(Tiểu luận) đồ án nhóm môn học nền tảng hệ thống máy tính đề tài tìm hiểu về kiến trúc máy tính

ĐẠI HỌC DUY TÂN TRƯỜNG KHOA HỌC MÁY TÍNH KHOA KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THƠNG ĐỒ ÁN NHĨM MƠN HỌC: NỀN TẢNG HỆ THỐNG MÁY TÍNH Tên đề tài: TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH GVHD : NGUYỄN KIM TUẤN LỚP : CR250 SA NHÓM : 09 Thành viên : Trần Lê Huy – MSSV:2201 Thành viên : Cao Ngô Gia Phú – MSSV: 7888 Thành viên : Văn Bá Việt – MSSV: 0748 Thành viên : Trần Thị Tường Vy – MSSV :1486 Đà Nẵng, …/20… MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài 2.Mục tiêu đề tài Chương :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 1.1 Các khái niệm nguyên lý .4 1.1.1 Khái niê fm máy tính 1.1.2 Kiến trúc máy tính ciu trúc máy tính 1.2 Các thành phần máy tính 1.2.1 Bộ nguồn 1.2.2 Bản mạch 1.2.3 Các thiết bị ngoại vi 1.3 Phần mềm máy tính 10 1.4 Lịch sử phát triển máy tính 11 1.5 Kiến trúc máy tính von-neumann 12 1.5.1 Thanh ghi: 13 1.5.2 Bộ điều khiển (CU) Control Unit: .13 1.5.3 Bus: 13 1.5.4 Đơn vị nhớ: 14 1.5.5 Bộ phận xử lý trung tâm (CPU): 14 1.5.6 Input and Output: 14 1.6 Kiến trúc máy tính havard 14 1.7 Định luật moore 15 1.8 Các hệ số đếm tổ chức liệu máy tính 16 1.8.1 Các hệ số đếm 16 1.8.2 Tổ chức liệu máy tính .18 1.8.3 Số có diu số không diu 19 1.8.4 Bảng mã ASCII 19 MỞ ĐẦU Máy tính trở thành phần tách rời sống đại Việc hiểu kiến trúc máy tính khơng đem lại nhìn sâu cách chúng hoạt động mà mở cánh cửa cho hiểu biết phát triển công nghệ tầm ảnh hưởng xã hội.Kiến trúc máy tính đề cập đến cách thành phần cấu thành máy tính tổ chức kết nối với để thực chức tính tốn Bài viết sâu vào khía cạnh quan trọng kiến trúc máy tính, từ cấu trúc CPU nhớ cách thiết bị lưu trữ giao thức kết nối hoạt động 1.Lý chọn đề tài Kiến trúc máy tính đóng vai trị quan trọng sống hàng ngày Nó khơng liên quan đến việc hiểu cách máy tính hoạt động mà cịn mở hội hiểu rõ cơng nghệ đại tương lai Kiến trúc máy tính bao gồm nhiều khía cạnh khác CPU, nhớ, loại ổ đĩa, mạng kết nối, công nghệ song song song hành Điều mang lại phạm vi rộng lớn để nghiên cứu thảo luận.Việc hiểu rõ kiến trúc máy tính mở cánh cửa cho việc nghiên cứu phát triển công nghệ Kiến thức kiến trúc máy tính áp dụng rộng rãi lĩnh vực phát triển phần mềm, an ninh mạng, khoa học liệu nhiều lĩnh vực công nghệ khác.Khám phá kiến trúc máy tính làm cho người học hứng thú tính đa dạng phức tạp Nó giúp hiểu rõ cách mà công nghệ thay đổi ảnh hưởng đến sống 2.Mục tiêu đề tài Hiểu Rõ Hơn Về Hoạt Động Của Máy Tính Nâng Cao Kiến Thức Chuyên Sâu Áp Dụng Kiến Thức Trong Thực Tế Nghiên Cứu Đóng Góp Cho Cơng Nghệ Tiên Tiến Hỗ Trợ Trong Công Việc Ứng Dụng Thực Tiễn Nâng Cao Kỹ Năng Phân Tích Giải Quyết Vấn Đề Mục tiêu cung cấp nhìn tổng quan chi tiết cấu trúc hoạt động máy tính, giúp cho bạn hiểu rõ thành phần quan trọng mối quan hệ chúng Bài viết khám phá ứng dụng thực tế kiến thức kiến trúc máy tính lĩnh vực phát triển phần mềm, an ninh mạng nhiều lĩnh vực công nghệ khác GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 1.1 Các khái niệm nguyên lý Kiến trúc máy tính khoa học viê ]c lựa chọn kết nối thành phần phần cứng để