báo cáo kiến trúc máy tính đề tài thiết kế hệ thống máy tính 8 bit

Địa chỉ bộ nhớ và do đó địa chỉ bus cho CPU 8 bit thường lớn hơn 8 bit, thường là 16 bit, trong khi về lý thuyết chúng có thể là 8 bit và trong một số trường hợp, địa chỉ 8 bit cũng đượ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

**************

BÁO CÁOKIẾN TRÚC MÁY TÍNHĐề tài: Thiết kế hệ thống máy tính 8 bit

GVHD: TS Hoàng Anh Dũng

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Vũ Quang – 19A12010007 Lưu Khắc Duy – 19A12010208

Lê Anh Quân – 19A12010070

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Họ và tên người hướng dẫn: TS Hoàng Anh DũngNhóm thực hiện: Nhóm 13

Lớp: K22A Khóa: 2019 – 2023 Hệ: ĐHCQ Ngành học: CN Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông

1 Tên đề tài : Thiết kế hệ thống máy tính 8 bit2 Nhận xét

a Tinh thần, thái độ làm việc và khả năng sáng tạo:

b Về nội dung báo cáo:

3 Đánh giá :

Hà Nội, ngày tháng năm

(Ký và ghi rõ họ, tên)

GIỚI THIỆUYêu cầu

 Lập cấu trúc cho hệ máy tính 8 bit Mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng Viết báo cáo

Nội dung báo cáo

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY TÍNH 8 BITPHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ MÁY TÍNH 8 BIT

Giới thiệu về CPU, RAM, I/O Sơ đồ nguyên lí: phần cứng, phần mềm (thuật toán sử dụng ) Sơ đồ trên phần mềm mô phỏng

PHẦN 3: MÔ PHỎNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN Mô phỏng trên phần mềm

Kết quả thực hiện Kết luận về hệ máy tính đã thiết kế trên phần mềm

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY TÍNH 8 BIT

Trong kiến trúc máy tính , số nguyên 8 bit hoặc các đơn vị dữ liệu khác là những số nguyên có chiều rộng 8 bit (1 octet ) Ngoài ra, kiến trúc CPU và ALU 8-bit là những kiến trúc dựa trên thanh ghi hoặc bus dữ liệu có kích thước đó Địa chỉ bộ nhớ (và do đó địa chỉ bus ) cho CPU 8 bit thường lớn hơn 8 bit, thường là 16 bit, trong khi về lý thuyết chúng có thể là 8 bit và trong một số trường hợp, địa chỉ 8 bit cũng được sử dụng với 16- địa chỉ bit chủ yếu được sử dụng '8-bit' cũng là một thế hệ máy tính siêu nhỏ trong đó 8-bitbộ vi xử lý là tiêu chuẩn

Thuật ngữ '8 bit' cũng được áp dụng cho các bộ ký tự có thể được sử dụng trên máy tính có byte 8 bit, được biết đến nhiều nhất là các dạng ASCII mở rộng khác nhau , bao gồm chuỗi ISO / IEC 8859 của các bộ ký tự quốc gia - đặc biệt là tiếng Latinh 1 cho các ngôn ngữ tiếng Anh và Tây Âu

Các IBM System / 360 giới thiệu bộ nhớ byte-địa chỉ với byte 8-bit, như trái ngược với bộ nhớ bit địa chỉ hoặc số thập phân chữ số-địa chỉ hoặc word-địa chỉ, mặc dù nó ghi mục đích chung là 32 bit rộng, và địa chỉ được chứa trong 24 bit thấp hơn của các địa chỉ đó Các mô hình khác nhau của Hệ thống / 360 có độ rộng đường dẫn dữ liệu nội bộ khác nhau; các IBM System / 360 mẫu 30 (1965) thực hiện 32-bit hệ thống 360 kiến trúc /, nhưng đã có một 8-bit chiều rộng con đường, và biểu diễn 32-bit số học 8 bit tại một thời điểm [1]

