Bài giảng Nhập môn điện toán - Chương 2: Phần cứng cung cấp cho người học các kiến thức: Hệ thống máy tính, kiến trúc máy tính, thiết bị nhập xuất. Đây là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành công nghệ thông tin và những ai quan tâm dùng làm tài liệu tham khảo.
MƠN NHẬP MƠN ĐIỆN TỐN Chương PHẦN CỨNG 2.1 Hệ thống máy tính 2.2 Kiến trúc máy tính 2.3 Thiết bị xuất nhập Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 65 2.1 Hệ thống máy tính Hệ thống máy tính có khối chức luận lý sau : Khối nhập (input) Bộ nhớ (memory) Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central processing unit) Khối xuất (output) Bộ nhớ phụ (storage) Thiết bị ngoại vi (peripherals) Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 66 33 Khối nhập - Input Giữ vai trò nhận liệu cho máy tính Có nhiệm vụ chuyển đổi thơng tin từ giới ngồi thành liệu mà máy tính xử lý Có nhiều thiết bị làm việc bàn phím (keyboard) thiết bị dùng phổ biến Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Môn : Nhập môn điện toán Chương : Phần cứng Slide 67 Bộ nhớ - Main memory Còn gọi nhớ RAM ROM Có chức : Chứa tạm chương trình sử dụng để xử lý thông tin Chứa tạm liệu Dữ liệu dùng máy tính có loại : Dữ liệu ban đầu nhận từ khối nhập Dữ liệu trung gian xử lý Kết cuối chờ đưa khối xuất Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Môn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 68 34 Đơn vị xử lý trung tâm - CPU Thường gọi xử lý (processor), vi xử lý (micro-processor) 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) ALU dùng để tính tốn phép số học (cộng, trừ, nhân, chia) phép luận lý (not, and, or, xor) Đơn vị điều khiển chi phối tồn hoạt động máy tính cách lấy lệnh từ nhớ, giải mã lệnh thực lệnh Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 69 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khối xuất - Output Ngược lại với khối nhập, khối xuất chuyển liệu mà máy xử lý (số nhị phân) thành dạng thơng tin mà người chấp nhận Hai thiết bị thông dụng dùng khối hình máy in Đơi thơng tin mà máy tính đưa cần xử lý tiếp sau nên phải lưu nhớ phụ (chủ yếu đĩa từ) Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Môn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 70 35 Bộ nhớ phụ - Storage 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) Dữ liệu dùng lại (retrievable data) : ROM & nhớ phụ giữ chương trình hay liệu lâu dài mà không bị bốc Điều cho phép ta sử dụng lại thông tin nhiều lần Môn : Nhập môn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 71 Khoa Cơng nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Thiết bị ngoại vi - Peripherals 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 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Môn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 72 36 2.2 Kiến trúc máy tính Kiến trúc phần cứng máy tính ngày biết đến hệ thống gồm có : Bộ nhớ (memory) Bộ xử lý (processor) Các tuyến (buses) Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 73 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Bộ nhớ nơi chứa chương trình liệu Bộ nhớ ? Read Random Only ROM ROM (Chết) (Không bốc hơi) Phân loại RAM (Sống) (Bốc hơi) Electrically PROM EPROM Erasable EEPROM Programmable Flash ROM (SRAM + EEPROM) Access Memory Static SRAM DRAM Dynamic Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Synchronous SDRAM Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 74 37 Bộ nhớ đệm - Cache Cache nhớ đệm CPU nhớ CPU Bộ nhớ Cache (SRAM) (Mạch điều khiển) Cache chế tạo từ SRAM có tốc độ làm việc cao có dung lượng nhỏ Nhiệm vụ cache làm giảm thời gian đợi (wait-state) CPU truy xuất nhớ chế đọc trước nhớ Khái niệm "trúng cache" Các xử lý đại có cache bên Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 75 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Bộ xử lý - Processor Bộ xử lý hay gọi CPU nguồn phát sinh hoạt động máy tính Bộ xử lý điều khiển hoạt động máy tính thơng qua việc lấy thi hành lệnh nằm nhớ Bật máy Máy tính Lấy lệnh Tắt máy Thi hành lệnh (Ngơn ngữ máy) lệnh đầu mục đích ? làm ? lệnh lệnh lệnh ? lệnh xong ? lệnh cuối Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Diễn tả làm giải Chương trình Mơn : Nhập mơn điện toán Chương : Phần cứng Slide 76 38 CPU (Tín hiệu điều khiển xuất) CPU có bên ? CPU điều khiển Khối (Tín hiệu điều khiển nhập) định (Xung clock) (Lấy thi hành lệnh) (Thanh ghi lệnh IR) (Bộ ghi) PC IDX Flags ACC SP Đa dụng ALU Cộng Trừ Nhân Chia And Or Xor Not Dịch Quay Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 77 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Kiến trúc xử lý Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer) Các lệnh CPU có chiều dài khác Thời 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 chế đường ống (Pipelining) để giảm thời gian thi hành Vấn đề đoán trước rẽ nhánh (Branche prediction) Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 78 39 Cơ chế đường ống - Pipelining P1 P2 P3 P4 P5 Lấy lệnh Phân tích lệnh Xác