tạo máy tính đạt yêu cầu chức (functionality), hiê ]u (performance) giá thành (cost) Yêu cầu chức địi hỏi máy tính phải có thêm nhiều tính phong phú hữu ích; yêu cầu hiê ]u địi hỏi máy tính phải đạt tốc độ xử lý cao yêu cầu giá thành địi hỏi máy tính phải ngày rẻ Để đạt ba yêu cầu chức năng, hiêu] giá thành khó khăn Tuy nhiên, nhờ có phát triển mạnh mẽ cơng nghê ] vi xử lý, máy tính ngày có tính phong phú, nhanh rẻ so với máy tính ] trước 1.1.1 Khái niê fm máy tính Máy tính (computer) thiết bị điê ]n tử hoạt động điều khiển thị lưu trữ nhớ Nó thực hiê ]n cơng viêc] sau: - Nhận thông tin đầu vào - Xử lý thông tin theo chương trình lưu nhớ - Đưa thơng tin Máy tính hoạt động theo chương trình 1.1.2 Kiến trúc máy tính ciu trúc máy tính - Kiến trúc máy tính (architecture) nghiên cứu thuộc tính ] thống mà người lập trình nhìn thấy được, thuộc tính định trực tiếp đến viê ]c thực thi chương trình tính tốn, xử lý liê ]u - Cấu trúc máy tính (structure) nghiên cứu thành phần chức kết nối chúng để tạo nên máy tính, nhằm thực hiê ]n chức tính tốn kỹ thuật kiến trúc Những thuộc tính liên quan đến kiến trúc bao gồm tập lênh ] mà CPU thực hiê ]n, số bit sử dụng để biểu diễn loại liê ]u khác nhau, chế nhập/xuất liê ]u kỹ thuật đánh địa ô nhớ,…Cấu trúc máy tính lại bao gồm Document continues below Discover more from: nghe thong cong tin CNTT1 Trường Đại Học… 33 documents Go to course Assignment for Database My SQL cong nghe None thuộc tính kỹ thuật mà người lập trình khơng nhận biết thong cáctin tín hiê ]u điều khiển, giao diê ]n máy tính thiết bị ngoại vi, cơng nghê ] xây dựng nhớ… Ví dụ viêc] định máy tính có cần lê ]nh để thực hiê ]n phép nhân hay không vấn đề kiến trúc Còn thể hiê ]n lê ]nh nhân vị vật lý trắc cụ thể Bộđơn câu hỏi (chẳng hạn, đơn vị thuộc phần cứng đặc biê ]t, hay thực hiê phép ]n lặp nhiều nghiệm Adobe… cộng) lại vấn đề cấu trúc Để làm ví dụ minh họa khác 22 biê ]t ta xem cong nghe máy tính Trung tâm nghiên cứu Các máy tính có kiến trúc None thong giống theo quan điểm người lập trình Chúng có số tin ghi (tức thiết bị lưu trữ tạm thời), có tập lê ]nh dạng toán hạng nạp vào nhớ giống Tuy nhiên ] thống khác mặt cấu trúc: số 397 vi xử lý khác nhau, kích thước nhớ chúng khác hẳn Đồ nhau,Án cách thức-dữđồ án hoàn liê ]u truyền từ nhớ đến vi xử lý khơng giống Kiếnchỉnh trúc máymơn tính cs… 61 thường ứng dụng khoảng thời gian dài, hàng chục năm; cấu trúc cong nghe thường thay đổi với phát triển công nghê ] Trên cùngthong kiến tintrúc, None hãng chế tạo máy tính đưa nhiều loại máy tính khác cấu trúc, đặc trưng hiêu] suất, giá thành khác Các sản phẩm IBM ví dụ điển hình Kiến trúc máy tính IBM cịn ứng dụng ngày CS417 CHƯƠNG cờ thương hiê ]u IBM Trong lĩnh vực máy PC, người ta thường không phân cong biê ]t rõ ràng kiến trúc cấu trúc khác biêt] hai1 khái niê m rút ] nghe thong tinmà tạo ngắn đáng kể Sự phát triển công nghê ] không tác động lên cấu trúc None điều kiê ]n phát triển kiến trúc mạnh nhiều tính hơn; tác động qua lại kiến trúc cấu trúc thường xuyên 1.2 Các thành phần máy tính BÁO CÁO THỰC TẬP Để đảm bảo tinh tương thich, câu trúc phâần cứng bên máy vi tinh cá cong nghe None nhân vêầ giống Vì