ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH Kiến trúc máy tính NGHỀ KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành theo Quyết định số 70/QĐ CĐN ngày 11 thá[.]
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH Kiến trúc máy tính NGHỀ : KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành theo Quyết định số: 70/QĐ-CĐN ngày 11 tháng 01 năm 2019 Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang) Tên tác giả :Nguyễn Hồng Chánh Năm ban hành: 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh tiếp thu tốt kiến thức liên quan đến môn học Đây tài liệu tham khảo dành cho học sinh học tập nghiên cứu mơn học Kiến trúc máy tính Mục đích chủ yếu giáo trình giúp cho ngƣời học có hiểu biết lịch sử máy tính, phân loại máy tính, hệ thống số thành phần cấu tạo nên máy tính Tìm hiểu cấu trúc CPU, loại nhớ an toàn liệu lƣu trữ Cấu trúc giáo trình đƣợc chia thành chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Kiến trúc phần mềm xử lý Chƣơng 3: Tổ chức xử lý Chƣơng 4: Bộ nhớ Chƣơng 5: Thiết bị nhập xuất Trong q trình biên soạn khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng tơi mong nhận đƣợc góp ý chân thành bạn đồng nghiệp nhƣ học sinh, sinh viên ngƣời quan tâm nhằm phục vụ cho công tác chỉnh sửa, bổ sung giáo trình sau đƣợc hồn thiện Xin chân thành cảm ơn ! An Giang, ngày 24 tháng năm 2018 Tham gia biên soạn 1.Chủ biên: Nguyễn Hồng Chánh 2.Phản biện: Huỳnh Trung Hữu 3.Phản biện: Trần Minh Khang MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN I CÁC THẾ HỆ MÁY TÍNH II PHÂN LOẠI MÁY TÍNH III THÀNH QUẢ CỦA MÁY TÍNH 10 IV THƠNG TIN VÀ SỰ MÃ HĨA THƠNG TIN 12 Khái niệm thông tin 12 Lƣợng thông tin mã hố thơng tin 13 Hệ thống số 13 CÂU HỎI ÔN TẬP 19 CHƢƠNG 2: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ 20 I THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MỘT MÁY TÍNH 20 II ĐỊNH NGHĨA KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 22 III TẬP LỆNH 23 Gán trị 23 Lệnh có điều kiện 24 Vòng lặp 26 Thâm nhập nhớ ngăn xếp 26 Các thủ tục 27 IV KIẾN TRÚC RISC 28 V TOÁN HẠNG 30 CÂU HỎI ÔN TẬP 31 CHƢƠNG 3: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ 32 I ĐƢỜNG ĐI DỮ LIỆU 32 II BỘ ĐIỀU KHIỂN 34 Bộ điều khiển mạch điện tử 34 Bộ điều khiển vi chƣơng trình 35 III DIỄN TIẾN THI HÀNH LỆNH MÃ MÁY 35 Đọc lệnh 36 Giải mã lệnh đọc ghi nguồn 36 Thi hành lệnh 36 Thâm nhập nhớ nhảy lần cuối 36 Lƣu trữ kết 37 IV NGẮT 37 V KỸ THUẬT ỐNG DẪN 37 Kỹ thuật ống dẫn (Pipeline) 37 Khó khăn kỹ thuật ống dẫn 39 VI SIÊU ỐNG DẪN 41 CÂU HỎI ÔN TẬP 42 CHƢƠNG 4: BỘ NHỚ 43 I CÁC LOẠI BỘ NHỚ 43 II CÁC CẤP BỘ NHỚ 45 III TRUY CẬP DỮ LIỆU TRONG BỘ NHỚ 46 IV BỘ NHỚ CACHE 47 Vận hành cache 47 Hiệu Cache 52 Cache hay cache riêng lẻ 53 Các mức cache 53 CÂU HỎI ÔN TẬP 54 CHƢƠNG 5: THIẾT BỊ NHẬP XUẤT 55 I ĐĨA TỪ 55 II ĐĨA QUANG 57 III CÁC LOẠI THẺ NHỚ 58 IV BĂNG TỪ 59 V CÁC CHUẨN VỀ BUS 59 VI AN TOÀN DỮ LIỆU TRONG LƢU TRỮ 63 CÂU HỎI ÔN TẬP 67 CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơn học: Kiến trúc máy tính Mã mơn học: MH12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: -Vị trí: Mơn học bố trí sau học sinh học xong môn học chung sau môn học Tin học văn phịng -Tính chất: Là mơn học sở bắt buộc -Ý nghĩa vai trị mơ đun: Cung cấp cho học sinh, sinh viên kỹ máy tính; biết cách lựa chọn thành phần linh kiện để lắp ráp thành máy tính cài đặt phần mềm cách hồn chỉnh Mục tiêu mơ đun: -Về Kiến thức: + Giúp học sinh biết lịch sử máy tính, hệ máy tính cách phân loại máy tính + Giúp học sinh hiểu thành phần kiến trúc máy tính, tập lệnh Các kiểu kiến trúc máy tính: mơ tả kiến trúc, kiểu định vị + Giúp học sinh hiểu cấu trúc xử lý trung tâm: tổ chức, chức nguyên lý hoạt động phận bên xử lý Mô tả diễn tiến thi hành lệnh mã máy số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng + Giúp học sinh hiểu chức nguyên lý hoạt động cấp nhớ + Giúp học sinh hiểu phương pháp an toàn liệu thiết bị lưu trữ -Về kỹ năng: + Hiệu chỉnh thơng số để máy tính đạt hiệu suất cao + Thực phương pháp an toàn liệu thiết bị lưu trữ -Về lực tự chủ trách nhiệm: Cẩn thận, thao tác nhanh chuẩn xác, tự giác học tập Nội dung môn học/mô đun TT I II Tên mô đun Chƣơng 1: Tổng quan I Các hệ máy tính II Phân loại máy tính III Thành máy tính IV Thơng tin mã hóa thơng tin Chƣơng 2: Kiến trúc phần mềm xử lý I Thành phần máy Tính II Định nghĩa kiến trúc máy tính III Tập lệnh IV Kiến trúc RISC V Toán hạng Tổng số 16 13 Thời gian (giờ) Tổng Thực số hành 11 1 11 2 1 Kiểm tra III IV V VI Kiểm tra Chƣơng 3: Tổ chức xử lý I Đường liệu II Bộ điều khiển III Diễn tiến thi hành lệnh mã máy IV Ngắt V Kỹ thuật ống dẫn VI Siêu ống dẫn Chƣơng 4: Bộ nhớ I Các loại nhớ II Các cấp nhớ III Truy cập liệu nhớ IV Bộ nhớ Cache Chƣơng 5: Thiết bị nhập xuất I Đĩa từ II Đĩa quang III Các loại thẻ nhớ IV Băng từ V Các chuẩn BUS VI An toàn liệu lưu trữ Kiểm tra Chƣơng 6: Ôn tập Cộng 15 15 12 1 1 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 1 2 11 3 2 1 2 75 25 46 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Giới thiệu: Giới thiệu lịch sử phát triển máy tính, hệ máy tính cách phân loại máy tính Giới thiệu cách biến đổi hệ thống số, bảng mã thông dụng dùng để biểu diễn ký tự Mục tiêu: Sau học xong phần học sinh có khả - Trình bày thành phần máy tính chức năng, nhiệm vụ chúng hệ thống máy tính - Giúp học sinh hiểu lịch sử phát triển máy tính - Hiểu thành phần máy vi tính - Biết thành tựu máy tính - Hiểu khái niệm thơng tin - Hiểu cách biến đổi hệ thống số, bảng mã thông dụng dùng để biểu diễn ký tự Nội dung chính: I CÁC THẾ HỆ MÁY TÍNH Sự phát triển máy tính mô tả dựa tiến công nghệ chế tạo linh kiện máy tính như: xử lý, nhớ, ngoại vi,…Ta nói máy tính điện tử số trải qua bốn hệ liên tiếp Việc chuyển từ hệ trước sang hệ sau đặc trưng thay đổi công nghệ - Thế hệ (1946-1957) Hình I.I.1: Máy tính ENIAC ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) máy tính điện tử số Giáo sư Mauchly người học trò Eckert Đại học Pennsylvania thiết kế vào năm 1943 hoàn thành vào năm 1946 Đây máy tính khổng lồ với thể tích dài 20 mét, cao 2,8 mét rộng vài mét ENIAC bao gồm: 18.000 đèn điện tử, 1.500 công tắc tự động, cân nặng 30 tấn, tiêu thụ 140KW Nó có 20 ghi 10 bit (tính tốn số thập phân) Có khả thực 5.000 phép tốn cộng giây Cơng việc lập trình tay cách đấu nối đầu cắm điện dùng ngắt điện + Giáo sư toán học John Von Neumann đưa a ý tưởng thiết kế máy tính IAS (Princeton Institute for Advanced Studies): chương trình lưu nhớ, điều khiển lấy lệnh biến đổi giá trị liệu phần nhớ, làm toán luận lý (ALU: Arithmetic And Logic Unit) điều khiển để tính tốn liệu nhị phân, điều khiển hoạt động thiết bị vào Đây ý tưởng tảng cho máy tính đại ngày Máy tính cịn gọi máy tính Von Neumann Vào năm đầu thập niên 50, máy tính thương mại đưa thị trường: 48 hệ máy UNIVAC I 19 hệ máy IBM 701 bán - Thế hệ thứ hai (1958-1964) Công ty Bell phát minh transistor vào năm 1947 hệ thứ hai máy tính đặc trưng thay đèn điện tử transistor lưỡng cực Tuy nhiên, đến cuối thập niên 50, máy tính thương mại dùng transistor xuất thị trường Kích thước máy tính giảm, rẻ tiền hơn, tiêu tốn lượng Vào thời điểm này, mạch in nhớ xuyến từ dùng Ngôn ngữ cấp cao xuất (như FORTRAN năm 1956, COBOL năm 1959, ALGOL năm 1960) hệ điều hành kiểu (Batch Processing) dùng Trong hệ điều hành này, chương trình người dùng thứ chạy, xong đến chương trình người dùng thứ hai tiếp tục - Thế hệ thứ ba (1965-1971) + Thế hệ thứ ba đánh dấu xuất mạch kết (mạch tích hợp - IC: Integrated Circuit) Các mạch kết độ tích hợp mật độ thấp (SSI: Small Scale Integration) chứa vài chục linh kiện kết độ tích hợp mật độ trung bình (MSI: Medium Scale Integration) chứa hàng trăm linh kiện mạch tích hợp + Mạch in nhiều lớp xuất hiện, nhớ bán dẫn bắt đầu thay nhớ xuyến từ Máy tính đa chương trình hệ điều hành chia thời gian dùng - Thế hệ thứ tƣ (1972-????) + Thế hệ thứ tư đánh dấu IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large Scale Integration) chứa hàng ngàn linh kiện Các IC mật độ tích hợp cao (VLSI: Very Large Scale Integration) chứa 10 ngàn linh kiện mạch Hiện nay, chip VLSI chứa hàng triệu linh kiện + Với xuất vi xử lý (microprocessor) chứa phần thực phần điều khiển xử lý, phát triển cơng nghệ bán dẫn máy vi tính chế tạo khởi đầu cho hệ máy tính cá nhân + Các nhớ bán dẫn, nhớ cache, nhớ ảo dùng rộng rãi + Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý máy tính khơng ngừng phát triển: kỹ thuật ống dẫn, kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao,… - Khuynh hƣớng + Việc chuyển từ hệ thứ tư sang hệ thứ chưa rõ ràng Người Nhật tiên phong chương trình nghiên cứu đời hệ thứ máy tính, hệ máy tính thơng minh, dựa ngơn ngữ trí tuệ nhân tạo LISP PROLOG, giao diện người - máy thông minh Đến thời điểm này, nghiên cứu cho sản phẩm bước đầu gần (2004) mắt sản phẩm người máy thông minh gần giống với người nhất: ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility: Bước chân tiên tiến đổi chuyển động) Với hàng trăm nghìn máy móc điện tử tối tân đặt thể, ASIMO lên/xuống cầu thang cách uyển chuyển, nhận diện người, cử hành động, giọng nói đáp ứng số mệnh lệnh người Thậm chí, bắt chước cử động, gọi tên người cung cấp thông tin sau bạn hỏi, gần gũi thân thiện Hiện có nhiều cơng ty, viện nghiên cứu Nhật thuê Asimo tiếp khách hướng dẫn khách tham quan như: Viện Bảo tàng Khoa học lượng Đổi quốc gia, hãng IBM Nhật Bản, Công ty điện lực Tokyo Hãng Honda bắt đầu nghiên cứu ASIMO từ năm 1986 dựa vào nguyên lý chuyển động hai chân Cho tới nay, hãng chế tạo 50 robot ASIMO + Các tiến liên tục mật độ tích hợp VLSI cho phép thực mạch vi xử lý ngày mạnh (8 bit, 16 bit, 32 bit 64 bit với việc xuất xử lý RISC năm 1986 xử lý siêu vơ hướng năm 1990) Chính xử lý giúp thực máy tính song song với từ vài xử lý đến vài ngàn xử lý Điều làm chuyên gia kiến trúc máy tính tiên đốn hệ thứ hệ máy tính xử lý song song Hình I.I.2: Các hệ máy tính II PHÂN LOẠI MÁY TÍNH Thơng thường máy tính phân loại theo tính kỹ thuật giá tiền - Các siêu máy tính (Super Computer): máy tính đắt tiền tính kỹ thuật cao Giá bán siêu máy tính từ vài triệu USD Các siêu máy tính thường máy tính vectơ hay máy tính dùng kỹ thuật vơ hướng thiết kế để tính tốn khoa học, mơ tượng Các siêu máy tính thiết kế với kỹ thuật xử lý song song với nhiều xử lý (hàng ngàn đến hàng trăm ngàn xử lý siêu máy tính) - Các máy tính lớn (Mainframe) loại máy tính đa dụng Nó dùng cho ứng dụng quản lý tính tốn khoa học Dùng kỹ thuật xử lý song song có hệ thống vào mạnh Giá máy tính lớn từ vài trăm ngàn USD đến hàng triệu USD - Máy tính mini (Minicomputer) loại máy cở trung, giá máy tính mini từ vài chục USD đến vài trăm ngàn USD - Máy vi tính (Microcomputer) loại máy tính dùng vi xử lý, giá máy vi tính từ vài trăm USD đến vài ngàn USD III THÀNH QUẢ CỦA MÁY TÍNH Qui luật moore phát triển máy tính - Hình I.III.1cho thấy diễn biến thành tối đa máy tính Thành tăng theo hàm số mũ, độ tăng trưởng máy vi tính 35% năm, cịn loại máy khác, độ tăng trưởng 20% năm Điều cho thấy tính máy vi tính vượt qua loại máy tính khác vào đầu thập niên 90 Hình I.III.1: Đánh giá thành máy tính - Máy tính dùng