CẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐI

CẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐICẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ GHÉP NỐI

9/17/2012 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan cấu trúc máy tính 1.2 Lịch sử phát triển máy tính 1.3 Mơ hình máy tính Von Neumann 1.4 Mơ hình hệ thống bus 1.5 Mức máy tính 1.6 Hệ thống máy tính điển hình 9/17/2012 1.1 Tổng quan cấu trúc máy tính Cấu trúc máy tính bao gồm khía cạnh: • Cấu trúc tập lệnh: nghiên cứu máy tính theo cách nhìn người lập trình • Tổ chức máy tính: nghiên cứu phần cứng máy tính Cấu trúc tập lệnh thay đổi chậm, Tổ chức máy tính thay đổi nhanh Ví dụ: Các máy tính PC dùng xử lý Intel 32 bit từ 80386 đến Pentium 4:  Cùng chung cấu trúc tập lệnh (IA-32)  Có tổ chức khác 1.2 Lịch sử phát triển máy tính (xem tài liệu) • Các máy tính phân làm loại: Máy tính lớn (mainframe) Máy tính nhỏ (minicomputer) Máy vi tính hay máy tính cá nhân (micro computer hay personal computer) 9/17/2012 1.3 Mơ hình máy tính Von Neumann • Mơ hình Von Neumann: máy tính tổ chức theo nguyên tắc xây dựng hoạt động xảy nối tiếp bao gồm thành phần chính: 1.4 Mơ hình hệ thống bus • Mơ hình chia máy tính làm khối: CPU, nhớ cổng vào I/O 9/17/2012 1.5 Mức máy tính 1.6 Hệ thống máy tính điển hình 9/17/2012 1.6.1.CẤU TRÚC BẢN MẠCH CHÍNH • Bản mạch (mainboard) Chứa đựng: —bộ xử lý trung tâm CPU, —hệ thống bus, nhớ (ROM, RAM) —và vi mạch hỗ trợ (chipset) Chức năng: —Là mạch liên kết linh kiện thiết bị ngoại vi thành máy tính thống —Điều khiển tốc độ đường luồng liệu thiết bị —Điều khiển điện áp cung cấp cho linh kiện gắn chết cắm rời Mainboard 10 9/17/2012 11 Các thiết bị MainBoard • • • • • CPU ( Center Processor Unit ) - Đơn vị xử lý trung tâm Mainboard có IC quan trọng Chipset cầu bắc Chipset cầu nam, chúng có nhiệm vụ cầu nối thành phần cắm vào Mainboard nối CPU với RAM, RAM với khe mở rộng PCI v v ROM BIOS ( Read Olly Memory Base Input Output System -Bộ nhớ đọc Lưu chương trình vào sở) RAM CMOS Là chíp nhỏ nằm tích hợp Chipset cầu nam,RAM CMOS ni nguồn Pin 3V liệu RAM CMOS không bị tắt máy Bus hệ thống: tập hợp đường dây dẫn song song để truyền liệu mà qua CPU liên kết với phận khác Xét theo chức năng, bus máy tính gồm bus thành phần: – Bus số liệu: để truyền tải số liệu – Bus địa chỉ: để CPU định vị, chọn ô nhớ hay chọn thiết bị ngoại vi cần liên lạc – Bus điều khiển: để hỗ trợ cho việc trao đổi thông tin trạng thái 12 9/17/2012 Các thiết bị MainBoard 13 Các bước thực kiểm tra Mainboard - Tháo tất thiết bị khỏi Mainboard kể RAM CPU -Cắm Card Test Main vào khe PCI Cấp điện nguồn cho Mainboard bật cơng tắc Power -Lúc có dãy sáng, dựa