Chương 2: Tổ chức hệ thống máy tính potx

BỘ MÔN: KỸ THUẬT MÁY TÍNH – KHOA ĐiỆN TỬ 5 / 50Các thành phần cơ bản của máy tính  Bộ xử lý trung tâm Central Processing Unit: điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu  Bộ n

Trang 1

Chương 2: Tổ chức hệ thống

máy tính

Trang 3

BỘ MÔN: KỸ THUẬT MÁY TÍNH – KHOA ĐiỆN TỬ 3 / 50

ĐƠN VỊ ĐIỀU KHIỂN

Trang 4

2.2 Bộ xử lý - Processors

Trang 5

Các thành phần cơ bản của máy tính

 Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): điều

khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu

 Bộ nhớ chính (Main Memory): chứa các chương

trình và dữ liệu đang được sử dụng

 Hệ thống vào ra (Input/Output System): trao đổi

thông tin giữa máy tính với bên ngoài.

 Liên kết hệ thống (System Interconnection): kết nối

và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với

nhau

Trang 6

2.1 Kiến trúc chung của máy tính điện tử

Trang 7

2.1 Kiến trúc chung của máy tính điện tử

• Trước tiên số liệu được đưa vào bộ nhớ trong

• Lệnh đầu tiên trong bộ nhớ đưa vào CU

• CU giải mã lệnh, nếu cần toán hạng  xác

định địa chỉ toán hạng

• CU phát tín hiệu tới các thành phần cần thiết

để lấy toán hạng về, đưa vào thanh ghi trong ALU

• CU phát tín hiệu điều khiển ALU thực hiện

phép toán Kết quả đặt tại ALU/Bộ nhớ trong

• Thực hiện lệnh tiếp theo tương tự.

Trang 8

2.2.1 Sự thi hành các chỉ thị

1 Lấy (Fetch) chỉ thị tiếp theo từ trong bộ nhớ đặt vào thanh ghi chỉ thị (IR).

2 Thay đổi con đếm chương trình (PC) để trỏ tới chỉ thị tiếp theo.

3 Xác định kiểu của chỉ thị vừa lấy về.

4 Nếu chỉ thị sử dụng dữ liệu trong bộ nhớ thì xác định vị trí của dữ liệu.

5 Lấy dữ liệu về nếu có, đặt vào các thanh ghi bên trong CPU.

6 Thi hành chỉ thị.

7 Chứa kết quả vào nơi thích hợp.

8 Trở lại bước 1 để bắt đầu thi hành chỉ thị tiếp theo

Chu kỳ lấy lệnh - giải mã lệnh - thi hành lệnh.

Trang 9

2.2.2 Tổ chức CPU

Đường dữ liệu của một CPU đang thực hiện phép tính cộng 2

toán hạng A và B

Trang 10

2.2.2 Tổ chức CPU – phân loại chỉ thị theo toán hạng

Toán hạng: nằm trong tập các thanh ghi đệm hoặc trong bộ nhớ

• Thanh ghi – bộ nhớ: Lấy một toán hạng trong bộ nhớ về, đặt vào

một thanh ghi đệm nhất định, còn toán hạng thứ hai đang nằm trong một thanh ghi nào đó, sau đó chúng sẽ được ALU sử dụng

• Thanh ghi – thanh ghi: Các lệnh sẽ nhận 2 toán hạng từ các thanh

ghi đệm, đưa chúng vào các thanh ghi vào của ALU, thực hiện các

thao tác trên các toán hạng này sau đó đưa kết quả trở lại các thanh ghi đệm.

• Bộ nhớ - bộ nhớ: Các lệnh sẽ nhận các toán hạng từ bộ nhớ vào

trong các thanh ghi vào của ALU, thực hiện các thao tác tính toán

trên các toán hạng này rồi gửi kết quả trở lại bộ nhớ.

Trang 11

Kiến trúc RISC và CISC

• Kiến trúc CISC: (Complex Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh phức tạp)

• Tập lệnh có nhiều lệnh

• Dạng lệnh phức: mỗi lệnh có thể thực hiện nhiều thao tác đơn Lệnh được thực hiện trong nhiều chu kỳ đồng hồ.

• Độ dài của lệnh thay đổi.

