Bài giảng tin học cơ sở bài 2 đào kiến quốc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG TIN HỌC CƠ SỞ BÀI CẤU TẠO VÀ CÁC THIẾT BỊ CỦA MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ Giảng viên: ĐÀO KIẾN QUỐC Mobile 098.91.93.980 Email: dkquoc@vnu.edu.vn NỘI DUNG   Các thành phần – Bộ nhớ – Các thiết bị vào – Các thiết bị Nguyên lý hoạt động – Bộ xử lý hoạt động xử lý – Pipeline kiến trúc siêu vô hướng – Nguyên lý Von Neuman CÁC CHỨC NĂNG TRONG TÍNH TOÁN Chức nhập thông tin Chức nhớ Chức tính toán Chức xuất thông tin Chức điều khiển 55 55 1234 1234 +432 KIẾN TRÚC CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ Khu vực ngoại vi Bộ nhớ Bộ nhớ Thiết bị đưa vào Bộ nhớ Bộ số học logic Bộ điều khiển Bộ xử lý Khu vực trung tâm Thiết bị đưa GIẢI PHẪU MỘT MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ Bộ nhớ (memory) Bộ nhớ Thiết bị đưa vào (input device) Bộ nhớ Bộ số học logic Bộ điều khiển Bộ xử lý (CPU) Thiết bị đưa (output device) BỘ NHỚ TRONG Bộ nhớ nơi lưu trữ thông tin tạm thời trình làm việc máy tính CPU truy xuất liệu trực tiếp từ nhớ Bộ nhớ xuyến ferrit Đặc tính nhớ Tốc độ truy xuất thông tin nhanh Nói chung, không giữ thông tin nguồn nuôi Giá thành lưu trữ cao Bộ nhớ bán dẫn BỘ NHỚ TRONG ROM (read only memory): đọc, chương trình không ghi được, phải ghi trước phương tiện chuyên dụng RWM (Read Write Memory), nhớ ghi, xoá Do trước ghi/đọc, ô nhớ định vị trước nên tốc độ truy nhập không phụ thuộc vào vị trí ô nhớ nhớ Chính RWM gọi nhớ truy nhập ngẫu nhiên (Random Access Memory) Người ta thường gọi nhớ loại RAM gọi RWM) EPROM xoá ghi lại thiết bị chuyên dụng TỔ CHỨC CỦA BỘ NHỚ TRONG Ô nhớ bit Địa 0 1 0 1 Địa 0 1 1 Địa 1 1 0 Địa 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 Một ô nhớ Một ngăn nhớ Địa n-1 BỘ NHỚ NGOÀI    Có khả lưu trữ không cần nguồn nuôi (giữ tài liệu dùng nhiều lần) Lưu trữ với khối lượng lớn (ví dụ hồ sơ ngân hàng) Lưu trữ với giá thành rẻ Các công nghệ lưu trữ Vật liệu tử (đĩa mềm, đĩa cứng, băng từ, đĩa quang từ MO) Vật liệu quang (đĩa CD) Bán dẫn (Flash driver) BĂNG TỪ Băng có phủ vật liệu từ tính Thông tin ghi theo đường đầu từ Chế độ ghi- đọc Ưu điểm: Dung lượng lớn, rẻ tiền Nhược điểm: Khai thác chậm chế độ khai thác Băng từ tủ đọc băng từ cỡ lớn Băng từ kiểu cassette Băng từ thường dùng để lưu trữ liệu có tần số khai thác thấp (ví dụ ghi cước điện thoại, tháng lấy lần để tính cước) dùng với mục đích backup tự động Định kỳ, máy tính chép vùng liệu lên băng từ, lần giữ lại phiên KIẾN TRÚC MÁY TÍNH xxxxx ALU xxxxx xxxxx Thanh ghi lệnh PC Thanh ghi liệu CU CPU Thanh ghi lệnh IR [1064] [1068] ……… [2B00] ……… [A001] [A006] [A009] Bus địa Bus điều khiển Bus liệu BỘ NHỚ A1 64 10 68 10 A2 70 10 A3 74 10 Thiết bị ngoại vi CẤU TRÚC LỆNH ĐỊA CHỈ Lệnh địa (ít sử dụng) MÃ LỆNH ĐỊA CHỈ MÃ LỆNH ĐỊA CHỈ Lệnh địa MÃ LỆNH THANH GHI MÃ LỆNH ĐỊA CHỈ THANH GHI MÃ LỆNH THANH GHI THANH GHI Lệnh có thành phần địa chỉ, liệu