Bài giảng cấu trúc máy tính chương 3 ths vương xuân chí

CẤU TRÚC MÁY TÍNH Chương III: Hoạt động máy tính Chức thành phần  CPU  Bộ nhớ  Bộ nhớ Hoạt động máy tính  Chạy chương trình  Hoạt động ngắt Liên kết hệ thống • Hệ thống Bus • Mainboard Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần CPU (Central Processing Unit) •CPU đơn vị xử lí trung tâm •CPU xem não bộ, phần tử cốt lõi máy vi tính Nhiệm vụ CPU xử lý chương trình liệu •CPU chip với vài chục chân Phức tạp hơn, CPU ráp sẵn mạch với hàng trăm chip khác Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần Các thành phần CPU • Đơn vị điều khiển (CU:Control Unit): Điều khiển hoạt động máy tính theo chương trình định sẵn • Đơn vị số học logic (ALU: Arithmetic And Logic Unit): thực phép toán số học logic liệu cụ thể Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần •Tập ghi (RF: Register File): Lưu trữ thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động CPU • Đơn vị nối ghép BUS (BIU: Bus Interface Unit): kết nối trao đổi thông tin Bus bên Bus bên CPU Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần Khối điều khiển CU – Control Unit Chức năng: •Nhận lệnh từ nhớ đưa vào ghi lệnh IP •Tăng nội dung ghi PC nhận lệnh •Giải mã lệnh xác định thao tác mà lệnh yêu cầu •Phát tín hiệu điều khiển thực thi lệnh •Nhận tín hiệu yêu cầu từ BUS hệ thống giải đáp ứng yêu cầu Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần Tập các ghi Chức năng: •Thực chất vùng nhớ CPU nhận biết qua tên ghi có tốc độ truy xuất cực nhanh •Chứa thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động thời điểm CPU •Số lượng ghi tuỳ thuộc vào vi xử lý cụ thể -> tăng hiệu CPU •Thanh ghi chia loại: Loại lập trình loại không lập trình Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần Bộ nhớ Là loại bộ nhớ mà CPU có thể truy cập trực tiếp, có tốc độ cao và dung lượng thường nhỏ Bộ nhớ chia làm loại •Bộ nhớ chính (Main Memmory): Như ROM và RAM •Bộ nhớ đệm Cache Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần RAM (Random Access Memory) hay Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên: Tốc độ truy cập nhanh, lưu trữ giữ liệu tạm thời, liệu bị vĩnh viễn không nguồn điện cung cấp Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 1.Chức thành phần ROM (Read Only Memory) hay Bộ nhớ đọc: Lưu trữ chương trình mà nguồn điện cung cấp không bị (xóa) Ngày có công nghệ FlashROM tức nhớ ROM đọc mà ghi lại được, nhờ có công nghệ BIOS cải tiến thành FlashBIOS Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 10 Hoạt động bản của máy tính  Nhận lệnh (Fetch)  Bắt đầu chu kỳ lệnh CPU tiến hành lấy lệnh từ nhớ Trong trình lấy thực lệnh có ghi bên CPU mà ta quan tâm PC (Program Counter) ghi IR(Instruction Register)  CPU lấy lệnh từ ngăn nhớ trỏ PC đưa vào ghi lệnh IR lưu giữ  Sau lệnh nhận nội dung ghi PC tự động tăng để trỏ tới lệnh thực Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 15 Hoạt động bản của máy tính  Thực (Execute) • Bộ xử lý giải mã lệnh nhận phát tín hiệu điều khiển thực thao tác mà lệnh yêu cầu thông qua khối điều khiển CU • Thực trao đổi CPU nhớ • Thực trao đổi CPU Module I/O • Xử lý liệu thực phép toán số học logic • Điều khiển rẽ nhánh • Kết hợp thao tác Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 16 Hoạt động bản của máy tính Hoạt động ngắt Khái niệm chung ngắt: Ngắt chế cho phép CPU tạm dừng chương trình thực chuyển sang thực chương trình khác, gọi chương trình phục vụ ngắt Các loại ngắt : • Ngắt lỗi thực chương trình • Ngắt lỗi phần cứng: lỗi RAM • Ngắt module I/O phát tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi liệu Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 17 Hoạt động bản của máy tính Hoạt động ngắt : Sau hoàn thành lệnh, xử lý kiểm tra tín hiệu :  Nếu ngắt xử lý tiếp tục nhận lệnh tiếp  Nếu có tín hiệu ngắt: - Tạm dừng chương trình, Cất ngữ cảnh (thông tin có liên quan đến chương trình thực hiện) - Thiết lập đếm chương trình PC trỏ đến chương trình phục vụ ngắt - Thực chương trình phục vụ ngắt - Cuối