định tốn hạng Thực lệnh Lưu kết thi hành xong lệnh P1: L1 P2: 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 P3: P4: P5: Môn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 79 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM 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 Bộ nhớ CPU CPU CPU dùng chung Bộ Bộ Bộ nhớ nhớ nhớ riêng riêng riêng Bộ nhớ CPU CPU CPU dùng chung Máy Von Neumann Máy Vector ALU Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 80 40 Tuyến - Bus 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 thơng tin mà cụ thể nhớ khối xuất nhập (I/O) Trên tuyến truyền tải nhiều loại thơng tin khác Một số tuyến có khả truyền thơng tin theo chiều Tuy nhiên, thời điểm, luồng liệu chiều Độ rộng tuyến (số đường) xác định chiều dài từ (word) thơng tin mà CPU trao đổi lần Ví dụ : CPU dùng bus 16 bit để truyền liệu 32 bit phải thực lần Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 81 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Kiến trúc tuyến Tuyến chuẩn (standard bus) : MCA ISA IBM AT PS/2 EISA : micro channel architecture : insdustry standard architecture : advanced technology : personal system : extended insdustry standard architecture Tuyến cục (local bus) : VESA PCI AGP : video electronics standard association : Peripheral Component Interface : Accelerated Graphics Port Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Môn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 82 41 2.3 Thiết bị xuất nhập Màn hình ( xuất ) Điều khiển thiết bị Xuất / Nhập Số bit trao đổi ( Pulse Code Modulation ) MFM RGB Nối tiếp Bàn phím PCM Dạng tín hiệu ( Red Green Blue ) Song song ( Modified Frequency Modulation ) Không điều chế Chuột CD ROM Máy in ( bit ) Bất đồng Đồng Đĩa cứng Đĩa mềm Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 83 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Màn hình card hình Card hình Màn hình LCD Màn hình CRT Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Môn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 84 42 Hiển thị chế độ văn (text) Chế độ văn Ma trận điểm 8 Kích thước 8x8 14x8 16x8 Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 85 Khoa Cơng nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Hiển thị chế độ đồ họa (graphics) Card hình cung cấp chế độ hình (độ phân giải) số điểm ngang x số điểm dọc x số màu (số bit màu) dung lượng RAM hình Chế độ đồ họa 800 x 600 x 16bit = 960.000 byte ⇒ 1MB 1024 x 768 x 32bit = 3.145.728 byte ⇒ MB thể chế độ hình Khoa Cơng nghệ Thơng tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM 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, Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 86 43 Tổ chức ma trận bàn phím (keyboard) Vcc phím nhấn nhả 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) Cứng Chống rung Mềm Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 87 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Tổ chức thông tin đĩa cứng (hard disk) Cung (sector / record) R Trục đĩa quay 5400 rpm Chiều di chuyển đầu (head) H C Đầu (Head) CHR Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Trụ (Cylinder) Vết (Track) Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 88 44 CDROM Pit Lan d 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 khơng bị đục lổ rãnh gọi Land Môn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 89 Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Máy in Máy in kim Máy in phun + Máy rẻ tiền + Băng mực rẻ tiền + Lâu + In chậm Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM + Máy rẻ tiền + Mực lỏng, đắt tiền + Mau + In chậm Máy in laser + Máy đắt tiền + Mực bột, đắt tiền + Lâu + In nhanh Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 90 45 Ma trận điểm máy in kim in nửa dot bề ngang 72 DPI 1 Đầu kim có kim Mơn : Nhập mơn điện toán Chương : Phần cứng Slide 91 Khoa Cơng nghệ Thơng tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM MƠN NHẬP MƠN ĐIỆN TỐN Chương HỆ ĐIỀU HÀNH 3.1 Định nghĩa sơ lược hệ điều hành 3.2 Lịch sử phát triển hệ điều hành 3.3 Phân loại hệ điều hành 3.4 Nhắc lại phần cứng máy tính 3.5 Các khái niệm hệ điều hành 3.6 Các lời gọi dịch vụ HĐH "System call" 3.7 Kiến trúc HĐH Tài liệu tham khảo : chương 1, sách "Modern Operating Systems", Andrew S Tanenbaum: , 2nd ed, Prentice Hall Khoa Công nghệ Thông tin Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Hệ điều hành Slide 92 46 ... Bách Khoa Tp.HCM Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 84 42 Hiển thị chế độ văn (text) Chế độ văn Ma trận điểm 8 Kích thước 8x8 14x8 16x8 Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide... tiền + Lâu + In nhanh Môn : Nhập môn điện toán Chương : Phần cứng Slide 90 45 Ma trận điểm máy in kim in nửa dot bề ngang 72 DPI 1 Đầu kim có kim Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide... hành xong lệnh P1: L1 P2: 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 P3: P4: P5: Mơn : Nhập mơn điện tốn Chương : Phần cứng Slide 79