vào Led cho ta biết tình trạng Mainboard sau : -Trạng thái bình thường Các Led nguồn báo sáng, Led CLk báo sáng cho thấy chế độ điện áp Mainboard có đủ Chipset hoạt động - 14 9/17/2012 * Nếu Mainboard kiểm tra trạng thái bình thường , ta lắp CPU RAM vào bật nguồn kiểm tra lại Tất LED báo sáng, đồng hồ dừng lại FF cho thấy Mainboard linh kiện hoạt động bình thường Đèn BIOS OSC khơng sáng cho thấy CPU chưa hoạt động, thay CPU tốt hư hỏng mạch ổn áp nguồn cho CPU, thiết lập sai tốc độ BUS cho CPU Các LED báo sáng đồng hồ dừng lại C1 cho biết máy bị lỗi nhớ, lỗi nhớ RAM lỗi nhớ Cache gắn Mainboard 15 1.6.2 Bộ nguồn • Chức năng: chuyển điện xoay chiều AC (alternative current) 110220V thành điện chiều DC (direct current) để cung cấp cho mạch điện tử bên máy thiết bị ngoại vi 16 9/17/2012 1.6.2 Bộ nguồn(tt) • • • • • • • • Dây màu cam chân cấp nguồn 3,3V Dây màu đỏ chân cấp nguồn 5V Dây màu vàng chân cấp nguồn 12V Dây màu xanh dương chân cấp nguồn -12V Dây màu trắng chân cấp nguồn -5V Dây màu tím chân cấp nguồn 5VSB(nguồn cấp trước) Dây màu đen Mass Dây màu xanh chân lệnh mở nguồn PS_ON(Power Switch On), điện áp PS_ON = 0V mở, PS_ON > 0V tắt • Dây mầu xám chân bảo vệ Mainboard, dây báo cho Mainboard biết tình trạng nguồn tốt PWR_OK(Power OK), dây có điện áp > 3V Mainboard hoạt động 17 18 9/17/2012 1.6.2 Bộ nguồn(tt) Yêu cầu nguồn: • Ổn định cao: cung cấp điện áp ổn định đủ công suất thời gian dài, không gây lỗi (ví dụ ổ đĩa cứng) • Làm nguội tốt: quạt thơng khí nguồn thiết bị làm nguội cho máy vi tính (bản thân nguồn khơng sinh nhiệt lớn) • Hiệu suất cao: nguồn máy tính đại trang bị logic điều khiển thông minh, đưa nguồn điện vào trạng thái nghỉ máy không sử dụng (tiết kiệm lượng) • Khả mở rộng: Cần có đủ công suất lắp thêm thiết bị (ổ đĩa, thẻ cắm mở rộng, … ) 19 1.6.2 Bộ nguồn(tt) • Kiểm tra nguồn 20 10 9/17/2012 Thực thiết kế Sau tổng hợp, toàn trình triển khai thiết kế thực công cụ nhà cung cấp FPGA: – Ánh xạ (mapping) – Định vị trí(placing) – Định tuyến(routing) Thực thiết kế Ánh xạ (mapping) 47 9/17/2012 Thực thiết kế Định vị trí(placing) Thực thiết kế Định tuyến(routing) 48 9/17/2012 Cấu hình Tạo tập tin mà FPGA hiểu Tập tin gọi dòng bit (bit stream): tập tin BIT Tập tin BIT nạp trực tiếp xuống FPGA Chương 7: BỘ NHỚ I Phân cấp nhớ 98 49 9/17/2012 II Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) • Bất vùng nhớ RAM truy cập khoảng thời gian • Cấu tạo cell RAM bao gồm D flip-flop cộng với phần điều khiển cho phép cell nhớ chọn selected, đọc read, ghi writen 99 Quá trình đọc từ RAM: Select = /Read = CK khơng tích cực DFF khơng lấy tín hiệu vào mạch điều khiển Data In/Out tích cực đưa ngõ Q qua cổng Quá trình ghi