Nhập môn điện toán (chương II)

Chương Phần cứng Hệ thống máy tính o Hệ thống máy tính có khối chức sau :  Khối  Bộ nhập (input) nhớ (memory)  Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central processing unit)  Khối xuất (output)  Bộ nhớ phụ (storage)  Thiết bị ngoại vi (peripherals) Chương Nhập môn điện toán Tờ Khối nhập - Input o o o Giữ vai trò nhận liệu cho máy tính Có nhiệm vụ chuyển đổi thông tin từ giới thành liệu mà máy tính xử lý Có nhiều thiết bị làm việc bàn phím (keyboard) thiết bị dùng phổ biến Chương Nhập môn điện toán Tờ Bộ nhớ - Main memory o o Còn gọi nhớ RAM hay nhớ bán dẫn Có chức :  Chứa tạm chương trình sử dụng để xử lý thông tin  Chứa tạm liệu o Dữ liệu dùng máy tính có loại :  Dữ liệu ban đầu nhận từ khối nhập  Dữ liệu trung gian dược xử lý  Kết cuối chờ đưa khối xuất Chương Nhập môn điện toán Tờ Đơn vị xử lý trung tâm - CPU o o o Thường gọi xử lý (processor), vi xử lý (microprocessor) CPU có nhiệm vụ thi hành lệnh chương trình xử lý liệu chương trình Trong CPU có phần :  Đơn vị số học luận lý ALU (Arithmetic / logic unit)  Đơn vị điều khiển (control unit) o o ALU dùng để tính toán phép số học (cộng, trừ, nhân, chia) phép luận lý (not, and, or, xor) Đơn vị điều khiển chi phối toàn hoạt động máy tính cách lấy lệnh từ nhớ, giải mã lệnh thực lệnh Chương Nhập môn điện toán Tờ Khối xuất - Output o o o Ngược lại với khối nhập, khối xuất chuyển liệu mà máy xử lý (số nhị phân) thành dạng thông tin mà người chấp nhận Hai thiết bị thông dụng dùng khối hình máy in Đôi thông tin mà máy tính đưa cần xử lý tiếp sau nên phải lưu nhớ phụ (chủ yếu đĩa từ) Chương Nhập môn điện toán Tờ Bộ nhớ phụ - Storage o o Cung cấp cho máy tính chức lưu trữ, xếp, phân loại thông tin theo dạng tập tin (file) Cần phân biệt hai khái niệm sau :  Bộ nhớ bốc (memory volatility) : nhớ mà thông tin lưu giữ bị đi, tắt máy, thông tin khác ghi chồng lên Chính nên loại nhớ gọi RAM (Random Access Memory) Bộ nhớ máy tính nhớ bay  Dữ liệu dùng lại (retrievable data) : nhớ phụ giữ chương trình hay liệu lâu dài mà không bị bốc Điều cho phép ta sử dụng lại thông tin nhiều lần Chương Nhập môn điện toán Tờ Thiết bị ngoại vi - Peripherals o o Thiết bị ngoại vi thiết bị phụ trợ xung quanh CPU nhớ Các thiết bị đáp ứng chức khối nhập, xuất nhớ phụ thiết bị ngoại vi Nhập Bộ nhớ CPU ALU Xuất Luồng liệu Control Unit Bộ nhớ phụ Điều khiển Câú trúc luận lý máy tính Chương Nhập môn điện toán Tờ 2.Kiến trúc máy tính o Kiến trúc máy tính ngày biết đến hệ thống gồm có :  Bộ nhớ (memory)  Bộ xử lý (processor)  Các tuyến (buses) Chương Nhập môn điện toán Tờ Bộ nhớ nơi chứa chương trình liệu Bộ nhớ ? Read Random Only ROM ROM PROM (Chết) (Không bốc hơi) Phân loại EPROM EEPROM RAM (Sống) (Bốc hơi) Electrically Erasable Programmable Flash ROM (SRAM + EEPROM) Access Memory Static SRAM Chương DRAM Dynamic Synchronous SDRAM Nhập môn điện toán Tờ 10 CPU (Tín hiệu điều khiển xuất) CPU có bên ? Khối CPU (Tín hiệu điều khiển nhập) điều khiển (Xung clock) định (Lấy thi hành lệnh) (Thanh ghi lệnh IR) (Bộ ghi) PC IDX Flags ACC SP Đa dụng Chương ALU Cộng Trừ Nhân Chia And Or Xor Not Dịch Quay Nhập môn điện toán Tờ 13 Kiến trúc xử lý o Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer)  Các lệnh CPU có chiều dài khác  Thời o gian thi hành lệnh khác Kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer)  Các lệnh dài  Thời gian thi hành lệnh chu kỳ xung clock  Cung cấp khả thi hành nhiều hoạt động lúc (Super scalar execution)  Dùng  Vấn chế đường ống (Pipelining) để giảm thời gian thi hành đề đoán trước rẽ nhánh (Branche prediction) Chương Nhập môn điện toán Tờ 14 Cơ chế đường ống - Pipelining P1 P2 P3 P4 P5 Lấy lệnh Phân tích lệnh Xác định toán hạng Thực lệnh Lưu kết thi hành xong lệnh P1: L1 P2: P3: P4: P5: Chương L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 Nhập môn điện toán Tờ 15 Máy tính song song loại máy song song SISD : single Instruction stream, single data stream SIMD : single Instruction stream, multiple data stream MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream CPU CPU CPU Bộ nhớ dùng chung Bộ Bộ Bộ nhớ nhớ nhớ riêng riêng riêng Máy Von Neumann Chương CPU CPU CPU Bộ nhớ dùng chung Máy Vector ALU Nhập môn điện toán Tờ 16 Tuyến - Bus o o o o o Tuyến nhóm dây dẫn song song mà đường có nhiệm vụ truyền tải bit thông tin Tuyến hệ thống tuyến kết nối CPU với phận mà muốn trao đổi thông tin mà cụ thể nhớ khối xuất nhập (I/O) Trên tuyến truyền tải nhiều loại thông tin khác Một số tuyến có khả truyền thông tin theo chiều Tuy nhiên, thời điểm, luồng liệu chiều Độ rộng tuyến (số đường) xác định chiều dài từ (word) thông tin mà CPU trao đổi lần Ví dụ : CPU dùng bus 16 bit để truyền liệu 32 bit phải thực lần Chương Nhập môn điện toán Tờ 17 Kiến trúc tuyến o o Tuyến chuẩn (standard bus) :  MCA : micro channel architecture  ISA : insdustry standard architecture  IBM AT : advanced technology  PS/2 : personal system  EISA : extended insdustry standard architecture Tuyến cục (local bus) :  VESA : video electronics standard association  PCI : Peripheral Component Interface  AGP : Accelerated Graphics Port Chương Nhập môn điện toán Tờ 18 Thiết bị xuất nhập Màn hình ( xuất ) Điều khiển thiết bị Xuất / Nhập Bàn phím PCM Dạng tín hiệu Số bit trao đổi ( Pulse Code Modulation ) MFM RGB ( Red Green Blue ) Song song Nối tiếp ( Modified Frequency Modulation ) Không điều chế Chuột CD ROM Máy in ( bit ) Đồng Bất đồng Chương Đĩa cứng Nhập môn điện toán Đĩa mềm Tờ 19 Màn hình card hình Card hình Màn hình LCD Màn hình CRT Chương Nhập môn điện toán Tờ 20 Hiển thị chế độ văn (text) Chế độ văn Ma trận điểm 8 Chương Kích thước Nhập môn điện toán 8x8 14x8 16x8 Tờ 21 Hiển thị chế độ đồ họa (graphics) Card hình (độ phân giải) cung cấp chế độ hình số điểm ngang x số điểm dọc x số màu (số bit màu) Chế độ đồ họa dung lượng RAM hình 800 x 600 x 16bit = 960.000 byte ⇒ 1MB 1024 x 768 x 32bit = 3.145.728 byte ⇒ MB thể chế độ hình Chương kích thước điểm sáng: 31 mm, 29 mm, 22 mm tần số quét ngang (dòng) 40 KHz, 70 KHz, 90 KHz tần số quét dọc (mành) 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz, Nhập môn điện toán Tờ 22 Vcc Tổ chức ma trận bàn phím (keyboard) nhấn nhả phím nhiều phím Vcc 1 Quét hàng (2→4) 1 Đọc FB 1 1 1 Nhấn Đệm cột đọc Hiện tượng rung phím (5 - 15 ms) Chương Cứng Chống rung Nhập môn điện toán Mềm Tờ 23 Tổ chức thông tin đĩa cứng (hard disk) Cung (sector / record) R Trục đĩa quay 5400 rpm Chiều di chuyển đầu (head) Đầu (Head) CHR Chương Trụ (Cylinder) Vết (Track) Nhập môn điện toán C H Tờ 24 CDROM Pit Land Chứa 330.000 khối liệu Dung lượng 650 MB / 74 Tốc độ x1 = 153.60 KByte/s Thông tin ghi theo rãnh (track) hình xoắn ốc Dùng tia laser đục lổ µm rãnh gọi Pit Phần không bị đục lổ rãnh gọi Land Chương Nhập môn điện toán Tờ 25 Máy in Máy in kim + Máy rẻ tiền + Băng mực rẻ tiền + Lâu + In chậm Chương Máy in phun + Máy rẻ tiền + Mực lỏng, đắt tiền + Mau + In chậm Nhập môn điện toán Máy in laser + Máy đắt tiền + Mực bột, đắt tiền + Lâu + In nhanh Tờ 26 Ma trận điểm máy in kim in nửa dot bề ngang 72 DPI 11 Đầu kim có kim Chương Nhập môn điện toán Tờ 27 [...]... Accelerated Graphics Port Chương 2 Nhập môn điện toán Tờ 18 3 Thiết bị xuất nhập Màn hình ( xuất ) Điều khiển thiết bị Xuất / Nhập Bàn phím PCM Dạng tín hiệu Số bit trao đổi ( Pulse Code Modulation ) MFM RGB ( Red Green Blue ) Song song Nối tiếp ( Modified Frequency Modulation ) Không điều chế Chuột CD ROM Máy in ( 1 bit ) Đồng bộ Bất đồng bộ Chương 2 Đĩa cứng Nhập môn điện toán Đĩa mềm Tờ 19 Màn hình và... đoán trước rẽ nhánh (Branche prediction) Chương 2 Nhập môn điện toán Tờ 14 Cơ chế đường ống - Pipelining P1 P2 P3 P4 P5 Lấy lệnh Phân tích lệnh Xác định toán hạng Thực hiện lệnh Lưu kết quả thi hành xong lệnh P1: L1 P2: P3: P4: P5: Chương 2 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 Nhập môn điện toán Tờ 15 Máy tính song song 3 loại máy song song... 2 lệnh cuối Diễn tả làm thế nào giải quyết Nhập môn điện toán Chương trình Tờ 12 CPU (Tín hiệu điều khiển xuất) CPU có gì bên trong ? Khối CPU (Tín hiệu điều khiển nhập) điều khiển (Xung clock) định thì (Lấy và thi hành lệnh) (Thanh ghi lệnh IR) (Bộ thanh ghi) PC IDX Flags ACC SP Đa dụng Chương 2 ALU Cộng Trừ Nhân Chia And Or Xor Not Dịch Quay Nhập môn điện toán Tờ 13 Kiến trúc bộ xử lý o Kiến trúc... Bất đồng bộ Chương 2 Đĩa cứng Nhập môn điện toán Đĩa mềm Tờ 19 Màn hình và card màn hình Card màn hình Màn hình LCD Màn hình CRT Chương 2 Nhập môn điện toán Tờ 20 Hiển thị trong chế độ văn bản (text) Chế độ văn bản Ma trận điểm 8 8 Chương 2 Kích thước Nhập môn điện toán 8x8 14x8 16x8 Tờ 21 Hiển thị trong chế độ đồ họa (graphics) Card màn hình (độ phân giải) cung cấp các chế độ màn hình số điểm ngang... (dòng) 40 KHz, 70 KHz, 90 KHz tần số quét dọc (mành) 