Bộ vi xử lý 8-bit đầu tiên được sử dụng rộng rãi là Intel 8080 , được sử dụng trong nhiều máy tính của những người yêu thích vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, thường chạy hệ điều hành CP / M ; nó có các từ dữ liệu 8 bit và địa chỉ 16 bit Các Zilog Z80 (tương thích với 8080) và Motorola 6800 cũng được sử dụng trong các máy tính tương tự Z80 và MOS Technology 6502 CPU 8-bit đã được sử dụng rộng rãi trong máy tính gia đình và máy chơi game thế hệ thứ hai và thứ ba trong những năm 1970 và 1980 Nhiều CPU hoặc vi điều khiển 8-bit là cơ sở của sự phổ biến ngày nayhệ thống nhúng

Một thanh ghi 8 bit có thể lưu trữ 2 8 giá trị khác nhau Các phạm vi của số nguyên giá trị có thể được lưu trữ trong 8 bit phụ thuộc vào trình bày nguyên sử dụng Với hai cách biểu diễn phổ biến nhất, phạm vi từ 0 đến 255 (2 8 - 1) để biểu diễn dưới dạng số nhị phân ( không dấu ) và −128 (−1 × 2 7 ) đến 127 (2 7 - 1) để biểu diễn dưới dạng bổ sung của hai CPU 8 bit sử dụng bus dữ liệu 8 bit và do đó có thể truy cập 8 bit dữ liệutrong một lệnh máy duy nhất Bus địa chỉ thường rộng một octet kép ( 16 bit ), do các cân nhắc thực tế và kinh tế Điều này ngụ ý một không gian địa chỉ trực tiếp là 64 KB (65,536 byte) trên hầu hết các bộ xử lý 8 bit.

PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ MÁY TÍNH 8 BIT I CPU

1 CPU là gì?

CPU viết tắt của chữ Central Processing Unit, tạm dịch là bộ xử lý

trung tâm, là các mạch điện tử trong một máy tính, thực hiện các câu lệnh của chương trình máy tính bằng cách thực hiện các phép tính số học, logic, so sánh và các hoạt động nhập/xuất dữ liệu cơ bản do mã lệnh chỉ ra

2 Cấu tạo của CPU- Khối điều khiển (CU - Control Unit)

Là thành phần của CPU có nhiệm vụ thông dịch các lệnh của chương trình và điều khiển hoạt động xử lý, được điều tiết chính xác bởi xung nhịp đồng hồ hệ thống Phần này là phần cốt lõi của một bộ xử lý được cấu tạo từ các mạch logic so sánh với các linh kiện bán dẫn như transistor tạo thành

- Khối tính toán ALU (Arithmetic Logic Unit)

Chức năng thực hiện các phép toán số học và logic sau đó trả lại kết quả cho các thanh ghi hoặc bộ nhớ

- Các thanh ghi (Registers)

Là các bộ nhớ có dung lượng nhỏ nhưng tốc độ truy cập rất cao, nằm ngay trong CPU, dùng để lưu trữ tạm thời các toán hạng, kết quả tính toán, địa chỉ các ô nhớ hoặc thông tin điều khiển Mỗi thanh ghi có một chức năng cụ thể Thanh ghi quan trọng nhất là bộ đếm chương trình (PC - Program Counter) chỉ đến lệnh sẽ thi hành tiếp theo

3 Tốc độ xử lý CPU thế nào là nhanh?

Tốc độ CPU hay còn gọi là tốc độ xung nhịp CPU được đo bằng đơn vị Gigahertz hay GHz biểu thị số chu kỳ xử lý mỗi giây mà CPU có thể thực hiện được

Tốc độ xung nhịp cao hơn đồng nghĩa là CPU nhanh hơn Tuy nhiên, có rất nhiều yếu tố khác tác động

Tốc độ CPU còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:- Số nhân xử lý (2, 4, 10, 22 nhân, ), càng nhiều nhân càng mạnh.- Công nghệ sản xuất (32nm, 22nm, 14nm, ), càng nhỏ càng tiết kiệm điện và hiệu năng cao hơn.

- Công nghệ làm tăng tốc độ xử lý của CPU (pipeline, turbo boost, siêu phân luồng, )

- Bộ nhớ đệm dùng để lưu các lệnh/dữ liệu thường dùng hay có khả năng sẽ được dùng trong tương lai gần, giúp giảm bớt thời gian chờ đợi của CPU.