chương trình phục vụ ngắt Khôi phục lại ngữ cảnh tiếp tục chương trình bị tạm dừng Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 18 Liên kết hệ thống Hệ thống BUS Chức vận chuyển thông tin giữa thành phần máy tính, thông tin từ CPU tới bộ nhớ, từ CPU tới bộ điều khiển vào I/O • Khái niệm BUS: Bus tập hợp đường dây dùng để vận chuyển thông tin từ thành phần tới thành phần khác bên máy tính • Độ rộng BUS : số đường dây có khả vận chuyển bit thông tin đồng thời • Phân loại BUS: theo chức ta chia bus làm loại: BUS địa chỉ, BUS liệu BUS điều khiển Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 19 Liên kết hệ thống Liên kết hệ thống thông qua BUS Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 20 Liên kết hệ thống BUS địa : •Chức năng: dùng để vận chuyển địa từ CPU đến Module nhớ hay Module vào ra, nhằm để xác định ngăn nhớ hay cổng vào cần truy xuất trao đổi thông tin (đây BUS chiều) •Độ rộng BUS địa (A0, A1,…, An-1): Cho biết khả quản lý cực đại số ngăn nhớ Nếu sử dụng độ rộng bus địa n đường dung lượng cực đại nhớ quản lý 2n ngăn nhớ hay tương đương với 2n byte nhớ (nếu ngăn nhớ byte) Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 21 Liên kết hệ thống Ví dụ : Bus địa cấu hình : Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 22 Liên kết hệ thống  BUS liệu: Chức năng: vận chuyển lệnh từ nhớ -> CPU, vận chuyển liệu CPU, nhớ cổng vào Độ rộng Bus liệu (D0, D1,….Dm-1): Cho biết số byte có khả trao đổi đồng thời, m=8,16,32,64,128 bit Ví dụ: 8088 -> m=8 ; 80286 -> m=16 ; 80386 -> m=32 ; Pentium -> m=64 Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 23 Liên kết hệ thống  BUS điều khiển: Tập hợp tín hiệu điều khiển gồm có : • Các tín hiệu phát từ CPU để điều khiển Module nhớ Module vào • Các tín hiệu từ Module nhớ, Module vào gửi đến CPU yêu cầu • Ngoài BUS cung cấp nguồn tín hiệu xung nhịp (clock) với BUS đồng Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 24 Liên kết hệ thống Các loại BUS Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 25 Liên kết hệ thống Mainboard Trong hệ thống máy tính có khoảng 10 thiết bị khác như: CPU, RAM, Card Video, Card Sound, Card LAN, HDD, CDROM, FDD, Keyboard, Mouse… Các thiết bị có tần số làm việc khác ví dụ: Tần số qua chân CPU 800MHz qua chân RAM 400MHz tần số qua Card Sound có 66MHz Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 26 Liên kết hệ thống Ngoài số đường mạch (số BUS) khác nhau, mà thiết bị kết nối trực tiếp với Vậy chúng làm việc với ? Mainboard thiết bị đóng vai trò trung gian để kết nối tất thiết bị hệ thống máy tính liên kết lại với thành máy thống Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 27 Liên kết hệ thống Các chức Mainboard: Gắn kết thành phần hệ thống máy tính lại với Điều khiển thay đổi tần số BUS cho phụ hợp với thành phần khác Quản lý nguồn cấp cho thành phần Main Cung cấp xung nhịp chủ (xung Clock) để đồng hoạt động toàn hệ thống Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 28 Liên kết hệ thống Sơ đồ khối Mainboard Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 29 [...]... này tới thành phần khác bên trong máy tính • Độ rộng của BUS : là số đường dây có khả năng vận chuyển các bit thông tin đồng thời • Phân loại BUS: theo chức năng ta chia bus ra làm 3 loại: BUS địa chỉ, BUS dữ liệu và BUS điều khiển Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 19 3 Liên kết hệ thống Liên kết hệ thống thông qua BUS Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 20 3 Liên kết hệ thống BUS địa chỉ... chuẩn giao tiếp máy tính USB (Universal Serial Bus) tạo ra các bộ nhớ máy tính di động thuận tiện và đa năng như: Các thiết bị giao tiếp USB lưu trữ dữ liệu, thiết bị giao tiếp USB chơi nhạc số, chơi video số; khóa bảo mật qua giao tiếp USB; thẻ nhớ Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 13 2 Hoạt động cơ bản của máy tính 1 Chạy chương trình Là hoạt động cơ bản của Máy tính Máy tính lặp đi lặp... ngăn nhớ 1 byte) Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 21 3 Liên kết hệ thống Ví dụ : Bus địa chỉ của các cấu hình : Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 22 3 Liên kết hệ thống  BUS dữ liệu: Chức năng: vận chuyển lệnh từ bộ nhớ -> CPU, vận chuyển dữ liệu giữa CPU, bộ nhớ và cổng vào ra Độ rộng của Bus dữ liệu (D0, D1,….Dm-1): Cho biết số byte có khả năng trao đổi đồng thời, m=8,16 ,32 ,64,128 bit... lưu trữ tốc độ cao đặc biệt Nó có thể là một vùng lưu trữ của bộ nhớ chính hay một thiết bị lưu trữ tốc độ cao độc lập Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 11 1.Chức năng các thành phần Vị trí của Cache trong hệ thống Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 12 1.Chức năng các thành phần 3 Bộ nhớ ngoài Có dung lượng lớn, để lưu các chương trình và dữ liệu lâu dài, như HDD, CDROM, Tape, Các loại... : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 27 3 Liên kết hệ thống Các chức năng của Mainboard: 1 Gắn kết các thành phần trên một hệ thống máy tính lại với nhau 2 Điều khiển thay đổi tần số BUS cho phụ hợp với các thành phần khác nhau 3 Quản lý nguồn cấp cho các thành phần trên Main 4 Cung cấp xung nhịp chủ (xung Clock) để đồng bộ sự hoạt động của toàn hệ thống Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 28 3 Liên kết... 8 038 6 -> m =32 ; Pentium -> m=64 Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 23 3 Liên kết hệ thống  BUS điều khiển: Tập hợp các tín hiệu điều khiển gồm có : • Các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển Module nhớ và Module vào ra • Các tín hiệu từ Module nhớ, Module vào ra gửi đến CPU yêu cầu • Ngoài ra còn là BUS cung cấp nguồn tín hiệu xung nhịp (clock) với các BUS đồng bộ Bài giảng : CTMT – Ths Vương. .. có 66MHz Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 26 3 Liên kết hệ thống Ngoài ra số đường mạch (số BUS) cũng khác nhau, vì vậy mà các thiết bị trên không thể kết nối trực tiếp với nhau được Vậy tại sao chúng có thể làm việc với nhau ? Mainboard chính là thiết bị đóng vai trò trung gian để kết nối tất cả các thiết bị trên hệ thống máy tính liên kết lại với nhau thành một bộ máy thống nhất Bài giảng :... đến CPU yêu cầu • Ngoài ra còn là BUS cung cấp nguồn tín hiệu xung nhịp (clock) với các BUS đồng bộ Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 24 3 Liên kết hệ thống Các loại BUS Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 25 3 Liên kết hệ thống 2 Mainboard Trong một hệ thống máy tính có khoảng 10 thiết bị khác nhau như: CPU, RAM, Card Video, Card Sound, Card LAN, HDD, CDROM, FDD, Keyboard, Mouse… Các thiết... chương trình PC trỏ đến chương trình con phục vụ ngắt - Thực hiện chương trình con phục vụ ngắt - Cuối chương trình con phục vụ ngắt Khôi phục lại ngữ cảnh và tiếp tục chương trình đang bị tạm dừng Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 18 3 Liên kết hệ thống 1 Hệ thống BUS Chức năng vận chuyển thông tin giữa các thành phần trong máy tính, như thông tin từ CPU tới bộ nhớ, từ CPU tới bộ... đổi dữ liệu Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 17 2 Hoạt động cơ bản của máy tính Hoạt động của ngắt : Sau khi hoàn thành một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu :  Nếu không có ngắt thì bộ xử lý tiếp tục nhận lệnh tiếp  Nếu có tín hiệu ngắt: - Tạm dừng chương trình, Cất ngữ cảnh (thông tin có liên quan đến chương trình đang thực hiện) - Thiết lập bộ đếm chương trình PC trỏ đến chương trình ... với BUS đồng Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 24 Liên kết hệ thống Các loại BUS Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 25 Liên kết hệ thống Mainboard Trong hệ thống máy tính có khoảng... với 2n byte nhớ (nếu ngăn nhớ byte) Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 21 Liên kết hệ thống Ví dụ : Bus địa cấu hình : Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 22 Liên kết hệ thống  BUS... lập Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 11 1.Chức thành phần Vị trí Cache hệ thống Bài giảng : CTMT – Ths Vương Xuân Chí 12 1.Chức thành phần Bộ nhớ ngoài Có dung lượng lớn, để lưu chương