thật nhiều xử lý song song thích hợp phải làm tính thật nhiều - Sự tăng trưởng theo hàm số mũ công nghệ chế tạo transistor MOS nguồn gốc thành máy tính - Hình I.4 cho thấy tăng trưởng tần số xung nhịp xử lý MOS Độ tăng trưởng tần số xung nhịp xử lý tăng gấp đôi sau hệ độ trì hỗn cổng / xung nhịp giảm 25% cho năm - Sự phát triển cơng nghệ máy tính đặc biệt phát triển vi xử lý máy vi tính làm cho máy vi tính có tốc độ vượt qua tốc độ xử lý máy tính lớn 10 Hình I.III.2: Sự phát triển xử lý Intel - Từ năm 1965, Gordon Moore (đồng sáng lập công ty Intel) quan sát nhận thấy số transistor mạch tích hợp tăng gấp đơi sau năm, G Moore đưa dự đoán: Khả máy tính tăng lên gấp đơi sau 18 tháng với giá thành - Kết quy luật Moore là: + Chi phí cho máy tính giảm + Giảm kích thước linh kiện, máy tính giảm kích thước + Hệ thống kết nối bên mạch ngắn: tăng độ tin cậy, tăng tốc độ + Tiết kiệm lượng cung cấp, toả nhiệt thấp + Các IC thay cho linh kiện rời 11 Hình I.III.3: Xung nhịp xử lý MOS - Một số khái niệm liên quan: + Mật độ tích hợp số linh kiện tích hợp diện tích bề mặt silicon cho sẵn, cho biết số nhiệm vụ mạch có thực + Tần số xung nhịp xử lý cho biết tần số thực nhiệm vụ + Tốc độ xử lý máy tính giây (hay cơng suất tính tốn mạch): tính tích mật độ tích hợp tần số xung nhịp Cơng suất tăng theo hàm mũ thời gian IV THƠNG TIN VÀ SỰ MÃ HĨA THƠNG TIN Khái niệm thơng tin Hình I.IV.1: Thơng tin trạng thái có ý nghĩa hiệu điện - Khái niệm thông tin gắn liền với hiểu biết trạng thái cho sẵn nhiều trạng thái có vào thời điểm cho trước 12 - Trong hình này, quy ước có hai trạng thái có ý nghĩa: trạng thái thấp hiệu điện thấp VL trạng thái cao hiệu điện lớn VH Để có thơng tin, ta phải xác định thời điểm ta nhìn trạng thái tín hiệu Thí dụ, thời điểm t1 tín hiệu trạng thái thấp thời điểm t2 tín hiệu trạng thái cao Lƣợng thơng tin mã hố thơng tin - Thông tin đo lường đơn vị thông tin mà ta gọi bit Lượng thông tin định nghĩa cơng thức: I = Log2 (N) Trong đó: I: lượng thơng tin tính bit N: số trạng thái có - Vậy bit ứng với hiểu biết trạng thái hai trạng thái có Thí dụ, hiểu biết trạng thái trạng thái ứng với lượng thông tin là: I = Log2 (8) = bit - Tám trạng thái ghi nhận nhờ số nhị phân (mỗi số nhị phân có giá trị 1) - Như lượng thông tin số số nhị phân cần thiết để biểu diễn số trạng thái có Do vậy, số nhị phân gọi bit Một từ n bit tượng trưng trạng thái tổng số 2n trạng thái mà từ tượng trưng Vậy từ n bit tương ứng với lượng thông tin n bit Hình I.IV.2: Tám trạng thái ứng với số nhị phân Hệ thống số a) Hệ nhị phân (Binary) - Khái niệm: Hệ nhị phân hay hệ đếm số có hai số Đó hệ đếm dựa theo vị trí Giá trị số tuỳ thuộc vào vị trí Các vị trí có trọng số bậc lũy thừa số Chấm số gọi chấm nhị phân hệ đếm số Mỗi số nhị phân gọi bit (Binary digit) Bit bên trái bit có trọng số lớn (MSB, Most Significant Bit) bit bên phải bit có trọng số nhỏ (LSB, Least Significant Bit) đây: Chú ý: dùng dấu ngoặc đơn số để ký hiệu số hệ đếm 13 - Biến đổi từ nhị phân sang thập phân Ví dụ : Biến đổi số nhị phân (11001)2 thành số thập phân: - Biến đổi thập phân thành nhị phân Để thực việc đổi từ thập phân sang nhị phân, ta áp dụng phương pháp chia lặp sau: lấy số thập phân chia cho số để thu thương số số dư Số dư ghi lại để làm thành tố số nhị phân Sau đó, số thương lại chia cho số lần để có thương số thứ số dư thứ Số dư thứ hai số nhị phân thứ hai Quá trình tiếp diễn số thương Ví dụ 1: Biến đổi số thập phân (29)10 thành nhị phân: 29/2 = 14 + 1(LSB) 14/2 = + 7/2 = + 3/2 = + 1/2 = + 1(MSB) Vậy (29)10 = (1101)2 Đối với phần lẻ số thập phân, số lẻ nhân với số số nhớ ghi lại làm số nhị phân Trong trình biến đổi, số nhớ đầu bit MSB số nhớ cuối bit LSB Ví dụ 2: Biến đổi số thập phân (0.625)10 thành nhị phân: 0.625*2 = 1.250 Số nhớ 1, bit MSB 0.250*2 = 0.500 Số nhớ 0.500*2 = 1.000 Số nhớ 1, bit LSB Vậy : (0.625)10 = (0.101)2 b) Hệ thập lục phân (Hexadecima) - Khái niệm: Các hệ máy tính đại thường dùng hệ đếm khác hệ thập lục phân Hệ thập lục phân hệ đếm dựa vào vị trí với số 16 Hệ dùng số từ đến ký tự từ A đến F bảng sau: Thập lục phân Thập phân Nhị phân 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 A 10 1010 B 11 1011 C 12 1100 14 D E F 13 1101 14 1110 15 1111 Bảng I.IV.1: Hệ thập lục phân - Biến đổi thập lục phân thành thập phân Các số thập lục phân biến đổi thành thập phân cách tính tổng số nhân với giá trị vị trí Ví dụ : Biến đổi số (5B)16, (2AF)16 thành thập phân (5B)16 = 5*161 + B*160 = (91)10 (2AF)16 = 2*162 + 2*161 + 2*160 = (687)10 - Biến đổi thập phân thành thập lục phân Để biến đổi số thập phân thành thập lục phân, ta sử dụng phương pháp chia lặp, với số 16 Ví dụ : Biến đổi (1776)10 thành thập lục phân 1776/16 = 111 + (LSB) 111/16 = + 15 F 6/16 = + (MSB) Số thập lục phân: (6F0)16 - Biến đổi thập lục phân thành nhị phân Các số thập lục phân dễ đổi thành nhị phân Thực số thập lục phân cách biểu diễn số nhị phân thuận lợi mà (bảng 2-1) Để đổi số thập lục phân thành nhị phân, cần thay cách đơn giản số thập lục phân bốn bit nhị phân tương đương Ví dụ: Đổi số thập lục (DF6)16 thành nhị phân: - Biến đổi nhị phân thành thập lục phân Để biến đổi số nhị phân thành số thập lục phân tương đương cần gộp lại thành nhóm gồm bit nhị phân, dấu chấm nhị phân Ví dụ: Biến đổi số nhị phân (1111101000010000)2 thành thập lục phân c) Hệ BCD (Binary Code decimal) Giữa hệ thập phân hệ nhị phân tồn hệ lai: hệ BCD cho số hệ thập phân mã hố hệ nhị phân, thích hợp cho thiết bị đo có thêm phần hiển thị số đầu dùng loại đèn số khác Ở dùng bốn số hệ nhị phân (bốn bit) để mã hố số hệ thập phân có giá trị nằm khoảng từ Như ta khơng dùng hết tổ hợp có bit; tầm quan trọng số BCD nên vi xử lý thường có lệnh thao tác với chúng Ví dụ: (35)10 = (00110101)2 d) Biểu diễn giá trị số máy tính 15 - Biểu diễn số nguyên không dấu: Tất số mã máy vi tính biểu diễn chữ số nhị phân Để biểu diễn số nguyên không dấu, người ta dùng n bit Tương ứng với độ dài số bit sử dụng, ta có khoảng giá trị xác định sau: - Biểu diễn số nguyên có dấu: Người ta sử dụng bit cao biểu diễn dấu; bit dấu có giá trị tương ứng với số nguyên dương, bit dấu có giá trị biểu diễn số âm Như khoảng giá trị số biểu diễn tính sau: Số bit Khoảng giá trị: n bit 2n-1-1 bit -128 127 Short integer 16 bit -32768 32767 Integer 32 bit -231 231-1 (-2147483648 2147483647) Long integer - Biểu diễn số thực(số có dấu chấm (phẩy) động) + Có hai cách biểu diễn số thực hệ nhị phân: số có dấu chấm cố định (fied point number) số có dấu chấm động (floating point number) Cách thứ dùng VXL(micro processor) hay vi điều khiển (micro controller) cũ Cách thứ hay dùng có độ xác cao Đối với cách biểu diễn số thực dấu chấm động có khả hiệu chỉnh theo giá trị số thực Cách biểu diễn chung cho hệ đếm sau: R = m.Be Trong m phần định trị, hệ thập phân giá trị tuyệt đối phải nhỏ Số e phần mũ B số hệ đếm + Có hai chuẩn định dạng dấu chấm động quan trọng là: chuẩn MSBIN Microsoft chuẩn IEEE Cả hai chuẩn dùng hệ đếm nhị phân + Thường dùng theo tiêu chuẩn biểu diễn số thực IEEE 7541985(Institute of Electric & Electronic Engineers), chuẩn hãng chấp nhận dùng xử lý toán học Intel Bit dấu nằm vị trí cao nhất; kích thước phần mũ khn dạng phần định trị thay đổi theo loại số thực Giá trị số thực IEEE đƣợc tính nhƣ sau: R = (-1)S*(1+M1*2-1 + +Mn*2-n)*2E E -127 Chú ý: giá trị M0 mặc định + Dùng 32 bit để biểu diễn số thực, số thực ngắn: -3,4.1038 < R < 3,4.1038 31 30 23 22 S E7 - E0 |Định trị (M1 - M23) 16 + Dùng 64 bit để biểu diễn số thực, số thực dài: -1,7.10308 < R < 1,7.10308 63 62 52 51 S E10 - E0 Định trị (M1 - M52) + Ví dụ tính số thực: - Phƣơng pháp đổi số thực sang số dấu phẩy động 32 bit: + Đổi số thập phân thành số nhị phân + Biểu diễn số nhị phân dạng 1, xxxBy (B: số 2) + Bit cao 31: lấy giá trị với số dương, với số âm + Phần mũ y đổi sang mã excess -127 y, xác định cách: y + (7F)16 + Phần xxx phần định trị, đưa vào từ bit 22 Ví dụ: Biểu diễn số thực (9,75)10 dạng dấu phẩy động Ta đổi sang dạng nhị phân: (9,75)10 = (1001.11)2 = 1,00111B3 Bit dấu: bit 31 = Mã excess - 127 là: 7F + = (82)16 = 82H = (10000010)2 Được đưa vào bit tiếp theo: từ bit 30 đến bit 23 Bit 22 mặc định Cuối số thực (9,75)10 biểu diễn dạng dấu phẩy động 32 bit sau: 0100 0001 0001 1100 0000 0000 0000 0000 e) Bảng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - Người ta xây dựng mã để biểu diễn