thê có câu trúc chung c máy thong tinvi tinh sau: Một số vấn đề 18 truyền thông và… cong nghe thong tin None 1.2.1 Bộ nguồn 1.2.1.1 Nguồn cip điện cho máy lớn Bộ nguồn có chức chuyển điê ]n xoay chiều AC 110 – 220V thành điê ]n chiều DC để cung cấp cho mạch điê ]n tử bên máy, phận ngoại vi Nguồn điên] điều kiê ]n cho máy tính hoạt động nên nguồn hoạt động ổn định cung cấp đủ công suất quan trọng máy vi tính cá nhân.Tùy theo chủng loại cấu hình, máy vi tính cá nhân cần cơng suất khác Ví dụ: Laptop cơng suất 60 – 80W; để bàn: 200W- 400W Để máy tính làm viê ]c tốt nguồn cần phải ổn định, làm nguội tốt, hiêu] suất cao phải có khả mở rộng Bộ nguồn cung cấp cho mạch thiết bị ngoại vi điê ]n thế: ± 5V; ± 12V; ± 3,3V; 0V Ngày nay, có nhiều nguồn với công nghê ] chất lượng tốt điển hình như: Corsair, Seasonic, Superflower Bộ nguồn chia theo nguyên tắc hoạt động thành loại: Bộ nguồn tuyến tính: Gồm biến để hạ điên] áp, mạch nắn dịng (Dùng Diode cơng suất) nhiều ổn định hiê ]u điê ]n ( Có thể đổi 12V – 5V ) Do nguồn tuyến tính giải phóng nhiều nhiê ]t lượng hao tốn điên] nên ngày gần khơng tồn vi tính cá nhân Bộ ổn áp ngắt: Là nguồn nhẹ hiê ]u suất cao Năng lượng điên] điều tiết theo nguyên tắc đóng – mở 1.2.1.2 Nguồn pin cho máy tính xách tay Thế ]đầu tiên nguồn dành cho máy tính xách tay pin NiCad (Nickel Cadmium) Thế ] sau pin NiMH (Nickel Metal Hybride) Năm 1998, thị trường xuất hiê ]n thêm pin Li – Ion (Lithium Ion) Pin Li – Ion có thời gian làm viê ]c lâu pin NiMH (Khoảng tiếng làm viê ]c liên tục), nhẹ không cần xả hết trước nạp Nhược điểm loại pin tự xả hết điê ]n không sử dụng thời gian dài Chính lý nên tới năm 1999, xuất hiên] loại pin Li – polymer Pin có mật độ điê ]n tích cao nhiều Li- Ion Thay dùng điê ]n môi lỏng, pin dùng điê n] môi dạng gơm hay rắn ghép điên] cực Pin có cấu trúc lớp sử dụng rộng rãi từ năm 2000 ngày 1.2.2 Bản mạch Bản mạch (Main Board) chứa đựng linh kiên] điê ]n tử chi tiết quan trọng máy vi tính cá nhân như: Bộ vi xử lý CPU (Central Processing Unit), ] thống bus vi mạch hỗ trợ Vì vậy, mạch cần phải: nhỏ gọn, ổn định với nhiễu bên an toàn điê ]n 1.2.2.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU- Central Processing Unit) Trung tâm đầu não máy vi tính xử lý trung tâm, có nhiêm ] vụ quản lý điều hành phân phối tài nguyên ] thống tới thiết bị làm viê ]c khác ] thống máy vi tính Trong suốt q trình làm viêc] máy vi tính, thơng qua kênh điều khiển, kênh địa kênh liê ]u, tiến hành tất phép gia công xử lý thơng tin, tín hiê ]u điều khiển thực hiê ]n điều phối xử lý trung tâm Trong trình làm viêc] xử lý trung tâm, vào lê ]nh nhận được, sau phát tín hiê ]u điều khiển đưa đến thiết bị khác để yêu cầu chúng hoạt động, cho chúng biết phải lấy tài nguyên phận nào, địa hướng truyền thông tin cho chúng Khả năng, tốc độ xử lý trung tâm định khả tốc độ máy vi tính 1.2.2.2 Bộ nhớ cố định (ROM- Read Only Memory) ROM chứa thông tin cố định phép đọc từ nó, thơng tin chương trình khởi động máy, chương trình chạy thử máy, chương trình biên dịch ngơn ngữ Nội dung ROM không thay đổi bị điê ]n Thông tin ghi nhớ nhớ ROM thường nạp sẵn từ sản xuất Ngoài để thuận tiê ]n cho người sử