- Đồ họa tích hợp- TDP (công suất thoát nhiệt), lượng nhiệt chip xử lý tỏa ra mà hệ thống làm mát cần phải giải tỏa TDP thường cho biết mức tiêu thụ điện của con chip, con số này càng thấp càng tốt

4 Các loại CPU đang được sử dụng hiện nay

Hiện nay, có 2 nhà sản xuất CPU lớn nhất toàn cầu là AMD và Intel Sự phát triển của 2 thương hiệu lớn này đã giúp cho người dùng có nhiều sựlựa chọn hơn và so sánh để chọn được sản phẩm tốt nhất

- CPU Intel

CPU Intel: Intel Core i3, i5, i7, i9 và Intel Xeon

Ví dụ về các loại CPU được ưa chuộng như: CPU Intel Core i9 9900k, CPU Intel Core i7 8700k, CPU Intel Core i5 9400F.

- CPU AMD

CPU AMD: AMD Ryzen 5, AMD Ryzen 7 và AMD Ryzen threadripper.Ví dụ về các loại CPU được ưa chuộng như: AMD Ryzen 7 2700X, AMD Ryzen 7 2700, AMD Ryzen 7 3700X

II RAM1 RAM là gì?

- RAM (Random Access Memory) là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên Khi mở một phần mềm trên Laptop thì dữ liệu sẽ được truyền tải từ ổ đĩa cứng lên RAM và truyền tải vào CPU để xử lý, sau đó lưu ngược lại vào

ổ cứng vì RAM có tốc độ rất nhanh hơn rất nhiều lần so với ổ cứng.

- Dữ liệu trên RAM được lưu trên từng ô nhớ và mỗi ô nhớ đều có địa chỉ khác nhau, bên cạnh đó, thời gian để đọc và ghi dữ liệu trên cùng một ô nhớ là bằng nhau.

2 Cấu tạo của RAM

- Cấu tạo của RAM gồm 5 bộ phận chính là: Bo mạch, vi xử lý, ngân hàng bộ nhớ, chip SPD và bộ đếm Chi tiết như sau:

2.1 Bo mạch

- Đây là bảng mạch bao gồm tất cả các thành phần của RAM, chúng kết nối giữa các thành phần bộ nhớ và máy tính thông qua một mạch bán dẫn silicon

2.2 Vi xử lý

- Không giống như DRAM thông thường (không đồng bộ), các hoạt động bộ nhớ của SDRAM được đồng bộ hóa với vi xử lí nhằm đơn giản hóa giao diện điều khiển và loại bỏ việc tạo tín hiệu không cần thiết.

2.3 Ngân hàng bộ nhớ

- Như đã thông tin khi định nghĩa RAM là gì, sản phẩm bao gồm ngân hàng bộ nhớ có thành phần các mô-đun lưu trữ dữ liệu Trong SDRAM, luôn có hai hoặc nhiều ngân hàng bộ nhớ, cho phép một trong số đó có truy cập vào những ngân hàng khác

2.4 Chip SPD

- SDRAM có chip SPD (serial presence detect) trên bo mạch chứa thôngtin về loại bộ nhớ, kích thước, tốc độ và thời gian truy cập Con chip nàycho phép máy tính truy cập thông tin này khi khởi động

2.5 Bộ đếm

- Bộ đếm trên chip theo dõi các địa chỉ cột để cho phép truy cập cụm tốcđộ cao Nó sử dụng hai loại cụm tuần tự và xen kẽ

3 Cơ chế hoạt động của RAM

Sau định nghĩa RAM là gì và cấu tạo của RAM, tiếp theo là cơ chế hoạt động của sản phẩm này

- Trong điện thoại, máy tính, bộ nhớ RAM dùng để phối hợp với bộ nhớ máy tính điều khiển, truy cập, và sử dụng dữ liệu

- Lúc này CPU chuyển dữ liệu từ ổ đĩa vào RAM để lưu trữ tạm thời, các vùng nhớ đã chiếm chỗ trên RAM sẽ được trả lại khi người dùng tắt ứng dụng hoặc tắt máy

4 Các loại RAM phổ biến trên laptop

- RAM được chia làm 2 loại, SRAM và DRAM, SRAM hay còn gọi là RAM tĩnh (Static RAM) loại RAM này không bị mất nội dung sau khi nạp trừ khi khởi động máy tính, nó được ứng dụng vào lưu trữ dữ liệu khởi động

- Khác với SRAM, DRAM (RAM động) được sử dụng để lưu trữ dữ liệutạm thời khi chạy ứng dụng và có thể bị trả lại vùng nhớ khi đóng ứng dụng hoặc shutdown hoặc turn off điện thoại hoặc máy tính

- Các loại RAM động+ SDRAM (viết tắt của Synchronous Dynamic RAM): Hay còn gọi là ram đồng bộ.