• Sự phức tạp của lệnh nằm trong mã vi lệnh (MicroCode) Trình biên dịch ít làm việc hơn (để chuyển các câu lệnh HLL thành ngôn ngữ Assembly)

• Có thể sử dụng nhiều lệnh để truy cập bộ nhớ

• Có nhiều chế độ địa chỉ

• Tập thanh ghi ít hơn

Trang 12

• Kiến trúc RISC: (Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa)

• Tập lệnh có ít lệnh

• Dạng lệnh đơn (tất cả các lệnh): mỗi lệnh chỉ thực hiện được một thao tác dơn Và chỉ trong một chu kỳ đồng hồ, có thể thực hiện được nhiều lệnh trong cùng một chu kỳ đồng hồ.

• Độ dài của lệnh cố định (32bit)

• Sự phức tạp của lệnh nằm trong trình biên dịch

• Các bộ vi xử lý RISC phổ biến là ARM, SuperH, MIPS, SPARC, DEC Alpha, PA-RISC, PIC,

và PowerPC của IBM.

Trang 13

? Trong hai loại kiến trúc RISC và CISC:

• Bộ điều khiển của kiến trúc nào phức tạp hơn?

• Chi phí thiết kế của loại nào đắt hơn?

• Loại nào có tốc độ tính toán cao hơn? Vì sao?

• Chương trình của kiến trúc nào dài hơn? Vì sao?

• Loại nào hỗ trợ cho ngôn ngữ bậc cao tốt hơn?

• Chương trình dịch của loại nào đơn giản hơn?

Trang 14

2.2.3 Sự thực hiện song song các lệnh

• Mục đích: Tăng tốc độ thực hiện

• Cách tiếp cận khác: XD máy tính nhiều ALU tốc độ thấp hoặc nhiều

CPU để đạt công suất tính toán cao, giá thấp

Ba nhóm máy tính song song:

1 SISD (Single Instruction stream, Single Data stream): Máy tính có một

dòng chảy của lệnh và một dòng chảy của dữ liệu.

2 SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream): Máy tính có một

dòng chảy của lệnh và nhiều dòng chảy của dữ liệu.

3 MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream): Máy tính có

nhiều dòng chảy của lệnh và nhiều dòng chảy của dữ liệu.

Trang 15

2.2.3.1 Máy tính loại SISD – CDC6600

• 2 ALU để thực hiện phép toán cộng, 1 ALU thực hiện phép toán trừ, 1

ALU thực hiện phép toán nhân, 1 ALU thực hiện phép toán chia

• Hiệu quả cao khi thời gian thực hiện một lệnh lớn hơn nhiều thời gian

lấy lệnh về (fetch) VD trong các tính toán số dấu phảy động.

Trang 16

2.2.3.1 Máy tính loại SISD – MT đường ống

• Ý tưởng: chia việc thực hiện mỗi lệnh thành nhiều giai đoạn, CPU bao gồm một số đơn vị chức năng, mỗi đơn vị chức năng

sẽ thực hiện một giai đoạn của quá trình thực hiện một lệnh

• Tốc độ tăng lên 5 lần.

Trang 17

2.2.3.1 Máy tính loại SISD – MT đường ống

• Câu hỏi: Tại sao máy tính pipeline có sử dụng cơ

chế song song bên trong nhưng nó vẫn thuộc loại

SISD

Trang 18

2.2.3.2 Máy tính loại SIMD – máy tính vector

• Thao tác song song trên nhiều tập dữ liệu  vd giải các bài toán

dự báo thời tiết, chẳng hạn tính toán nhiệt độ trung bình hàng

ngày trong suốt 24 giờ của nhiều địa điểm; Đối với mỗi địa điểm công việc tính toán là như nhau, nhưng tập dữ liệu là khác nhau.

Trang 19

2.2.3.3 Máy tính loại MIMD

• Nhiều CPU, mỗi CPU thực hiện một chương trình khác nhau, các CPU cùng chia sẻ một vùng nhớ chung

• VD hệ thống máy tính phục vụ việc đặt chỗ trong ngành hàng không.

Trang 20

2.3 Bộ nhớ

2.3.1 Một số đơn vị dung lượng bộ nhớ:

• Đơn vị cơ sở - Bit

• Bộ nhớ bao gồm các ô nhớ có cùng kích thước (tức là

cùng số bit), Mỗi ô nhớ được gán một địa chỉ duy nhất.

• Bộ nhớ có n ô nhớ  miền địa chỉ từ 0 tới n-1.

• Hầu hết các máy vi tính có kích thước ô nhớ là 8 bit (1

byte), các byte lại được nhóm lại thành word (từ)

• Mỗi word gồm số byte mà hầu hết các lệnh của bộ xử

lý thao tác như một đơn vị (thao tác làm một lần)

Trang 21

2.3.3 Trật tự byte trong word, big endian và little endian computer

 Các byte trong một word được đánh số từ trái  phải/ phải  trái.