dụng, thiết kế, xây dựng ] thống chuyên dùng người ta sử dụng loại EPROM, PROM (các loại nhớ kiểu ghi lại thiết bị đặc biê ]t) 1.2.2.3 Bộ nhớ ghi/đọc (RAM- Random Access Memory) Bộ nhớ ghi/đọc (RAM) truy xuất liêu] cách ngẫu nhiên, ghi vào RAM, đọc liê ]u từ RAM Bất kỳ thời điểm xử lý trung tâm có u cầu trao đổi thơng tin nhớ ghi/đọc (RAM) phải đáp ứng Chúng thường sử dụng để ghi nhớ tạm thời liê ]u suốt q trình hoạt động gia cơng, xử lý thơng tin máy tính Các nhớ ghi/đọc thường có hai loại RAM động (DRAM) RAM tĩnh (SRAM) RAM tĩnh cấu tạo từ vi mạch nhớ, xây dựng TRIGƠ (flipflop) Nếu liên tục trì nguồn cung cấp nội dung RAM tĩnh bảotoàn, thao tác trao đổi thông tin với RAM tĩnh đơn giản hơn, tốc độ truy cập nhanh hơn, dung lượng so với RAM động nhỏ chúng thể tích Nguyên tắc lưu trữ số liê ]u nhớ RAM động giống nguyên tắc lưu trữ lượng (điê ]n áp) tụ điê ]n Mỗi bit nhớ RAM động tương ứng với tụ điê ]n Như theo thời gian lượng lưu trữ RAM động bị suy giảm, dẫn đến hiê ]n tượng liê ]u trình làm viê ]c, để đảm bảo trì liêu] nhớ ] thống máy tính phải liên tục thực hiê ]n thao tác làm tươi nhớ Quá trình làm tươi nhớ RAM động thường thực hiê ]n theo chu kỳ từ đến giây, tức giây vị trí liê ]u nhớ DRAM có mức lơgic máy tính phải tiến hành nạp số liê ]u lại lần 1.2.2.4 Các nhớ - Ngoài ] thống lưu trữ liêu] bên ROM, RAM, ] máy vi tính cịn sử dụng nhớ ngồi để lưu trữ thơng tin với mục đích tăng dung lượng nhớ cho ] thống, lưu trữ thông tin để bảo quản lâu dài, đồng thời để sử dụng thơng tin chuyển sang ] máy vi tính khác, để cập nhật chương trình điều hành, chương trình ứng dụng, Các nhớ ngồi thường sử dụng hiê ]n ] thống đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa quang, USB,… - Về ngun tắc ]máy vi tính quản lý ] thống nhớ ngồi thơng qua cáccổng vào/ra giống thiết bị ngoại vi, chúng địa hoá quản lý chặt chẽ Trong trình làm viê ]c với chúng ] máy vi tính tiến hành kiểm tra để báo cho người sử dụng biết chúng có phối ghép với ] thống làm viê ]c hay không 1.2.3 Các thiết bị ngoại vi 1.2.3.1 Bàn phím (Keyboard) Là thiết bị đưa thông tin vào đơn giản thông dụng máy vi tính, chúng tổ hợp cơng tắc tức thời Tín hiê ]u lối cơng tắc đưa tới giải mã bàn phím, chúng tạo mã tương ứng với chức phím, chúng dãy số mã nhị phân ký tự, ký hiê ]u, chữ số thập phân, v, v, Các mã đưa vào ] máy vi tính để u cầu thực hiê ]n chức theo ý muốn người sử dụng 1.2.3.2 Màn hình (Monitor) Màn hình thiết bị đưa thơng tin Màn hình dùng để hiển thị thông tin mang nội dung số liê ]u, văn đưa vào, thơng báo máy vi tính người sử dụng, sở người sử dụng đánh giá có hoạt động hay khơng thực hiê ]n thao tác tiếp tục theo yêu cầu để máy tính tiếp tục hoạt động, thực hiê ]n dừng ]thống công viê ]c thực hiê ]n xong Ngày thường sử dụng hai loại hình + Hiển thị ống tia điên] tử CRT, + Tinh thể lỏng (hoặc ma trận điơt màu) Sử dụng hình tinh thể lỏng ]thống gọn, nhẹ, tiết kiê m ] lượng an toàn người sử dụng 1.2.3.3 Máy in (Printer) Được sử dụng ] máy tính để in văn bản, biểu đồ, số liêu] giấy để sử dụng mục đích khác Chúng ta sử dụng máy in đen trắng, máy in màu tuỳ theo yêu cầu chất lượng hình ảnh cần in Có nhiều loại máy in khác nhau, người