Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Tổng quan hệ thống máy tính - Nguyễn Kim Khánh

NKK-HUT Kiến trúc máy tính Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY TÍNH Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội May 2012 IT3030 NKK-HUT Nội dung học phần          May 2012 Chương Giới thiệu chung Chương Cơ logic số Chương Hệ thống máy tính Chương Kiến trúc tập lệnh Chương Số học máy tính Chương Bộ xử lý Chương Bộ nhớ Chương Vào-ra Chương Kiến trúc máy tính tiên tiến IT3030 NKK-HUT Nội dung chương 3.1 Các thành phần máy tính 3.2 Hoạt động máy tính 3.3 Bus liên kết hệ thống May 2012 IT3030 NKK-HUT 3.1 Các thành phần máy tính  Bộ xử lý trung tâm (CPU)  Bộ nhớ (Memory)  Vào (Input/Output )  Bus liên kết hệ thống (System Interconnection Bus) May 2012 IT3030 NKK-HUT Bộ xử lý trung tâm (CPU)   Chức năng:  điều khiển hoạt động máy tính  xử lý liệu Nguyên tắc hoạt động bản: CPU hoạt động theo chương trình nằm nhớ May 2012 IT3030 NKK-HUT Cu trỳc c bn ca CPU Đơn vị điều khiển (CU) Đơn vị số học logic (ALU) Tập ghi (RF) bus bên Đơn vị nối ghép bus (BIU) bus bên May 2012 IT3030 NKK-HUT Các thành phần CPU     May 2012 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) IT3030 NKK-HUT Bộ nhớ máy tính   Chức năng: lưu trữ chương trình liệu Các thao tác với nhớ:    Các thành phần chính:   May 2012 Thao tác ghi (Write) Thao tác đọc (Read) Bộ nhớ (Internal Memory) Bộ nhớ (External Memory) IT3030 NKK-HUT Các thành phần nhớ máy tính CPU May 2012 Bộ nhớ IT3030 Bộ nhớ NKK-HUT Bộ nhớ  Chức đặc điểm:      Các loại nhớ trong:   May 2012 Chứa thông tin mà CPU trao đổi trực tiếp Tốc độ nhanh Dung lượng không lớn Sử dụng nhớ bán dẫn: ROM RAM Bộ nhớ Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm) IT3030 10 NKK-HUT Kết nối CPU (tiếp)      May 2012 Phát địa đến mô-đun nhớ hay mô-đun vào-ra Đọc lệnh liệu Đưa liệu (sau xử lý) Phát tín hiệu điều khiển đến mơ-đun nhớ mơ-đun vào-ra Nhận tín hiệu ngắt IT3030 35 NKK-HUT Cấu trúc bus   Bus: tập hợp đường kết nối dùng để vận chuyển thơng tin mơ-đun máy tính với Các bus chức năng:     May 2012 Bus địa Bus liệu Bus điều khiển Độ rộng bus: số đường dây bus truyền bit thơng tin đồng thời (chỉ dùng cho bus địa bus liệu) IT3030 36 NKK-HUT Sơ đồ cấu trúc bus CPU Mô-đun nhớ Mô-đun nhớ Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra bus địa bus liệu bus điều khiển May 2012 IT3030 37 NKK-HUT Bus địa   Chức năng: vận chuyển địa để xác định ngăn nhớ hay cổng vào-ra Độ rộng bus địa chỉ: cho biết số lượng ngăn nhớ tối đa đánh địa N bit: AN-1, AN-2, A2, A1, A0  đánh địa tối đa cho 2N ngăn nhớ (không gian địa nhớ)   Ví dụ: Bộ xử lý Pentium có bus địa 32 bit  có khả đánh địa cho 232 bytes nhớ (4GBytes) (ngăn nhớ tổ chức theo byte)  May 2012 IT3030 38 NKK-HUT Bus liệu  Chức