+ DDR (Double Data Rate SDRAM): Là phiên bản cải tiến của SDR có 184 chân, hiện rất ít máy tính còn sử dụng

+ DDR2: Là phiên bản nâng cấp của DDR, DDR2 có 240 chân cho tốc độ tăng đáng kể, hiện này được sử dụng trong các máy tính đời cũ.+ DDR3: Là dòng ram đang được sử dụng rộng rãi, tốc độ cao.+ RDRAM (Rambus Dynamic RAM): thường được gọi là Ram bus, được chế tạo theo kỹ thuật hoàn toàn mới so với các thế hệ trước.+ DDR4: Ra đời năm 2014, thay thế cho DDR3, nâng cấp về tốc độ truyền tải đạt từ 2133-4266 MHz, dùng điện áp thấp hơn chỉ 1.2V Thêmnữa RAM DDR4 cũng có giá đắt hơn DDR3

- Với định nghĩa RAM là gì trên, sau đây là những thông tin RAM điện thoại có khác gì so với RAM laptop Về cơ bản, chúng hoàn toàn có chức năng giống nhau, tuy nhiên do tính chất thiết bị nên 2 loại RAM này sẽ có một số khác biệt

+ Thứ nhất, RAM điện thoại được thiết kế với kích thước nhỏ và cho mức tiêu thụ điện năng thấp để phù hợp với tính chất di động và sử dụngpin trên smartphone

+ Thứ hai, RAM trên điện thoại được gắn trực tiếp lên con chip xử lý Vìthế mà bạn không thể dễ dàng nâng cấp hoặc thay thế như trên máy tính để bàn và laptop

+ Sau cùng, RAM điện thoại sẽ được dùng chung cho cả vi xử lý và bộ xử lý đồ hoạ mà không có bộ nhớ RAM dành riêng cho việc xử lý đồ hoạ

5 RAM có ý nghĩa gì?

Tiếp theo thông tin RAM là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, mời bạn đến với ý nghĩa của RAM.

- RAM (Random Access Memory) hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên của máy tính được sử dụng làm nơi lưu trữ tạm dữ liệu và lệnh thực thi của hệ điều hành và các ứng dụng trước khi ghi chúng lên ổ cứng khi kết thúc phiên làm việc

- Trường hợp hệ thống không đủ dung lượng RAM cần đáp ứng, hệ điều hành sẽ chuyển sang sử dụng bộ nhớ ảo (virtual memory), là một phần của ổ cứng làm nơi trao đổi dữ liệu

6 Các thông số trên RAM

Để có thể chọn mua được một sản phẩm ưng ý, ngoài định nghĩa RAM là gì và ý nghĩa của RAM, mời bạn theo dõi các thông số trên RAM sau đây

- DDR3 SDRAM (gọi tắt là DDR3): Dựa trên thiết kế SDRAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng bộ - Synchronous Dynamic Random Access Memory), sử dụng tín hiệu xung nhịp để đồng bộ hóa mọi thứ DDR là viết tắt của Double Data Rate - Tốc độ dữ liệu gấp đôi, có nghĩa

là trong một xung nhịp có thể truyền được hai khối dữ liệu, nên tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp đôi.

- Capacity (Dung lượng): Là lượng thông tin mà một ram có thể lưu trữ được Tùy theo từng ram mà có các loại capacity khác nhau như: 2GB, 4GB,…

- ECC (Error Checking and Correction – kiểm tra và sửa lỗi): Đây là thành phần căn bản trong hệ thống máy chủ hiện nay Có hai loại bộ nhớECC là unbuffered ECC và registered ECC

- Bus: Gồm nhiều dây dẫn điện nhỏ gộp lại, là hệ thống hành lang để dẫndữ liệu từ các bộ phận trong máy tính (CPU, memory, IO devices) BUS có chức năng như hệ thống ống dẫn nước