vào RAM: Select = /Read = CK tích cực mạch điều khiển Data In/Out khơng tích cực ngõ Q khơng qua cổng  DFF lấy tín hiệu vào từ chân 100 Data In/Out 50 9/17/2012 Tổ chức nhớ RAM • chip ram có m chân tín hiệu địa A0 Am-1 • Tín hiệu điều khiển chọn chip /CS (Chip Seclect) • /WR=0 để ghi liệu lên chip /WR = để đọc liệu từ chip CPU • Tín hiệu địa A0 Am-1 giải mã từ tín hiệu mbit thành 2m nhớ chip Mỗi nhớ chứa w-bit Do chip nhớ có dung lượng 2m x w bit 101 VD: Giải mã hệ thống RAM bước 4x4bit word 102 51 9/17/2012 Giải mã hệ thống RAM bước • Các giải mã theo hàng theo cột hoạt động độc lập với Bộ giải mã cột có chức làm giải mã, lựa chọn tín hiệu địa liệu 103 III BỘ NHỚ ROM (Read Only Memory) Cấu trúc ROM 104 52 9/17/2012 Các loại ROM • PROM cho phép ghi nội dung lần • EPROM (Erasable PROM): ROM cho ghi liệu vào phần chưa ghi • UVPROM (Ultraviolet PROM) : ROM cho phép xóa liệu tia cực tím • EEPROM (Electrically Erasable PROM): ROM xóa liệu điện 105 Ứng dụng ROM để tạo ALU đơn giản 106 53 9/17/2012 Lỗi truyền thơng phương pháp phát lỗi • Nguyên nhân lỗi nhiễu đường truyền Cụ thể liệu đường truyền mã hóa dạng số nhị phân, thực tế giá trị điện áp dòng điện • Phát sinh lỗi, tức làm mức logic chuyển thành mức logic chuyển thành • Để khắc phục tượng này, hệ thống truyền nhận liệu bổ xung thông tin “check bit” kèm với liệu • Có phương pháp để kiểm tra lỗi sửa lỗi xem xét 107 Tỉ lệ bit lỗi • BER (bit error rate): xác suất bit nhận bị lỗi • Thông thường tỉ lệ bit lỗi nhỏ 10-12 cho bit kiểm tra 108 54 9/17/2012 Phát lỗi sửa lỗi single-bit-error • Để phát lỗi trình truyền nhận ký tự kiểm tra chẵn lẻ parity bit, phương pháp đơn giản lâu đời ―Một bit parity, mang giá trị thêm vào ký tự để kiểm tra tổng số bit mang giá trị ký tự chẵn hay lẻ ―Phương pháp không phát lỗi số bit bị lỗi chuỗi nhiều (nhưng số chẵn) 109 Ví dụ • Truyền ký tự ‘b’ theo mã ASCII, chuỗi 1100010 (62h) • Nếu kiểm tra chẵn, bit mang giá trị thêm vào tổng số bit mang giá trị chuỗi lẻ • Chuỗi truyền 11000101 • Hệ thống nhận nhận đếm số bit mang giá trị chuỗi nhận chẵn hay lẻ • Nếu kết chẵn, q trình truyền khơng có lỗi hệ thống khơi phục nội dung truyền • Ngược lại chuỗi nhận bị lỗi 110 55 9/17/2012 Mã Hamming • Để xây dựng loại mã có khả phát tự sửa lỗi dạng single-biterror, ta phải thêm nhiều bit dự phòng chuỗi liệu bit ban đầu 111 Giả sử chuỗi k{ tự ‘a’ cần truyền 1100001 • Q trình mã hóa thực theo bước sau: Các bit dự phòng thêm vào vị trí C1, C2, C4, C8 sau: 112 56 9/17/2012 Bit C1 kiểm tra chẵn tổ hợp bit số {1, 3, 5, 7, 9, 11} Như ví dụ hình, C1 = có bit số 11 (kiểm tra chẵn) Bit C2 kiểm tra chẵn tổ hợp bit {2, 3, 6, 7, 10, 11} Tương tự với phân tích ta có C2 = Bit C4 kiểm tra chẵn lẻ tổ hợp bit {4, 5, 6, 7} C4 trường hợp Bit C8 kiểm tra chẵn lẻ {8, 9, 10, 11} C8 = Chuỗi bit truyền 113 114 57 9/17/2012 115 Kiểm tra dự phòng theo chiều dọc VRC (Vertical Redundancy Checking) • Phương pháp sử dụng để kiểm tra theo khối liệu • Khi truyền nhóm liệu word, bit dự phòng thêm vào word • Kết word sau thêm vào bit kiểm tra chẵn lẻ lại xếp theo hàng • Cuối ta lại kiểm tra chẵn lẻ lần theo chiều dọc 116 58 9/17/2012 Kiểm tra mã vòng CRC • CRC sử dụng mã đa thức khung truyền chia thành trường: trường liệu trường kiểm tra CRC (Cyclic Redundancy Check) • Sau nhận khung truyền, hệ thống kiểm tra theo chế bên gửi • Nếu kết phù hợp, tức khơng có lỗi Nếu kết có khác biệt, lỗi xảy 117 Thực kiểm tra CRC Bên gửi liệu thực theo bước sau: Chuỗi liệu cần truyền coi đa thức M(x) có bậc k thêm n bit số vào đằng sau Với n bậc đa thức sinh G(x) k>n Đa thức thu gồm M(x) chuỗi n bit thêm vào, thực phép chia M(x) cho đa thức G(x) theo phép chia modul 2, phần dư R(x) R(x) có số bit khơng lớn n bit Đa thức truyền T(x) = M(x) + R(x) Bên nhận liệu giả sử T’(x) tiến hành kiểm tra sau: Thực phép chia T’(x) cho đa thức sinh G(x) Nếu kết R’(x) trình truyền khơng có lỗi, kết khác q trình truyền có lỗi 118 59 9/17/2012 • Giả sử ta cần truyền chuỗi liệu M(x)=1101011011 • Đa thức sinh G(x)=10011 (tức G(x)= x4 + x + 1) • Với đa thức sinh vậy, ta thấy n = 4, tức ta thêm số vào chuỗi cần truyền liệu để chuỗi 11010110110000 • Thực phép chia M(x) cho G(x) ta R(x)=1110 119 120 60 9/17/2012 VD: Cần truyền chuỗi liệu M(x)= 11010011101100; G(x)= x³+x+1 Dữ liệu truyền gì? 11010011101100 000 11010011101100 100 < - input with check value 1011 < - divisor 1011 < - divisor 01100011101100 000 < - result 01100011101100 100 < - result 1011 1011 < - divisor 00111011101100 000 00111011101100 100 1011 00010111101100 000 1011 00000001101100 000 00000000001110 100 1011 1011 00000000110100 000 00000000000101 100 1011 101 00000000011000 000 -1011 < - remainder 00000000001110 000 1011 00000000000101 000 101 -00000000000000 100 < -remainder (3 bits) 11010011101100 100 121 Biểu diễn số: • Số bù 1, bù • Số dấu phẩy tĩnh, phẩy động Các phép toán: • Cộng, trừ, nhân, chia số nhị phân Chương trình hợp ngữ: • Các lệnh hợp ngữ: ld, st, addcc, sethi,… • Các liên kết chương trình: macro, luồng liệu, Khối Control section • Biên dịch chương trình: cấp caocấp ASMngơn ngữ máy(mã hóa lệnh, chuyển ngữ kép… Bộ nhớ máy tính: RAM(SRAM,DRAM), ROM Giao tiếp thiết bị ngoại vi: • Các chuẩn giao tiếp: PCI, USB, RS232,… • Hoạt động BUS: đồng bộ, khơng đồng bộ, chuẩn BUS • Các thiết bị: CDROM, đĩa từ, dung lượng đĩa • Lỗi truyền thơng & Các phương pháp phát lỗi 122 61