cho ký tự số Và ký hiệu đặc biệt khác Các mã gọi mã ký tự số Bảng mã ASCII mã bit dùng phổ biến hệ máy tính Với mã bit nên có 27 = 128 tổ hợp mã Mỗi ký tự (chữ hoa chữ thường) số thập phân từ ký hiệu đặc biệt khác biểu diễn mã số bảng 2-2 - Việc biến đổi thành ASCII mã ký tự số khác, tốt sử dụng mã tương đương bảng 17 R O W A B C D E F Bits(row) B4 B3 B2 B1 Column bits(B7B6B5) 000 001 010 011 100 101 110 111 0 0 NUL DLE SP @ P \ p 0 SOH DC1 ! A Q a q 0 STX DC2 “ B R b r 0 1 ETX DC3 # C S c s 0 EOT DC4 $ D T d t 1 ENQ NAK % E U e u 1 ACK SYN & F V f v 1 BEL ETB „ G W g w 0 BS CAN ( H X h x 0 HT EM ) I Y i y 1 LF SUB * : J Z j z 1 VT ESC + ; K [ k { 1 0 FF FS < L \ l | 1 CR GS , = M ] m } 1 SO RS > N ^ n ~ 1 1 SI US / ? O _ o DEL Control characters: NUL = Null; DLE = Data link escape; SOH = Start Of Heading; DC1 = Device control 1; DC2 = Device control 2; DC3 = Device control DC4 = Device control 4; STX = Start of text; ETX = End of text; EOT = End of transmission; ENQ = Enquiry; NAK = Negative acknowlege ACK = Acknowlege; SYN = Synidle; BEL = Bell ETB = End od transmission block; BS = Backspace; CAN = Cancel HT = Horizontal tab; EM = End of medium; LF = Line feed; SUB = Substitute VT = Vertical tab; ESC = Escape; FF = From feed; FS = File separator SO = Shift out; RS = Record separator; SI = Shift in; US = Unit separator 18 CÂU HỎI ÔN TẬP 1- Dựa vào tiêu chuẩn người ta phân chia máy tính thành hệ? 2- Đặc trưng máy tính hệ thứ nhất? 3- Đặc trưng máy tính hệ thứ hai? 4- Đặc trưng máy tính hệ thứ ba? 5- Đặc trưng máy tính hệ thứ tư? 6- Khuynh hướng phát triển máy tính điện tử ngày gì? 7- Việc phân loại máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào? 8- Khái niệm thơng tin máy tính hiểu nào? 9- Lượng thơng tin ? 10- Sự hiểu biết trạng thái 4096 trạng thái có ứng với lượng thơng tin bao nhiêu? 11- Điểm chung cách biểu diễn số ngun n bit có dấu gì? 12- Số nhị phân bit (11001100)2 , số tương ứng với số nguyên thập phân có dấu số biểu diễn cách biểu diễn: a Dấu trị tuyệt đối b Số bù c Số bù 13- Đổi số sau đây: a (011011)2 số thập phân b (-2005)10 số nhị phân 16 bits c (55.875)10 số nhị phân 19 ... thường máy tính phân loại theo tính kỹ thuật giá tiền - Các siêu máy tính (Super Computer): máy tính đắt tiền tính kỹ thuật cao Giá bán siêu máy tính từ vài triệu USD Các siêu máy tính thường máy tính. .. -Về Kiến thức: + Giúp học sinh biết lịch sử máy tính, hệ máy tính cách phân loại máy tính + Giúp học sinh hiểu thành phần kiến trúc máy tính, tập lệnh Các kiểu kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, ... thực máy tính song song với từ vài xử lý đến vài ngàn xử lý Điều làm chuyên gia kiến trúc máy tính tiên đốn hệ thứ hệ máy tính xử lý song song Hình I.I.2: Các hệ máy tính II PHÂN LOẠI MÁY TÍNH