 4 GB, 8 GB, 16
GB, v.v...
 Tốc độ truyền tải: Bên cạnh dung lượng bộ nhớ thì một điểm quan trọng khác cần phải kể đến đó là tốc độ
truyền tải. Hiện nay một chiếc DDR I Bus 1600 có thể truyền tải 12, 8 MB/s trong khi tốc độ truyền tải tối đa của
DDR I Bus 400 (tối đa) chỉ đạt 3,2 MB/s mà thôi. Khoảng cách ở đây là một sự chênh lệch rất lớn.
 Sự khác nhau giữa 3 đời RAM này là rất nhiều, chẳng hạn như xung nhịp, thời gian trễ, điện áp, prefetch, v.v...
Tuy nhiên những kiến thức này chỉ dành cho dân chuyên ngành, nên bạn khơng cần quan tâm nhiều làm gì cả.
 Có một nguyên tắc vừa đơn giản mà vừa hiệu quả để phân biệt DDR I, DDR II, và DDR III đó là quan sát số
chân cắm của từng loại RAM. DDR I có số chân cắm là 184, trong khi DDR II và DDR III là 240.


SỰ KHÁC NHAU GIỮA DDRAM 1, DDRAM 2, DDRAM
23


Bộ nhớ chính (Main Memory)
24

 ROM


ROM TRÊN MAINBOARD
25


Bộ nhớ đệm nhanh (Cache memory)
26

 Là thành phần nhớ tốc độ nhanh được đặt đệm giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc
độ truy cập bộ nhớ của CPU.

 Tốc độ của cache nhanh hơn bộ nhớ chính nhưng dung lượng nhỏ hơn.
 Cache thường được chia ra thành một số mức: cache L1, cache L2, ...
 Hiện nay cache được tích hợp trên các chip vi xử lý.
 Cache có thể có hoặc khơng.