Trang 22

 Đọc (Read) Ghi (Write)

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Các thành phần chính:

 Đọc (Read) Bộ nhớ trong (Internal Memory)

 Đọc (Read) Bộ nhớ ngoài (External Memory)

Trang 23

Bộ nhớ trong

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Chức năng và đặc điểm:

 Đọc (Read) Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi

trực tiếp

 Đọc (Read) Tốc độ rất nhanh

 Đọc (Read) Dung lượng không lớn

 Đọc (Read) Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM, RAM

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Các loại bộ nhớ trong:

 Đọc (Read) Bộ nhớ chính

 Đọc (Read) Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh)

Trang 24

Bộ nhớ chính

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Chứa các chương trình và dữ

liệu đang được CPU sử dụng.

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Tổ chức thành các ngăn nhớ

được đánh địa chỉ.

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Ngăn nhớ thường được tổ

chức theo byte.

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Nội dung của ngăn nhớ có

thể thay đổi, song địa chỉ vật lý

của ngăn nhớ luôn cố định.

Trang 25

Bộ nhớ cache

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Bộ nhớ có tốc độ nhanh được đặt đệm

giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ CPU truy nhập bộ nhớ

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Dung lượng nhỏ hơn bộ nhớ chính

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Tốc độ nhanh hơn

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Cache thường được chia thành một số mức

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Cache có thể được tích hợp trên chip VXL.

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Cache có thể có hoặc không.

Trang 26

Bộ nhớ ngoài

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Chức năng và đặc điểm:

 Đọc (Read) Lưu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính

 Đọc (Read) Được kết nối với hệ thống dưới dạng các thiết

bị vào-ra

 Đọc (Read) Dung lượng lớn

 Đọc (Read) Tốc độ chậm

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ Các loại bộ nhớ ngoài:

 Đọc (Read) Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩa mềm

 Đọc (Read) Bộ nhớ quang: đĩa CD, DVD

 Đọc (Read) Bộ nhớ bán dẫn: Flash disk, memory card

Trang 27

Mô hình máy tính

Trang 28

Bên trong một máy tính

Trang 29

Mainboard

Trang 30

Mainboard Support Slot 1

Trang 31

CPU

Trang 32

CPU

Trang 33

CPU – Intel 8086 / 4.77 MHz

Trang 34

CPU – Intel 80386DX (16-32Mhz)

CPU 32 Bit đầu tiên, không dùng tản nhiệt

Trang 35

Trang 37

CPU Những năm 1998 - 2000

Intel Pentium MMX AMD K6

Trang 39

CPU Những năm 2000 - 2001

Pentium 4 mặt trước Pentium 4 mặt sau

Trang 40

CPU Những năm 2001 - 2004

Trang 41

Trang 42

CÁC LOẠI RAM

 Hầu hết các loại Ram đều cần phải cung cấp nguồn điện liên tục.

Trang 43

CÁC LOẠI RAM

Trang 44

CÁC LOẠI RAM

DDRam

RDRam SDRam

EDORam

Trang 45

Slot cắm RAM

Trang 46

CÁC LOẠI RAM

800 Mhz 66

Trang 47

DDR & DDRII Slot

Trang 48

Case

Trang 49

BỘ NGUỒN

 Nguồn không phải là sản

phẩm kỹ thuật cao nhưng là

thành phần khá quan trọng

trong máy tính Sự hoạt

động ổn định của máy tính

phụ thuộc nhiều vào hoạt

động của thiết bị này Bộ

nguồn biến đổi dòng điện

xoay chiều thành dòng điện

một chiều DC: ± 12 Volt, ± 5

Volt để nuôi các mạch điện

trong máy

Trang 50

bộ nguồn Khi quạt

nguồn hư, với các

nguồn có công suất lớn

rất dễ bị cháy nguồn.

Trang 51

BỘ NGUỒN

 Đối với nguồn AT, công tắc

nguồn nằm rời bên ngoài

(gồm 4 dây điện)

 Nguồn ATX, điện nguồn được

đưa trực tiếp vào Mainboard.

Để kích hoạt máy tính hoạt

động ta chỉ cần trập 2 chân

Power trên Mainboad.

 Nguồn ATX khắc phục được tình trạng tắt máy đột ngột do bất cẩn.

 Bộ nguồn ATX cho Pentium IV có thêm 1 cổng cung cấp điện ngoài cỏng chính.

Trang 53

CABLE

Trang 54

CABLE

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	3,78 MB