ta thường phân thành hai loại: - Máy in tiếp xúc: Là loại tạo nên ký tự, hình ảnh cách tiếp xúc học kim in lên băng mực đặt mặt giấy in Loại máy tốc độ chậm, thường in đen trắng, độ phân giải thấp, gây tiếng ồn trình làm viê ]c Ngày loại máy in sử dụng - Máy in không tiếp xúc: Loại thực hiên] in ký tự không cần va đập, chúng khơng gây tiếng ồn làm viê ]c, chất lượng in tốt, độ phân giải cao, tốc độ làm viêc] cao in hình ảnh màu Thơng dụng loại in không tiếp xúc máy in laze, máy in phun 1.2.3.4 Modem thiết bị ngoại vi khác Ngồi thiết bị nêu người ta cịn sử dụng thêm thiết bị khác Ví dụ như: chuột máy tính, modem phối ghép Chuột máy tính thường kết nối thông qua cổng COM, USB giúp cho viê ]c điều hành máy vi tính thuận tiê ]n, nhanh chóng Chuột máy tính có hai loại: Chuột khơng dây chuột có dây, chuột có dây lại có chuột chuột quang Cịn chuột khơng dây thường chuột quang Chuột máy tính thiết bị chuột nối trực tiếp nối không dây thông qua cổng thông tin hồng ngoại Modem phối ghép: Đó mạch điên] tử dùng để phối ghép thiết bị ngoại vi khác như: thiết bị xử lý âm thanh, xử lý hình ảnh, thiết bị ghép nối mạng máy tính với mạng internet, mạng thơng tin, 10 1.3 Phần mềm máy tính Phần mềm máy tính (Chương trình phần mềm): Là tổ hợp lê ]nh kiến trúc tập lê ]nh Đó tồn chương trình điều hành máy tính chương trình ứng dụng thực hiê ]n thuật tốn q trình gia cơng xử lý thơng tin Các chương trình điều hành chương trình ứng dụng nhập từ bàn phím, đĩa cứng, đĩa mềm thiết bị khác Chương trình lưu trữ dạng tập hợp bít nhị phân 1, chương trình ghi nhớ dạng mã máy Phần mềm linh hồn máy tính Phần mềm máy tính có phần mềm ] thống phần mềm ứng dụng Phần mềm ] thống (thường gọi ] điều hành): Bao gồm ] thống chương trình phần mềm, thực hiê ]n chức điều hành ] thống, giúp cho máy tính quản lý, vận hành ] thống, kể viê ]c khởi động sửa chữa chương trình Chương trình ứng dụng: Được xây dựng đáp ứng cho người sử dụng khai thác vận hành máy tính theo mục đích khác Ngồi viêc] tạo phần mềm có ích người cịn tạo phần mềm có hại cho máy tính Những phần mềm gọi Virus Một số ví dụ phàn mềm: -Hệ điều hành: Windows, macOS, Linux, Android, iOS -Trình duyệt web: Google Chrome, Mozilla Firefox, Microsoft Edge, Safari -Ứng dụng văn phòng: Microsoft Office (bao gồm Word, Excel, PowerPoint), Google Workspace, LibreOffice -Phần mềm diệt virus: Avast, Norton, McAfee, Kaspersky -Phần mềm đồ họa: Adobe Photoshop, Illustrator, CorelDRAW 1.4 Lịch sử phát triển máy tính Nguồn gốc sơ khai viê ]c tính tốn sử dụng cơng cụ bàn tính gẩy tay, phát minh khoảng 3000 năm trước Cơng ngun thành phố Babilon, sau hàng loạt công cụ tính tốn khác đời Nhưng phải đến kỷ 17 máy tính học thực hiê ]n phép tính cộng, trừ chế tạo thành công phát minh nhà bác học Pascal người Pháp Năm 1930 Mỹ máy tính điê ]n tử số bác học Bush đề cập xây dựng, đến năm 1944 Mỹ hãng IBM giáo sư Aiken đạo bắt đầu sản xuất máy tính hồn thiê ]n Kể từ máy tính phát triển mạnh mẽ chia thành sau: ] 11 + Máy tính ] (1950 – 1959): Là ] dùng bóng điên] tử chân khơng Năm 1946 máy tính điê ]n tử số ENIAC xây dựng có chứa khoảng 18.000 bóng đèn điê ]n tử, 1500 rơle, với hàng triê ]u linh kiên] thụ động khác Máy tính nặng khoảng 30 tấn, chiếm diê ]n tích 200m2, tồ nhà với khơng gian rộng lớn với ]thống làm mát tiêu thụ nhiều lượng, hiê ]u suất khả làm viê ]c thấp + Máy tính ] (1959 – 1963): Thế ] chế tạo linh biê ]n bán dẫn rời ( Diode, Transistor ) Máy tính ] TX – ( Transistorized Experimental Computer ) + Máy tính ] (1964-1974): Máy tính xây dựng vi mạch cỡ nhỏ (SSI) cỡ vừa (MSI), điển hình ] máy System360 IBM Thế ] máy tính có bước đột phá là: Tính tương thích cao, đặc tính đa chương trình, khơng gian địa lớn + Máy tính ] (1974 – 2000): Máy tính xây dựng vi mạch cỡ lớn ( LSI ) cực lớn ( VLSI ) + Máy tính ] (2000 đến nay): Ứng dụng máy tính thơng minh trí tuê ] nhân tạo với công nghê ] Nơron Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghê vi ] điê ]n tử công nghê ] bán dẫn cấu trúc máy tính ngày thu gọn, tốc độ làm viêc] khả thao tác để giải toán lớn tăng lên Kể từ nửa sau kỷ 20 máy tính điê ]n tử phát triển qua nhiều thời kỳ nhiều giai đoạn khác với tốc độ nhanh chóng, cấu hình ngày hồn thiê ]n nâng cấp liên tục, kết cấu ngày thu gọn đặc biê ]t giá thành ngày giảm mạnh Đây mạnh máy vi tính làm cho ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội, 1.5 Kiến trúc máy tính von-neumann Kiến trúc máy tính von-Neumann John von-Neumann đưa vào năm 1945 Kiến trúc máy tính von-Neumann nguyên thuỷ Hình 12 Kiến trúc máy tính von-Neumann ngun thủy Các máy tính hiê ]n đại ngày sử dụng kiến trúc máy tính von-Neumann cải tiến cịn gọi kiến trúc máy tính von-Neumann hiê ]n đại Kiến trúc máy tính von-Neumann hiê fn đại Kiến trúc von-Neumann dựa nguyên lý sau: - Lê ]nh liê ]u lưu trữ nhớ đọc ghi chia sẻ - nhớ sử dụng để lưu trữ lê ]nh liê ]u, - Bộ nhớ đánh địa theo vùng, khơng phụ thuộc vào nội dung lưu trữ - Các lê ]nh chương trình thực hiê n] Quá trình thực hiê ]n lênh ] chia thành giai đoạn (stages) chính: 13 - CPU đọc (fetch) lênh ] từ nhớ - CPU giải mã thực hiê ]n lê ]nh; lê n] h yêu cầu liê ]u, CPU đọc liêu] từ nhớ - CPU ghi kết thực hiê ]n lê ]nh vào nhớ (nếu có) 1.5.1 Thanh ghi: Các ghi vùng lưu trữ tốc độ cao CPU Tất liệu phải lưu trữ sổ đăng ký trước xử lý Đơn vị số học logic (ALU) Arithmetic and Logic Unit ALU cho phép thực phép toán số học (cộng, trừ, v.v.) logic (AND, OR, NOT, v.v.) 1.5.2 Bộ điều khiển (CU) Control Unit: Bộ điều khiển điều khiển hoạt động Arithmetic and Logic Unit (ALU), nhớ thiết bị đầu vào/đầu máy tính , cho chúng biết cách phản hồi hướng dẫn chương trình mà vừa đọc diễn giải từ nhớ Bộ điều khiển cung cấp tín hiệu định thời điều khiển theo yêu cầu thành phần máy tính khác 1.5.3 Bus: Bus phương tiện để truyền liệu từ phận sang phận khác máy tính, kết nối tất thành phần bên với CPU nhớ Một bus hệ thống CPU tiêu chuẩn bao gồm bus điều khiển , bus liệu bus địa 14 1.5.4 Đơn vị nhớ: Đơn vị nhớ bao gồm RAM , gọi nhớ nhớ Khơng giống ổ cứng (bộ nhớ phụ), nhớ nhanh CPU truy cập trực tiếp.RAM chia thành phân vùng Mỗi phân vùng bao gồm địa nội dung (cả hai dạng nhị phân ) Địa xác định vị trí nhớ Tải liệu từ nhớ vĩnh viễn (ổ cứng) vào nhớ tạm thời (RAM) nhanh truy cập trực tiếp, cho phép CPU hoạt động nhanh nhiều 1.5.5 Bộ phận xử lý trung tâm (CPU): Bộ xử lý trung tâm ( CPU ) mạch điện tử chịu trách nhiệm thực hướng dẫn chương trình máy tính.Nó đơi gọi vi xử lý xử lý CPU chứa ALU, CU nhiều ghi khác 1.5.6 Input and Output: Dùng để đưa liệu vào nhớ máy tính lấy liệu từ nhớ máy tính Các thiết bị thường sử dụng giao diện ghi giống ghi MAR MDR nhớ • LC-2 hỗ trợ keyboard (input) bảng điện tử (output) • keyboard: ghi liệu KBDR( data register) & ghi trạng thái KBSR (status register) • console: data register (CRTDR) & status register (CRTSR) Một vài thiết bị vừa input , vừa output disk, network Chương trình truy cập thiết bị thường sử dụng thơng qua trình điều khiển thiết bị (driver 1.6 Kiến trúc máy tính havard Kiến trúc máy tính Harvard kiến trúc Kiến trúc máy tính Harvard có nhớ gồm hai thành phần: Bộ nhớ lưu chương trình (Program Memory) Bộ nhớ lưu liê ]u (Data Memory) Hai ] thống bus riêng sử dụng để kết nối CPU với nhớ lưu chương trình nhớ lưu liê ]u Mỗi ] thống bus có đầy đủ ba thành phần để truyền dẫn tín hiê u] địa chỉ, liê ]u điều khiển Máy tính dựa kiến trúc Harvard có khả đạt tốc độ xử lý cao máy tính dựa kiến 15 trúc von-Neumann kiến trúc Harvard hỗ trợ hai ] thống bus độc lập với băng thơng lớn Ngồi ra, nhờ có hai ] thống bus độc lập, ] thống nhớ kiến trúc Harvard hỗ trợ nhiều lê ]nh truy nhập nhớ thời điểm, giúp giảm xung đột truy nhập nhớ, đặc biê ]t CPU sử dụng kỹ thuật đường ống (pipeline) Kiến trúc máy tính Havard Kiến trúc máy tính Harvard chia nhớ thành hai phần riêng rẽ: • Bộ nhớ lưu chương trình nhớ lưu liệu • Hai hệ thống bus riêng sử dụng để kết nối CPU với nhớ lưu chương trình nhớ lưu liệu • Mỗi hệ thơng bus có đủ bạ thành phân đề truyền dẫn tín hiệu địa chỉ, liệu điều khiến • Xu y cao chơn rên tiến đựa kg c trúc von-Ng ưnt lm c tốc độ trúc Harvard hỗ trợ hai hệ thống bus độc lập với băng thông lớn • Nhờ có hại hệ thống bus độc lập, hệ thống nhớ kiến trúc Harvard hỗ trợ nhiều lệnh truy nhập nhớ thời điểm, giúp giám xung đột truy nhập nhớ 1.7 Định luật moore Định luật Moore xây dựng Gordon Moore - sáng lập viên tập đoàn sản xuất chip máy tính tiếng Intel Từ năm 1965, G Moore đưa dự đoán: Khả máy tính tăng lên gấp đơi sau 18 tháng với giá thành 16 Sự phát triển xử lý Intel theo qui luật Moore Một số kết luận rút từ quy luật Moore: - Chi phí cho máy tính giảm - Giảm kích thước linh kiê ]n, máy tính giảm kích thước - Hê ] thống kết nối bên mạch ngắn: tăng độ tin cậy, tăng tốc độ - Tiết kiê ]m lượng cung cấp, toả nhiê ]t thấp - Các IC thay cho linh kiên] rời 1.8 Các hệ số đếm tổ chức liệu máy tính 1.8.1 Các hệ số đếm Trong đời sống hàng ngày, hệ đếm thập phân (Decimal Numbering System) hệ đếm thông dụng Tuy nhiên, hầu hết hệ thống tính tốn hệ đếm nhị phân (Binary Numbering System) lại đƣợc sử dụng để biểu diễn liệu Trong hệ đếm nhị phân, chữ số sử dụng: biểu diễn giá trị Sai (False) biểu diễn giá trị Đúng (True) Ngoài ra, hệ đếm thập lục phân (Hexadecimal Numbering System) đƣợc sử dụng Hệ thập lục phân sử dụng 16 chữ số: 0-9, A, B, C, D, E, F 1.8.1.1 Hệ đếm thập phân Hệ đếm thập phân hệ đếm số 10, sử dụng 10 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Mỗi số hệ 10 đƣợc biểu diễn thành đa thức: Ví dụ: 123 = 1*102 + * 101 + 3*100 = 100 + 