ghi, thể từ mã lệnh MÃ LỆNH Lệnh thành phần địa Lệnh có thành phần ghi, thể từ mã lệnh Lệnh có thành phần địa chỉ, thành phần khác ghi, thể từ mã lệnh CHU TRÌNH LỆNH Đọc lệnh từ nhớ (Instruction Fetch) Thực lệnh (Execute) Giải mã lênh (Decode) Đọc liệu (Data Fetch) VÍ DỤ VỀ CHU TRÌNH LỆNH ĐỐI VỚI MÁY HAI ĐỊA CHỈ GIẢ ĐỊNH x = (b+ c).d R1 ← b + c R1 ← R1 x d x ← R1 [1064] b [1068] c [106C] a [1070] d [1074] x [A001] A1 64 10 68 10 Cộng số nhớ, ghi kết vào ghi R1 [A006] A2 70 10 Nhân ghi R1 với số nhớ, ghi vào ghi R1 [A009] A3 74 10 Lưu ghi R1 vào ô nhớ A2 70 10 A1 64 10 68 10 [1064] 12 [1068] VÍ DỤ VỀ CHU TRÌNH LỆNH [A001] ALU Thanh ghi lệnh PC ADD Thanh ghi liệu CU [A006] [A001] Thanh ghi lệnh IR Bus địa Bus điều khiển [1064] [1068] ……… [2B00] ……… [A001] [A006] [A009] MEMORY Bus liệu Fetch (Instruction) Decode A1 64 10 68 10 A2 70 10 A3 74 10 Fetch (Data) Execute Kiến trúc von Neumann NGUYÊN LÝ VON NEUMANN    Nguyên lý điều khiển chương trình: máy tính thực công việc theo chương trình đưa vào nhớ Nguyên lý đảm bảo khả thực tự động để giải toán máy tính điện tử Nguyên lý truy cập qua địa chỉ: liệu chương trình không định giá trị mà thông qua địa nhớ Nguyên lý đảm bảo tính mềm dẻo chương trình, thể thuật toán không phụ thuộc vào giá trị phát sinh chương trình Kiến trúc Von-Neumann nói kiến trúc máy tính thực phù hợp với nguyên lý Von Neumann PIPELINE    Trong máy tính đại, CPU tổ chức để song song hoá nhiều công đoạn chu kỳ xử lý lệnh Khối ghi tổ chức phân cấp có khối lượng lớn (gọi cache) CPU không lấy lệnh nhớ mà lấy khối lệnh đặt sẵn cache để giảm thiểu thời gian truy cập nhớ nhiều lần Khi nhiều lệnh đưa lên cache thực lệnh, đồng thời đọc liệu cho lệnh thứ hai giải mã lệnh thứ theo thứ tự Cơ chế gọi pipeline (đường ống) instruction pipeline CƠ CHẾ ĐOÁN TRƯỚC RẼ NHÁNH   Một lệnh rẽ nhánh liên quan tới điều kiện kiểm tra Nếu kết thực khối lệnh này, sai thực khối lệnh Điều không may là, đoạn lệnh nạp vào cache lại đoạn lệnh phải thực gây phải thay cache Cơ chế dự đoán rẽ nhánh phát triển gần cho phép dự báo rẽ nhánh với xác xuất 90% cho phép giảm thiểu việc truy xuất từ nhớ lên cache KIẾN TRÚC SIÊU VÔ HƯỚNG   Trong kiến trúc siêu vô hướng (superscala), việc xử lý lệnh cắt nhỏ nhiều lệnh xử lý đồng thời miễn không gây tranh chấp liệu Hai lệnh có tranh chấp liệu lệnh có sử dụng kết lệnh tạo Trong trường hợp bắt buộc phải tôn trọng thứ tự Sau xử lý liên kết kết xử lý thành phần Điều phức tạp xử lý dãy lệnh liên quan tới việc “gọi nhầm” dãy lệnh từ nhớ lên cache theo thứ tự bình thường tượng rẽ nhánh TỔNG KẾT     Ngoài chức nhớ, vào-ra, tính toán, MTĐT có chức đặc thù đảm bảo khả tính toán tự động chức điều khiển Máy tính có nhớ để nhớ liệu làm việc Bộ nhớ phân cấp thành nhớ nhớ Giao tiếp với môi trường bên thông qua thiết bị ngoại vi Các thiết bị vào cho phép chuyển liệu từ môi trường vào máy Các thiết bị cho phép chuyển liệu từ máy môi trường Các thiết bị ngoại vi kết