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz, Nhập môn điện toán Tờ 22 Vcc Tổ chức ma trận bàn phím (keyboard) 0 là nhấn 1 là nhả 1 phím nhiều phím Vcc 1 0 1 Quét hàng (2→4) 0 1 1 1 Đọc về FB 1 1 1 1 1 1 Nhấn Đệm cột và đọc về Hiện tượng rung phím (5 - 15 ms) Chương 2 0 Cứng Chống rung Nhập môn điện toán Mềm Tờ 23 Tổ chức thông tin trên đĩa cứng (hard disk) Cung (sector /... (head) Đầu (Head) CHR Chương 2 Trụ (Cylinder) hoặc Vết (Track) Nhập môn điện toán C H Tờ 24 CDROM Pit Land Chứa 330.000 khối dữ liệu Dung lượng 650 MB / 74 min Tốc độ x1 = 153.60 KByte/s Thông tin ghi theo rãnh (track) hình xoắn ốc Dùng tia laser đục lổ 1 µm trên rãnh gọi là Pit Phần không bị đục lổ trên rãnh gọi là Land Chương 2 Nhập môn điện toán Tờ 25 Máy in Máy in kim + Máy rẻ tiền + Băng mực rẻ tiền... Lâu hết mực + In chậm Chương 2 Máy in phun + Máy rẻ tiền + Mực lỏng, đắt tiền + Mau hết mực + In chậm Nhập môn điện toán Máy in laser + Máy đắt tiền + Mực bột, đắt tiền + Lâu hết mực + In nhanh Tờ 26 Ma trận điểm trên máy in kim in nửa dot bề ngang 72 DPI 11 Đầu kim có 9 kim 9 Chương 2 Nhập môn điện toán Tờ 27 ... Máy Von Neumann Chương 2 CPU CPU CPU Bộ nhớ dùng chung Máy Vector 8 ALU Nhập môn điện toán Tờ 16 Tuyến - Bus o o o o o Tuyến là một nhóm các dây dẫn song song mà mỗi đường có nhiệm vụ truyền tải 1 bit thông tin Tuyến hệ thống là tuyến kết nối giữa CPU với các bộ phận mà nó muốn trao đổi thông tin mà cụ thể là bộ nhớ và khối xuất nhập (I/O) Trên một tuyến có thể truyền tải nhiều loại thông tin khác nhau... chiều Độ rộng của tuyến (số đường) xác định chiều dài của một từ (word) thông tin mà CPU trao đổi mỗi lần Ví dụ : CPU dùng bus 16 bit để truyền dữ liệu 32 bit thì phải thực hiện 2 lần Chương 2 Nhập môn điện toán Tờ 17 Kiến trúc tuyến o o Tuyến chuẩn (standard bus) :  MCA : micro channel architecture  ISA : insdustry standard architecture  IBM AT : advanced technology  PS/2 : personal system 2 ... cache là làm giảm thời gian đợi (wait-state) của CPU khi truy xuất bộ nhớ chính bằng cơ chế đọc trước các ô nhớ kế tiếp Khái niệm "trúng cache" Các bộ xử lý hiện đại đều có cache bên trong Chương 2 Nhập môn điện toán Tờ 11 Bộ xử lý - Processor o o Bộ xử lý hay còn gọi là CPU là nguồn phát sinh mọi hoạt động của máy tính Bộ xử lý điều khiển hoạt động của máy tính thông qua việc lấy và thi hành lệnh nằm trong ... Chương Nhập môn điện toán Tờ 2.Kiến trúc máy tính o Kiến trúc máy tính ngày biết đến hệ thống gồm có :  Bộ nhớ (memory)  Bộ xử lý (processor)  Các tuyến (buses) Chương Nhập môn điện toán Tờ... in ( bit ) Đồng Bất đồng Chương Đĩa cứng Nhập môn điện toán Đĩa mềm Tờ 19 Màn hình card hình Card hình Màn hình LCD Màn hình CRT Chương Nhập môn điện toán Tờ 20 Hiển thị chế độ văn (text) Chế... Chương Nhập môn điện toán Tờ 25 Máy in Máy in kim + Máy rẻ tiền + Băng mực rẻ tiền + Lâu + In chậm Chương Máy in phun + Máy rẻ tiền + Mực lỏng, đắt tiền + Mau + In chậm Nhập môn điện toán Máy