Tài liệu Cấu trúc máy tính P4 pdf

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S1



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
CHƯƠNG 1
Giới thiệu


Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S2



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh






I. Lịch sử máy tính
Cơ
Đèn
điện tử
Tran-
-sistors
IC
?
(

1642-1945
)

(
1945-1955
)

(
1955-1965
)

(
1965-1980
)

(
1980-????
)

Blaise Pascal
(
1642
)

Colossus
(
1943
)

ENIAC (1946)

18.000 bóng đèn
1500 rờ le
30 tấn
140 KW
Von Neumann
(
1946
)

PDP-1
(
1961
)

IBM 360
(
1965
)

80x86
(
1978
)

Intel 8080 (1974)
được xem như CPU
đầu tiên được tích
hợp trên 1 chip

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S3

Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
II. Cấu trúc máy tính
Lấy lệnh

Thi hành lệnh

Bật má
y

Tắt má
y

Máy tính
lệnh đầu

lệnh giữa

lệnh giữa

lệnh giữa

lệnh cuối

Chương trình

làm gì?

tại sao lệnh này?

mục đích?
xong?
Ngôn ngữ máy

Diễn tả làm thế nào giải quyết
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S4



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Cấp n

Máy ảo M
n

(Ngôn ngữ L
n
)

Cấp 4

Máy ảo M
4

(Ngôn ngữ L
4

)

Cấp 3

Máy ảo M
3

(Ngôn ngữ L
3
)

Cấp 2

Máy ảo M
2

(Ngôn ngữ L
2
)

Cấp 1

Máy ảo M
1

(Ngôn ngữ L
1
)

Chươn

g
trình L4

Biên dịch

Biên dịch

Biên dịch

Mô hình máy tính nhiều cấp

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S5



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Cấp 4

Cấp
hợp ngữ

Cấp 3

Cấp
máy hệ điều hành

Cấp 2

Cấp

máy qui ước

Cấp 1

Cấp
vi chương trình

Cấp 5

Cấp
ngôn ngữ cấp cao

Cấp 0

Cấp
luận lý số

dịch (biên dịch)
dịch (hợp dịch)
thông dịch một phần
(hệ điều hành)
thông dịch
(vi chương trình)
vi chương trình được
thi hành trực tiếp
bằng phần cứng
Các cấp thiết kế máy tính

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S6

Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Mạch in
Linh kiện
Bộ nguồn + vỏ hộp
Dây nối
Các thiết bị ngoại vi

Phần cứng

Giải thuật
Chương trình

Phần mềm

Cụ thể
Cấu thành máy tính
Thực hiện L
0
Khó thay đổi
Chạy nhanh
Trừu tượng
Thực hiện L
1
trở lên
Dễ sửa chữa
Chạy chậm
Phần dẽo

Là linh kiện có chương
trình bên trong
Chương trình cố định
và tồn tại khi tắt nguồn
Phần cứng và phần mềm tương đương nhau
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S7



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Tuyến

III. Giới thiệu tổng quát một máy tính số
Khối
điều khiển

Khối số học
luận lý (ALU)

Bộ thanh ghi

Khối xử lý trung ương (CPU)

Bộ nhớ

Đĩa

Máy in

Thiết bị xuất nhập

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S8



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
8 bước thực hiện lệnh của CPU
1. Lấy lệnh kế tiếp từ bộ nhớ vào thanh ghi lệnh IR.
2. Thay đổi bộ đếm chương trình PC để trỏ tới lệnh tiếp sau nữa.
3. Xác định loại của lệnh vừa lấy (làm gì?).
4. Nếu lệnh sử dụng dữ liệu trong bộ nhớ thì xác định xem nó ở đâu.
5. Lấy dữ liệu (nếu có) vào thanh ghi của CPU.
6. Thi hành lệnh.
7. Cất kết quả vào nơi cần lưu trữ.
8. Trở lại bước 1 để làm lệnh kế.
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S9



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
CPU

Khối

ALU

Cộng And
Trừ Or
Nhân Xor
Chia Not
D
ị
ch Qua
y

(
Thanh
g
hi lệnh
)

(Bộ thanh ghi)

(Tín hiệu điều khiển xuất)

(Tín hiệu điều khiển nhập)

CPU có gì
bên trong ?

điều khiển

định thì

(
Lấ

y
và thi hành lệnh
)

(
Xun
g
clock
)

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S10



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Máy song song

Máy Von Neumann
3 loại máy song song

SISD : single Instruction stream, single data stream
SIMD : single Instruction stream, multiple data stream
MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream
Máy Vector 8 ALU
CPU CPU CPU
Bộ nhớ
dùng chung
CPU CPU CPU
Bộ nhớ

dùng chung
Bộ
nhớ
riêng
Bộ
nhớ
riêng
Bộ
nhớ
riêng
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S11



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Máy tính kiểu đường ống (pipeline machine)
Khối xử lý được chia ra 5 phần hoạt động song song
Lấy lệnh
Phân tích
lệnh
Xác định
toán hạng

Lấy
toán hạng

Thực hiện
lệnh

P1 P2 P3 P4 P5
thi hành xong lệnh
L1 L2
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L2
L2
L3
L3
L3
L3
L3
L4
L4
L4
L4
L4
L5
L5
L5
L5
L5
L6
L6
L6
L6 L7

L7 L8
L7
L8 L9
P1:
P2:
P3:
P4:
P5:
t
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S12



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Access
D
y
namic
Static
Random
Electricall
y

Pro
g
rammable
Memory
Only
Read

Bộ nhớ

Bộ nhớ
là gì ?

