Tổ chức tổng quát máy tính

Chương Tổ chức tổng quát máy tính Nội dung • • • • Tổ chức CPU Bộ nhớ Bộ nhớ thứ cấp Hệ thống I/O Tổ chức CPU • Cấu trúc CPU Tổ chức CPU • Cấu trúc CPU (tiếp) – Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU): điều khiển hoạt động máy tính theo chương trình định sẵn – Đơn vị số học logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thực phép toán số học phép toán logic – Tập ghi (Register File - RF): lưu giữ thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động CPU – Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU): kết nối trao đổi thông tin bus bên (internal bus) bus bên (external bus) Tổ chức CPU • Đơn vị số học luận lý ALU – Thực phép toán số học phép tốn luận lý: • Số học: Cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm, đảo dấu,… • Luận lý: AND, OR, XOR, NOT, phép dịch bit,… Tổ chức CPU • Đơn vị điều khiển CU – Điều khiển nhận lệnh từ nhớ đưa vào ghi lệnh – Tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh – Giải mã lệnh nhận để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu – Phát tín hiệu điều khiển thực lệnh – Nhận tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống đáp ứng với yêu cầu Tổ chức CPU • Các tín hiệu đưa đến đơn vị điều khiển – – – – Clock: tín hiệu xung nhịp từ mạch tạo dao động bên Mã lệnh từ ghi lệnh đưa đến để giải mã Các cờ từ ghi cờ cho biết trạng thái CPU Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển • Các tín hiệu phát từ đơn vị điều khiển – Các tín hiệu điều khiển bên CPU: • Điều khiển ghi • Điều khiển ALU – Các tín hiệu điều khiển bên ngồi CPU: • Điều khiển nhớ • Điều khiển mô-đun nhập xuất Bộ nhớ • Các đặc trưng – Chứa chương trình thực liệu sử dụng – Tồn hệ thống máy tính – Bao gồm ô nhớ đánh địa trực tiếp CPU – Dung lượng nhớ thực tế thường nhỏ không gian địa nhớ mà CPU quản lý – Việc quản lý logic nhớ tuỳ thuộc vào hệ điều hành  người lập trình sử dụng nhớ logic Bộ nhớ • Tổ chức nhớ đan xen (interleaved memory) – Độ rộng bus liệu để trao đổi với nhớ: m = 8, 16, 32, 64,128 bit – Các ô nhớ tổ chức theo byte  tổ chức nhớ vật lý khác – m=8 bit  băng nhớ tuyến tính Bộ nhớ • Tổ chức nhớ đan xen (tiếp) – m = 16 bit  hai băng nhớ đan xen Bộ nhớ • Tổ chức nhớ đan xen (tiếp) – m = 64 bit  tám băng nhớ đan xen Bộ nhớ thứ cấp  Phân biệt nhớ thứ cấp với nhớ  Các loại nhớ thứ cấp:  Ổ cứng  Bộ nhớ thể rắn  Đĩa quang Bộ nhớ thứ cấp  Là thiết bị lưu trữ liệu lâu dài  Dữ liệu không bị sau tắt máy Ổ cứng • Là thiết bị nhớ thứ cấp tạo từ đĩa kim loại cứng xếp chồng lên đầu đọc đĩa • Thường có dung lượng lớn Ổ cứng máy tính cá nhân thường có dung lượng từ 100 đến 500 GB • Có hai loại  Ổ cứng  Ổ cứng di đông Ổ cứng  Là loại ổ cứng tích hợp sẵn đơn vị hệ thống  Có dung lượng tốc độ cao so với ổ cứng di động  Thường dùng để lưu trữ hệ điều hành, chương trình liệu thường xuyên sử dụng Ổ cứng ngồi • Là loại ổ cứng cắm ngồi máy tính có kích cỡ nhỏ gọn • Thường kết nối với máy thông qua cổng USB • Có dung lượng từ 100GB đến TB • Tốc độ truy cập chậm so với ổ cứng Hệ thống I/O • Tổng quan hệ thống IO Tổng quan hệ thống IO • Giới thiệu chung – Chức hệ thống IO: Trao đổi thơng tin máy tính với giới bên ngồi – Các thao tác bản: • Nhập liệu (Input) • Xuất liệu (Output) – Các thành phần chính: • Các thiết bị ngoại vi • Các mô-đun IO (IO module) – Tất thiết bị ngoại vi chậm CPU RAM  Cần có mơ-đun IO để nối ghép thiết bị ngoại vi với CPU nhớ Tổng quan hệ thống IO • Cấu trúc hệ thống IO Tổng quan hệ thống IO • Các thiết bị ngoại vi – Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên ngồi máy tính – Phân loại: • Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy (người đọc): Bàn phím, Màn hình, Máy in, • Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy (máy đọc): Đĩa cứng, CDROM, USB,… • Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC) Tổng quan hệ thống IO • Tốc độ số TBNV Tổng quan hệ thống IO • Các thành phần thiết bị ngoại vi – Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi liệu bên bên máy tính – Bộ đệm liệu: đệm liệu truyền mô-đun IO thiết bị ngoại vi – Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu từ mô-đun IO Tổng quan hệ thống IO • Chức mô-đun IO: – Điều khiển định thời – Trao đổi thơng tin với CPU nhớ – Trao đổi thông tin với thiết bị ngoại vi – Đệm bên máy tính với thiết bị ngoại vi – Phát lỗi thiết bị ngoại vi Tổng quan hệ thống IO • Khơng gian địa CPU – Một số CPU quản lý khơng gian địa chỉ: • Khơng gian địa nhớ: 2M địa – Một số CPU quản lý hai không gian địa tách biệt: • • • • Không gian địa nhớ: 2M địa Không gian địa IO: 2I địa Có tín hiệu điều khiển phân biệt truy nhập khơng gian địa Tập lệnh có lệnh IO chun dụng – Ví dụ: CPU Intel Pentium • Không gian địa nhớ = 236 byte = 64GB • Khơng gian địa IO = 216 byte = 64KB • Lệnh IO chuyên dụng: IN, OUT