Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) - Chương 2: Hệ thống máy tính

CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG MÁY TÍNH

1


Nội dung
2.1 Cấu trúc và chức năng của máy vi tính
2.2 Liên kết hệ thống
2.3 Các hoạt động cơ bản của máy tính

2


2.1 Cấu trúc và chức năng của máy
vi tính




Cấu trúc (structure)
là cách thức mà các
thành phần liên kết với
nhau
Chức năng
(function) là sự vận
hành của từng thành
phần của cấu trúc

3

Chức năng của máy vi tính





Xử lý dữ liệu (Data processing)
Lưu trữ dữ liệu (Data storage)
Vận chuyển dữ liệu (Data movement)
Điều khiển (Control)

4


Mô hình chức năng máy vi
tính
Data movements:
 input–output (I/O)
 data communications

5


Cấu trúc máy tính ở mức cao
nhất
Computer
Central
Processing
Unit

Computer

Main
Memory

System
Interconnection

Input
Output

6


Cấu trúc máy tính ở mức cao
nhất

7


Bộ xử lý trung tâm (CPU)
Chức năng:





Điều khiển hoạt động của máy tính
Xử lý dữ liệu

Nguyên tắc hoạt động cơ bản:




CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ
nhớ

Các thành phần:





Phần thi hành lệnh: ALU và các thanh ghi
Phần điều khiển: CU
8


Bợ nhớ chính






Chức năng: Chứa các thơng tin mà CPU
có thể trao đổi trực tiếp
Dạng thông tin lưu trữ: Thông tin lưu
trữ là các lệnh và số liệu được mã hóa

thành sớ nhị phân
Tở chức của bợ nhớ: Gờm các ngăn
nhớ, mỗi ngăn nhớ chứa một số bit nhất
định và được đánh địa chỉ
9


Hệ thống vào/ra (Input/Output System)
Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính
với người dùng hay giữa các máy tính trong
hệ thớng mạng
Các thành phần chính







Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices)
Các modul vào/ra (I/O Modules)

10


Nội dung
2.1 Cấu trúc và chức năng của máy vi tính
2.2 Liên kết hệ thống
2.3 Các hoạt động cơ bản của máy tính

11


1.2 Liên kết hệ thống
1. Kết nối thông tin trong máy tính:

12


Kết nối theo kiểu bus






Tất cả các đầu vào ra của một bit thông
tin của các module được kết nối chung
vào một đường truyền
Bus: là tập hợp các đường kết nối dùng
để vận chuyển thông tin giữa các
module của máy tính với nhau
Sớ đường dây của bus có thể trùn
các bit thông tin đồng thời được gọi là
độ rộng bus (chỉ dùng cho bus địa chỉ
và bus dữ liệu)

13

Phân loại bus


Theo tín hiệu truyền trên bus






Bus địa chỉ (Address bus)
Bus dữ liệu (Data bus)
Bus điều khiển (Control bus)

Theo nghi thức truyền thông



Bus đồng bộ (Synchronous bus)
Bus không đồng bộ (Asynchronous bus)

14


Phân loại theo tín hiệu truyền
trên bus




Bus địa chỉ (Address bus)
Bus dữ liệu (Data bus)
Bus điều khiển (Control bus)

15


Bus địa chỉ



Chức năng: vận chuyển địa chỉ để xác định
ngăn nhớ hay cổng vào/ra
Độ rộng bus địa chỉ: Xác định không gian địa
chỉ của bộ nhớ





n bit: An-1, An-2, ... A2, A1, A0
 có thể đánh địa chỉ tới đa cho 2n ngăn nhớ

Ví dụ:

Bợ xử lý Pentium có bus địa chỉ 32 bit
 có khả năng đánh địa chỉ cho 232 bytes nhớ
(4 GBytes) (ngăn nhớ tổ chức theo byte)
16

Bus dữ liệu


Chức năng:





Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ đến CPU
Vận chuyển dữ liệu giữa CPU, module nhớ,
module vào/ra với nhau

Độ rộng bus dữ liệu: Xác định số bit dữ liệu
có thể được trao đổi đờng thời



M bit: DM-1, DM-2, ... D2, D1, D0
M thường là: 8, 16, 32, 64, 128 bit

17


CPU 16 bit (8086, 8088, 80286)




Bus dữ liệu
 16 bit: 8086/80286
 8 bit: 8088
Bus địa chỉ
 20 bit: 8086/8088
 24 bit: 80286
18




CPU 32 bit: 80386/80486



Bus dữ liệu: 32 bit
Bus địa chỉ: 32 bit

19


Bus điều khiển




Chức năng: vận chuyển các tín hiệu điều
khiển
Các loại tín hiệu điều khiển:





Các tín hiệu điều khiển đọc/ghi
Các tín hiệu điều khiển ngắt
Các tín hiệu điều khiển bus

20


Một số tín hiệu điều khiển điển hình


Các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển
đọc/ghi:








Memory Read (MEMR): điều khiển đọc dữ liệu
từ mợt ngăn nhớ có địa chỉ xác định lên bus dữ
liệu
Memory Write (MEMW): điều khiển ghi dữ liệu
có sẵn trên bus dữ liệu đến mợt ngăn nhớ có địa
chỉ xác định
I/O Read (IOR): điều khiển đọc dữ liệu từ mợt

cổng vào/ra có địa chỉ xác định lên bus dữ liệu
I/O Write (IOW): điều khiển ghi dữ liệu có sẵn
trên bus dữ liệu ra mợt cổng có địa chỉ xác định.
21


Một số tín hiệu điều khiển điển hình


Các tín hiệu điều khiển ngắt:








Interrupt Request (INTR): tín hiệu từ bộ điều
khiển vào/ra gửi đến yêu cầu ngắt CPU để trao
đổi vào/ra, INTR là tín hiệu che được
Non Maskable Interrupt (NMI): tín hiệu ngắt
không che được gửi đến CPU
Interrupt Acknowledge (INTA): tín hiệu phát
ra từ CPU báo cho bộ điều khiển vào/ra biết CPU
chấp nhận ngắt để trao đổi vào/ra
Reset: tín hiệu từ bên ngoài gửi đến CPU và các
thành phần khác để khởi động lại máy tính.

22

Một số tín hiệu điều khiển điển hình


Các tín hiệu điều khiển bus:






Bus Request (BRQ) hay là Hold: tín hiệu từ
modul điều khiển vào/ra gửi đến yêu cầu CPU
chuyển nhượng quyền sử dụng bus
Bus Grant (BGT) hay là Hold Acknowledge
(HLDA): tín hiệu phát ra từ CPU chấp nhận quyền
sử dụng bus
Lock: tín hiệu khóa khơng cho xin chủn nhượng
bus

23


Phân loại bus theo nghi thức
trùn thơng


Bus đờng bợ:








Bus có đường tín hiệu Clock
Các sự kiện trên bus được định nhịp bởi xung nhịp
Clock
Mỗi một sự kiện xảy ra trong một số nguyên lần
chu kỳ xung nhịp gọi là chu kỳ bus

Bus khơng đờng bợ



Khơng có đường tín hiệu Clock
Kết thúc một sự kiện này trên bus sẽ kích hoạt
cho một sự kiện tiếp theo
24


Tần số bus




Bus đồng bộ: cần một bộ dao động tạo
các xung nhịp cho bus
Tần số nhịp đo theo đơn vị Hz







Hz = số nhịp/s
Khz = 1000Hz
Mhz = 1000 Khz
Ghz = 1000 Mhz
25