- CAS (Column Address Strobe) hay còn gọi là Độ trễ (Latency): Là thờigian được tính từ khi dòng lệnh được chuyển xuống thanh RAM và phảnhồi lại CPU

- Refresh Rate - Tần số làm tươi: Ram máy chủ được tạo nên bởi hàng trăm tế bào điện tử, mỗi tế bào này phải được nạp lại điện hàng nghìn lần mỗi giây vì nếu không dữ liệu chứa trong chúng sẽ bị mất Chính vì vậy các bộ nhớ động cần phải có quá trình nạp lại, quá trình này vẫn thường được chúng ta gọi là “ refresh – làm tươi”

7 Cần quan tâm gì khi chọn RAM?

3 yếu tố cần quan tâm khi chọn RAM chính là: Loại RAM laptop sử dụng, các loại RAM hiện nay và số lượng RAM

7.1 Về loại RAM laptop sử dụng

- Khi chọn RAM thì bạn phải biết laptop đang sử dụng loại RAM nào, bus bao nhiêu và có được hỗ trợ bởi bo mạch chủ (mainboard) hay không

7.2 Các loại RAM hiện nay trên thị trường

- Nếu máy bạn đang sử dụng loại DDR RAM thì bạn nên gắn theo cặp giống nhau Chẳng hạn laptop bạn đang sử dụng ram 2GB bus 1333MHzthì khi lắp thêm cũng phải là RAM 2GB bus 1333MHZ

- Sở dĩ phải nắm rõ những vấn đề này vì RAM gắn thêm vào cần cùng hiệu, cùng bus và cùng dung lượng để đảm bảo tính ổn định và tăng hiệusuất tối đa nhất

7.3 Số lượng RAM

- Trường hợp bạn muốn gắn RAM 4GB thì nên gắn 2 thanh RAM, mỗi thanh là 2GB cùng loại chứ không nên gắn luôn một thanh 4GB như mọingười vẫn tưởng Việc bạn chọn RAM dung lượng từ 2 - 4 GB phụ thuộcvào hệ điều hành và những chương trình mà bạn cần dùng.

8 RAM dung lượng bao nhiêu là đủ?

Ngoài những thông tin cơ bản nhất về RAM là gì, cầu tạo, nguyên lý hoạt động và thông số, tiếp theo mời bạn đến với thông tin RAM dung lượng bao nhiêu là đủ sau đây

- Ngày nay Laptop thường được trang bị RAM tối thiểu là 2GB, một số dòng máy khác RAM có thể lên đến 8GB, một số dòng laptop giá cao hơn thì được trang bị RAM từ 12GB đến 16GB

- Mức RAM tối thiểu (2GB) chỉ phù hợp cho các công việc như duyệt web, email, xem video hay chơi một số game nhẹ RAM 4GB là mức RAM mà một chiếc laptop Windows hay OS X có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng của phần lớn người dùng hiện nay

- Tóm lại, 8GB RAM sẽ đáp ứng được hầu hết nhu cầu của người dùng và nếu dung lượng RAM lớn hơn các con số này thường là để đáp ứng một số đam mê của người dùng như chơi game 3D hay làm đồ họa, kế toán với các bảng tính có số liệu lớn,

- Với điện thoại, trên thực tế RAM nhiều hay ít phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của người dùng

+ Đối với các nhu cầu chỉ cần đáp ứng các tác vụ thông thường như lướt web, xem phim hay thậm chí chơi một số loại game nhẹ thì RAM 2GB đến 3GB là quá đủ

+ Còn với nhóm khách hàng đòi hỏi yêu cầu cao hơn như thao tác các ứng dụng nặng hay chơi game có mức đồ hoạ trung bình trở lên thì RAM ít nhất từ 4GB trở lên sẽ là hợp lý hơn

Với những thông tin trên, chúc bạn có được đáp án cho những băn khoăn RAM là gì? Cấu tạo và cơ chế hoạt động như thế nào? RAM dung lượng bao nhiêu là đủ? và chọn mua được một sản phẩm ưng ý

III Input/ OutputA.Input

1.Thiết bị đầu vào của máy tính là gì?

Một thiết bị đầu vào (Input device) là bất kỳ phần cứng thiết bị gửi dữ liệu đến một máy tính, cho phép bạn tương tác với và kiểm soát nó Hình