năng:    Độ rộng bus liệu: Xác định số bit liệu trao đổi đồng thời    May 2012 vận chuyển lệnh từ nhớ đến CPU vận chuyển liệu CPU, mô đun nhớ, mô đun vào-ra với M bit: DM-1, DM-2, D2, D1, D0 M thường 8, 16, 32, 64,128 bit Ví dụ: Các xử lý Pentium có bus liệu 64 bit IT3030 39 NKK-HUT Bus điều khiển   May 2012 Chức năng: vận chuyển 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 IT3030 40 NKK-HUT Một số tín hiệu điều khiển điển hình  Các tín hiệu (phát từ CPU) điều khiển đọc-ghi:     May 2012 Memory Read (MEMR): điều khiển đọc liệu từ ngăn nhớ có địa xác định lên bus liệu Memory Write (MEMW): điều khiển ghi liệu có sẵn bus liệu đến ngăn nhớ có địa xác định I/O Read (IOR): điều khiển đọc liệu từ cổng vào-ra có địa xác định lên bus liệu I/O Write (IOW): điều khiển ghi liệu có sẵn bus liệu cổng có địa xác định IT3030 41 NKK-HUT Một số tín hiệu điều khiển điển hình (tiếp)  Các tín hiệu điều khiển ngắt:     May 2012 Interrupt Request (INTR): Tín hiệu từ điều khiển vào-ra gửi đến yêu cầu ngắt CPU để trao đổi vàora Tín hiệu INTR bị che Interrupt Acknowledge (INTA): Tín hiệu phát từ CPU báo cho điều khiển vào-ra biết CPU chấp nhận ngắt để trao đổi vào-ra Non Maskable Interrupt (NMI): tín hiệu ngắt khơng che gửi đến ngắt CPU Reset: Tín hiệu từ bên ngồi gửi đến CPU thành phần khác để khởi động lại máy tính IT3030 42 NKK-HUT Một số tín hiệu điều khiển điển hình (tiếp)  Các tín hiệu điều khiển bus:    May 2012 Bus Request (BRQ) Hold: Tín hiệu từ mơ-đun điều khiển vào-ra gửi đến yêu cầu CPU chuyển nhượng quyền sử dụng bus Bus Grant (BGT) Hold Acknowledge (HLDA): Tín hiệu phát từ CPU chấp nhận chuyển nhượng quyền sử dụng bus Lock/ Unlock: Tín hiệu cấm/cho-phép xin chuyển nhượng bus IT3030 43 NKK-HUT Đặc điểm cấu trúc đơn bus     May 2012 Bus hệ thống phục vụ yêu cầu trao đổi liệu thời điểm Bus hệ thống phải có tốc độ tốc độ bus mơ-đun nhanh hệ thống Bus hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc bus (các tín hiệu) xử lý  mô-đun nhớ mô-đun vào-ra phụ thuộc vào xử lý Khắc phục: phân cấp bus  cấu trúc đa bus IT3030 44 NKK-HUT Phân cấp bus máy tính  Tổ chức thành nhiều bus hệ thống máy tính    May 2012 Cho thành phần khác nhau:  Bus xử lý  Bus nhớ  Các bus vào-ra Các bus khác tốc độ Bus nhớ bus vào-ra không phụ thuộc vào xử lý cụ thể IT3030 45 NKK-HUT Một số bus điển hình PC      May 2012 Bus xử lý (Front Side Bus - FSB): có tốc độ nhanh Bus nhớ (nối ghép với mô-đun RAM) PCI bus(Peripheral Component Interconnect): nối ghép với thiết bị ngoại vi có tốc độ trao đổi liệu nhanh IDE (Integrated Device Electronics): Bus kết nối với ổ đĩa cứng ổ đĩa CD, DVD USB (Universal Serial Bus): Bus nối tiếp đa IT3030 46 NKK-HUT Chipset May 2012 IT3030 47 NKK-HUT Ví dụ bo mạch May 2012 IT3030 48 NKK-HUT Hết chương 3 May 2012 IT3030 49