là nơi chứa chương trình và dữ liệu
ROM
ROM
PROM
EEPROM
EPROM
RAM
Erasable
SRAM
DRAM
(Chết)
(Sống)
BIT
BYTE
KB
MB
GB
TB
(Đơn vị truy xuất)
(Dung lượng)
(Thời gian truy xuất)
??
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S13

Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh



A
2
A
1
A
0
D
3
D
2
D
1
D
0

0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 1
0 1 0 0 0 1 1
0 1 1 0 1 1 1
1 0 0 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 0
1 1 0 1 1 0 0
1 1 1 1 0 0 0
A

0
GiÀi
mÁ
h¿ng

GiÀi mÁ cît
v¿ ½èm

1

(chÑn cît phÀi)

+5V

A
1
A
2
1

0

1

1

1

0

T
3
P
3
T
2
P
2
T
1
P
1
T
0
P
0
D
3
D
2
D
1
D
0
1

1

1

0

1

0

1

0

1

0

0

1

ROM

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S14



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
A
12

÷

÷÷
÷
A
0
: địa chỉ
O
7

÷
÷÷
÷
O
0
: dữ liệu
OE : cho phép xuất
CE : chọn chip
Vcc : nguồn
GND : đất
Vpp : nguồn lập trình
PGM : chọn lập trình

EPROM
U1

27C64

1

10

9

8

7

6

5

4

3

25

24

21

23

2

20

22

27

11

12

13

15

16

17

18

19

VPP

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10

A11

A12

CE

OE

PGM

O0

O1

O2

O3

O4

O5

O6

O7

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S15



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
A
14

÷
÷÷
÷
A
0
: địa chỉ
D
7

÷
÷÷
÷
D
0
: dữ liệu

OE : cho phép xuất
CE : chọn chip
WE : cho phép ghi
Vcc : nguồn
GND : đất

SRAM
U2

HM62256/SO

10

9

8

7

6

5

4

3

25

24

21

23

2

26

1

20

22

27

11

12

13

15

16

17

18

19

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10

A11

A12

A13

A14

CE

OE

WE

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S16



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM

Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
A
8

÷
÷÷
÷
A
0
: địa chỉ hàng / cột (18 bit)
Din,Dout : dữ liệu
RAS : chọn hàng
CAS : chọn cột
WE : cho phép ghi
Vcc : nguồn
GND : đất

DRAM
U5

MSM41256A

5

7

6

12

11

10

13

9

1

4

15

3

14

2

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

RAS

CAS

WE

DO

DI

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S17



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh

Ma trận ký tự trên màn hình

8
8
8x8

14x8
16x8
Kích thước
Chế đ
ộ
văn bản
Thiết bị
ngoại vi

Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S18



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Card màn hình
cung cấp các
chế độ màn hình
số điểm ngang x số điểm dọc x số màu (số bit màu)
dung lượng RAM màn hình
800 x 600 x 16bit = 960.000 byte
⇒
⇒⇒
⇒
1MB
1024 x 768 x 32bit = 3.145.728 byte
⇒
⇒⇒
⇒
4 MB

Màn hình
CRT
thể hiện các chế
độ màn hình
độ phân giải
kích thước điểm sáng:
.31 mm, .29 mm, .22 mm
tần số quét ngang (dòng)
40 KHz, 70 KHz, 90 KHz
tần số quét dọc (mành)
50 Hz, 75 Hz, 100 Hz,
Màn hình
LCD
?
C
C
h
h
ế
ế


đ
đ
ộ
ộ


đ
đ

ồ
ồ


h
h
ọ
ọ
a
a


Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S19



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
V
cc
Quét
hàng
(2
→
→→
→
4)
Đệm cột và đọc về
Nhấn
Đọc về

FB
1
0
1
1
0
1
1 1 1 1 1 0 1 1
Tổ chức ma trận bàn phím

V
cc
0 là nhấn
1 là nhả
0 là nhấn
1 là nhả
Hiện tượng rung phím
(5 - 15 ms)
Chống rung
Cứng
Mềm
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S20



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Cung (sector)
(Record)
Đầu (Head)




Trụ (Cylinder)
hoặc
Vết (Track)



Phân chia đĩa vật lý

Chiều di
chuyển của
đầu (head)



Trục đĩa quay
5400 rpm



CHR



Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S21

Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
in nửa dot bề ngang
9
Đầu
kim
có
9
kim
11
Ma trận điểm trên máy in
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S22



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Tia laser quét
Dữ liệu
tích điện

trên mặt trống
Trống
Máy in laser
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S23



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh

Một chiều
Bus
Hai chiều
(Địa chỉ)
(Dữ liệu)
(Trạng thái) (Điều khiển)
Trong CPU
Bus nội
Giữa CPU với
đồng xử lý
Bus địa phương
Giữa CPU với
bộ nhớ hoặc
xuất nhập
Bus hệ thống
3 trạng thái
Bus là các dây nối giữa các linh kiện hoặc các khối linh kiện
Bus được dùng để trao đổi tín hiệu giữa các khối linh kiện
Có tên riêng
CPU dùng bus để điều khiển các khối còn lại
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S24



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
T
1

T

2

T
3

T
4

CLK

M/IO

A
19
÷
A
16
ALE
AD
15
÷
AD
0
RD
DT/
R
DEN
Địa chỉ

Địa chỉ

Dữ liệu

Synchronous bus
Tổ chức cấu trúc máy tính C1 Giới thiệu / S25



Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM
Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh
Address

MREQ
MSYN
Asynchronous bus
RD
Data

Data

SSYN