20 + 123,456 = 1*102 + * 101 + 3*100 + 4*10-1 + 5*10-2 + 6*10-3 17 = 100 + 20 + + 0.4 + 0.05 + 0.006 1.8.1.2 Hệ đếm nhị phân Hệ đếm nhị phân hệ đếm số 2, sử dụng chữ số: Mỗi số hệ đƣợc biểu diễn thành đa thức: (anan-1 a1)2 = an*2n-1an-1*2n-2* *a1*20 Ví dụ: (11001010)2 = 1*27 + 1*26 + 0*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20 = 128 + 64 + + = (202)10 Việc chuyển đổi số hệ thập phân sang số hệ nhị phân đƣợc thực theo thuật toán đơn giản nhƣ minh hoạ Hình Hình Chuyển đổi số hệ thập phân sang số hệ nhị phân 1.8.1.3 Hệ đếm thập lục phân Hệ đếm thập lục phân hệ đếm số 16, sử dụng 16 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Mỗi số hệ 16 biểu diễn chữ số hệ nhị phân nhƣ minh hoạ Hình Ưu điểm hệ thập lục phân số thập lục phân chuyển đổi sang số hệ nhị phân ngược lại cách dễ dàng cần chữ số hệ nhị phân để biểu diễn đơn vị liệu Hình Giá trị số thập lục phân theo hệ thập phân nhị phân 18 1.8.2 Tổ chức liệu máy tính Dữ liệu máy tính biểu diễn theo đơn vị (unit) Các đơn vị biểu diễn liệu sở gồm: bit, nibble, byte, word double-word Bit đơn vị liệu nhỏ nhất: bit lƣu đƣợc tối đa giá trị: 1, hay sai Nibble đơn vị bit Mỗi nibble nhóm bit Một nibble lƣu tối đa 16 giá trị, từ (0000)2 đến (1111)2, chữ số thập lục phân Byte đơn vị liệu nibble Một byte nhóm bits nibbles Một byte lƣu đến 256 giá trị, từ (0000 0000)2 đến (1111 1111)2, từ (00)16 đến (FF)16 Hình minh hoạ đơn vị biểu diễn liệu Byte Hình Đơn vị biểu diễn liệu Byte Word (từ) đơn vị liệu byte Một word nhóm 16 bits, bytes Một word lƣu đến 2^16 (65536) giá trị, từ (0000)16 đến (FFFF)16 Hình 10 minh hoạ đơn vị biểu diễn liệu word Hình Đơn vị biểu diễn liệu Word Double words (từ kép) đơn vị biểu diễn liệu sở lớn Một double word nhóm 32 bits, bytes, words Một double word lƣu đến 232 giá trị, từ (0000 0000)16 đến (FFFF FFFF)16 Hình 11 minh hoạ đơn vị biểu diễn liệu double word 19 Hình Đơn vị biểu diễn liệu Double word 1.8.3 Số có diu số khơng diu Trong hệ thống tính tốn, với số bit biểu diễn giá trị khác số đƣợc biểu diễn có dấu khơng dấu Để biểu diễn số có dấu, ng ƣời ta sử dụng bit cao (bên trái nhất) để biểu diễn dấu số - gọi bit dấu, chẳng hạn bít dấu có giá trị số dƣơng bít dấu có giá trị số âm Với số không dấu, tất bit đƣợc sử dụng để biểu diễn giá trị số Nhờ vậy, miền giá trị biểu diễn số gồm n bít sau: + Số có dấu: miền biểu diễn từ từ -2^n-1 đến + 2^n-1 - bits: từ -128 đến +128 - 16 bits: từ -32768 đến +32768 - 32 bits: từ -2.147.483.648 đến +2.147.483.648 + Số không dấu: từ đến 2^n - bits: từ đến 256 - 16 bits: từ đến 65536 - 32 bits: từ đến 4.294.967.296 1.8.4 Bảng mã ASCII Bảng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) bảng mã ký tự chuẩn tiếng Anh dùng cho trao đổi liệu hệ thống tính tốn Bảng mã ASCII sử dụng bít để biểu diễn ký tự, cho phép định nghĩa tổng số 256 ký tự, đánh số từ đến 255 32 ký tự ký tự số 127 ký tự điều khiển (không in được) Các ký tự từ số 32 đến 126 ký tự in (gồm dấu trắng) Các vị trí cịn lại bảng (128-255) để dành cho sử dụng tương lai Hình 12 Hình 13 minh hoạ ký tự điều khiển ký tự in bảng mã ASCII 20 Hình 12 Bảng mã ASCII - Một số ký tự điều khiển Hình 13 Bảng mã ASCII - Các ký tự in 21