nối qua cổng giao tiếp có sẵn chế tạo card mở rộng để cẳm vào khe cắm dự phòng máy tính TỔNG KẾT    CPU đầu não máy tính, có khả thực lệnh phối hợp hoạt động thiết bị máy tính để xử lý theo chương trình định Một số cải tiến pipeline, kiến trúc siêu hướng dự đoán rẽ nhánh giúp cho việc xử lý lệnh CPU song song hoá Nguyên lý Von Neumann đảm bảo cho máy tính xử lý thông tin tự động CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Hãy nêu kiến trúc chung máy tính Lý việc phân biệt khu vực trung tâm khu vực ngoại vi Phân biệt nhớ ROM RAM Tại cần nhớ Tại nói RAM nhớ truy nhập ngẫu nhiên Tại nói đĩa thiết bị truy nhập trực tiếp, Thế thiết bị ra, thiết bị vào Có thiết bị có chức thiết bị thiết bị vào hay không Kể số thiết bị vào CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Chức CPU thành phần CPU Nêu cấu trúc lệnh dùng lệnh có thành phần địa nhiều phép toán thông thường có nhiều đối tượng tham gia tính toán Mô tả hoạt động xử lý lệnh CPU Pipeline Thế chế siêu vô hướng Nêu ý nghĩa nguyên lý điều khiển theo chương trình Nêy ý nghĩa nguyên lý truy nhập theo địa [...]... F1, F2 mà chức năng của nó được xác định trong các ứng dụng cụ thể CHUỘT (MOUSE) • Chuột dùng để chuyển một dịch chuyển cơ học thành tín hiệu điện đưa vào máy tính để điều khiển một điểm gọi là con trỏ (cursor) trên màn hình • Với chuột cơ, khi di chuyển bi bị quay tròn và truyền chuyển động sang hai trục khác, một trục xoay theo dịch chuyển theo chiều đứng và một trục theo chiều ngang Nhờ một cơ chế... A1 64 10 68 10 Cộng 2 số ở bộ nhớ, ghi kết quả vào thanh ghi R1 [A006] A2 70 10 Nhân thanh ghi R1 với một số ở bộ nhớ, ghi vào thanh ghi R1 [A009] A3 74 10 Lưu thanh ghi R1 vào ô nhớ A2 70 10 5 A1 64 10 68 10 7 [1064] 12 [1068] VÍ DỤ VỀ CHU TRÌNH LỆNH [A001] ALU Thanh ghi lệnh PC ADD Thanh ghi dữ liệu CU [A006] [A001] Thanh ghi lệnh IR Bus địa chỉ Bus điều khiển [1064] [1068] ……… [2B00] ……… [A001] [A006]... động của bộ xử lý Pipeline và kiến trúc siêu vô hướng Nguyên lý Von Neumann BỘ XỬ LÝ (CPU) CPU là bộ não của máy tính CPU có chức năng phối hợp các thiết bị của máy để điều khiển máy tính thực hiện các lệnh theo chương trình đã định Ngoài bộ số học và logic và bộ điều khiển, CPU còn có các thanh ghi (register) với tư cách là những bộ nhớ chuyên dụng cho hoạt động xử lý lệnh KIẾN TRÚC MÁY TÍNH xxxxx ALU... KIẾN TRÚC MÁY TÍNH xxxxx ALU xxxxx xxxxx Thanh ghi lệnh PC Thanh ghi dữ liệu CU CPU Thanh ghi lệnh IR [1064] [1068] ……… [2B00] ……… [A001] [A006] [A009] 5 7 Bus địa chỉ Bus điều khiển Bus dữ liệu BỘ NHỚ A1 64 10 68 10 A2 70 10 A3 74 10 Thiết bị ngoại vi CẤU TRÚC LỆNH ĐỊA CHỈ Lệnh 2 địa chỉ (ít được sử dụng) MÃ LỆNH ĐỊA CHỈ MÃ LỆNH ĐỊA CHỈ Lệnh 1 địa chỉ MÃ LỆNH THANH GHI MÃ LỆNH ĐỊA CHỈ THANH GHI MÃ... MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG LCD Sử dụng các diodetinh thể lòng (Liquid Crystal Diode) có thể phát sáng khi được đặt vào một điện áp, Các diode này được xếp thành ma trận và được kích hoạt độc lập làm thành một lưới lọc màu Ánh sáng từ nền được chiếu lên tạo thành ảnh để người dùng có thể nhìn được Ảnh và chữ được tạo từ các điểm ảnh MÁY CHIẾU (PROJECTOR) LCD projector sử dụng một ma trận các diod tinh thể... khá kinh tế Máy in laser được sử dụng rất rộng rãi MÁY IN PHUN (JET INK PRINTER)    Máy tạo từng điểm ảnh bằng cách phun những tia mực vô cùng nhỏ nhờ những máy bơm mực rất tinh xảo Hai công nghệ thường được sử dụng là dùng tinh thể áp điện (một loại vật liệu khi đặt một điện áp vào hai mặt thì vật liệu này sẽ bị co hay giãn Một công nghệ khác là đốt nóng đầu in mực đột ngột để sinh ra bong bóng... tiếp để phát hiện hướng và độ dài dịch chuyển Chuột quang nhạy hơn và đỡ bị ảnh hưởng bới bụi bẩn hơn chuột cơ MÁY QUÉT (SCANNER) Máy quét dùng để đọc một ảnh đưa vào máy tính Một số đặc tính của máy quét • Độ phân giải đo băng dpi ; dot per inch, số điểm ảnh trên một inch • Độ sâu màu: mức tinh tế của màu đo bằng số bít để mã hoá một điểm màu • Tốc độ quét (thời gian quét cho trang ảnh ở một độ phân... (track), chỉ số cung (sector) Việc đọc/ghi thông tin với đĩa thực hiện theo các đơn vị vài cung gọi là liên cung (cluster) trên một đường ghi chứ không thực hiện theo từng byte Thiết bị đọc ghi gọi là ổ đĩa (driver) Đía mềm dễ tháo lắp, rẻ tiền nhưng mau hỏng, dung lượng nhỏ, khai thác chậm ĐĨA CỨNG (HARD DISK)    Sức chứa hay dung lượng tính theo GB Từ năm 20 06 đã xuất hiện các đĩa cứng có sức chứa tới... dụng một ma trận các diod tinh thể lỏng để tạo mầu trên từng pixel Sau đó dùng một nguồn sáng cực mạnh phía sau để chiếu toàn bộ lên một màn ảnh lớn DLP (Digital Lighting Processpor) projector thì dùng công nghệ vi guơng (micro mirror) rất tinh xảo Vi gương là một linh kiện quang bán dẫn chứa hàng triệu gương nhỏ xíu có thể điều khiển được Ấnh sáng từ một nguồn sáng được chiếu qua một bộ lọc màu phản... dung lượng tính theo GB Từ năm 20 06 đã xuất hiện các đĩa cứng có sức chứa tới terabyte (một nghìn tỉ byte) Thời gian truy nhập: thời gian trung bình để đặt được đầu từ vào vị trí đọc (khoảng 10 ms) Độ tin cậy thường tính bằng khoảng thời gian trung bình giữa hai lần lỗi Khoảng thời gian trung bình có một lỗi của đĩa cứng lên tới hàng chục nghìn giờ Đĩa cứng thường là một bộ đĩa bằng hợp kim nhôm có ... Pipeline kiến trúc siêu vô hướng – Nguyên lý Von Neuman CÁC CHỨC NĂNG TRONG TÍNH TOÁN Chức nhập thông tin Chức nhớ Chức tính toán Chức xuất thông tin Chức điều khiển 55 55 123 4 123 4 +4 32 KIẾN TRÚC... pipeline, kiến trúc siêu hướng dự đoán rẽ nhánh giúp cho việc xử lý lệnh CPU song song hoá Nguyên lý Von Neumann đảm bảo cho máy tính xử lý thông tin tự động CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Hãy nêu kiến trúc... chức F1, F2 mà chức xác định ứng dụng cụ thể CHUỘT (MOUSE) • Chuột dùng để chuyển dịch chuyển học thành tín hiệu điện đưa vào máy tính để điều khiển điểm gọi trỏ (cursor) hình • Với chuột cơ, di