Bài giảng Tin học đại cương: Chương 2 - Đặng Xuân Hà

Bài giảng Tin học đại cương: Chương 2 - Kiến trúc máy tính bao gồm những nội dung về máy tính là gì? Mô hình kiến trúc cơ bản của máy tính; central processing unit; computer memory; computer bus; peripheral devices; software. Mời các bạn tham khảo bài giảng để bổ sung thêm kiến thức về lĩnh vực này.

Chương 1.2 Kiến trúc máy tính 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính Tin học đại cương (Ch2 Kiế Kiến trú trúc máy tính) nh) Đặng Xuân Hà Department of Software Engineering, Faculty of Information Technology, Hanoi Agricultural University Web: http://www.hau1.edu.vn/it/dxha Email: dxha at hau1.edu.vn; dangxuanha at gmail.com Máy tính gì? Mơ hình kiến trúc máy tính Central processing unit Computer memory Computer bus Peripheral devices Software 02/03/2007 Máy tính gì? „ Chương Kiến trúc máy tính Đây máy vi tính Xử lý liệu để có thơng tin mong muốn … Nhận liệu vào lý liệu theo chương trình lập sẵn … Đưa thông tin … Xử „ Máy tính tạo nên … Phần … Phần „ „ cứng (hardware): thiết bị vật lý máy tính mềm (software): chương trình lập sẵn Thế hệ MT hệ Các loại máy tính: super, mainframe, mini, micro, handheld 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 „ Chức … … „ … … „ … … … Đặng Xuân Hà Nhận lệnh từ chương trình nằm nhớ Giải mã lệnh Thực lệnh Bao gồm … Điều khiển MT hoạt động theo chương trình Xử lý liệu Nguyên tắc … Chương Kiến trúc máy tính Central Processing Unit (CPU) Mơ hình kiến trúc máy tính 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính CU – Control Unit ALU – Arithmetic and Logic Unit Registers (thanh ghi) nơi chứa số liệu kết tính tốn Bus Interface Unit - Bus nội 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính Chương 1.2 Kiến trúc máy tính 02/03/2007 Khối điều khiển (CU - Control Unit) „ Khối tính tốn (ALU - Arithmetic Logic Unit) Điều khiển hoạt động CPU thành phần khác „ … Các phép toán số học: +,-,*,/ phép toán logic: NOT, AND, OR,… … Các phép so sánh …… … Đọc lệnh từ chương trình nhớ (instruction fetch) … Giải mã lệnh (instruction decode) … Thực thi lệnh giải mã cách (instruction excution) 02/03/2007 Thực phép toán số học logic … Các „ Dữ liệu … Số nguyên (integer) … Số dấu phảy tĩnh (fixed point number) … Số dấu phảy động (floating point number) Chương Kiến trúc máy tính Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 Tập ghi (Registers) Một vài vi xử lý Lưu trữ toán hạng, kết thơng số khác q trình tính tốn CPU „ Bao gồm „ „ Intel processor „ AMD processor … Con trỏ chương trình (PC - Program Counter) ghi đa chức … Thanh ghi số (index register) … Thanh ghi cờ (flag register) … Các Đây vi xử lý (microprocessor) chứa CPU thiết bị khác 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính Computer memory „ „ Bộ nhớ sử dụng để lưu trữ chương trình, liệu Bao gồm: „ „ „ nhớ đệm (cache) … Bộ nhớ (main memory) … Bộ nhớ (auxiliary or external memory) „ Chứa chương trình liệu xử lý Được kết nối trao đổi liệu trực tiếp với CPU Được tổ chức thành ngăn nhớ, đánh địa trực tiếp CPU Bao gồm … ROM Bộ nhớ “gần” CPU tốc độ giá thành chế tạo cao „ „ „ „ „ „ Chương Kiến trúc máy tính Đặng Xuân Hà 11 02/03/2007 (Read Only Memory) CPU đọc nhớ Chứa chương trình, liệu máy tính Khơng bị liệu tắt máy tính hay điện … RAM 02/03/2007 10 Bộ nhớ (main memory) … Bộ „ Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 (Random Access Memory) CPU đọc ghi nhớ Chứa liệu, chương trình nạp, thực Dữ liệu bị xố tắt máy tính hay điện Chương Kiến trúc máy tính 12 Chương 1.2 Kiến trúc máy tính 02/03/2007 Một vài nhớ RAM Bộ nhớ đệm (cache) Đặt CPU nhớ „ Tốc độ cao „ Dung lượng nhỏ „ Mục đích: Tăng tốc độ trao đổi thơng tin CPU RAM „ Được chia thành nhiều mức „ … Cache L1 (Level 1) L2 … Càng gần CPU tốc độ cao … Cache „ 02/03/2007 13 Chương Kiến trúc máy tính Tổng kết nhớ máy tính Main memory (RAM+ROM) Electronic disk „ „ Dung lượng tăng dần „ Tập hợp đường dây kết nối thành phần máy tính lại với Độ rộng bus: số lượng dây có khả vận chuyển thông tin đồng thời (dùng cho bus địa liệu) Bao gồm địa (address bus): Vận chuyển địa từ CPU đến mô-đun nhớ (bộ nhớ tạo nhiều mô-đun) … Bus liệu (data bus) vận chuyển: Optical Disk „ „ Magnetic Tape Chương Kiến trúc máy tính Lệnh từ nhớ tới CPU Dữ liệu thành phần … Bus điều khiển (control bus): vận chuyển tín hiệu điều khiển (đọc, ghi, ngắt,…) 15 Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 „ Thiết bị ngoại vi (peripheral devices) hay thiết bị vào/ra (I/O - Input/Output devices), có chức năng: … Trao „ „ „ đổi thông tin máy tính giới bên ngồi Vào: Nhập chương trình, liệu Ra: Xuất thông tin, kết Hệ thống vào/ra bao gồm … Thiết … Ghép „ … Thiết Đặng Xuân Hà 17 bị ngoại vi nối vào/ra (các cổng vào/ra,…) Ví dụ … Thiết Chương Kiến trúc máy tính 16 Thiết bị ngoại vi Hình ảnh bên máy tính 02/03/2007 14 … Bus Magnetic Disk 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 Computer bus Cache Tốc độ tăng dần Ví dụ: CPU Intel Petium III 256KB Cache 02/03/2007 bị vào: bàn phím bị ra: hình Chương Kiến trúc máy tính 18 Chương 1.2 Kiến trúc máy tính 02/03/2007 6.1 Thiết bị vào sở „ „ „ 6.2 Bộ nhớ (external memory) Là thiết bị vào tối cần thiết Phục vụ nhu cầu vào Bao gồm „ … Chương … Dữ … Bàn phím (keyboard): Thiết bị nhập liệu thơng qua gõ phím … Chuột (mouse)???: Thiết bị nhập liệu thông qua việc di chuyển/trực quan … Màn hình (monitor) : Thiết bị hiển thị thơng tin/dữ liệu „ „ „ Loại hình: CRT, LCD Độ phân giải: kích thước (số điểm) hiển thị (800x600,…) Card hình (display adapter) thiết bị kết nối hình hệ thống Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 Lưu trữ tài nguyên 19 „ „ trình: hệ điều hành, chương trình ứng dụng,… liệu: văn bản, âm thanh, hình ảnh,… Được kết nối với máy tính dạng thiết bị vào Các loại nhớ … Băng từ (magnetic tape) từ (magnetic disk): floppy/hard disk (đĩa mềm/cứng) … Đĩa quang (optical disk): CD/DVD … Flash memory/electronic disk: USB drive, memory card …… … Đĩa 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính 20 Chương Kiến trúc máy tính 22 Một vài thiết bị nhớ ngồi Dung lượng „ Đĩa mềm ½ inch: 1.44 MB „ Đĩa cứng: 10 - 80GB „ Đĩa CDROM: 200 - 700MB „ Đĩa DVD: 2GB – 15GB „ „ Picture taken from Wikipedia Write-protect tab Hub Shutter Plastic housing Paper ring Magnetic disk Disk sector (512B) Đĩa: truy cập trực tiếp Ỉ nhanh Băng: truy cập Ỉ chậm Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 21 6.3 Một số thiết bị ngoại vi khác „ „ „ Một số hình ảnh Máy in (printer): Xuất thơng tin, liệu giấy Máy quét ảnh (scaner): Nhập liệu cách quét hình ảnh Thiết bị quay số (điện thoại): … Modem „ Các thiết bị mạng: „ „ Modem Bút điện tử (light pen) Máy ảnh số, quay phim số (digital camera) Optical Charater Reader (OCR): Nhận dạng chữ Barcode Reader: Đọc mã vạch 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính Đặng Xuân Hà Barcode Reader Printer Inteface Card (NIC) … Wireless Adapter „ Scaner (Modulation-Demodulation) … Network „ 02/03/2007 Camera 23 02/03/2007 Light pen Chương Kiến trúc máy tính NIC 24 Chương 1.2 Kiến trúc máy tính 02/03/2007 Phần mềm máy tính „ So sánh phần cứng phần mềm Máy tính tạo nên … Phần cứng … Phần mềm „ „ „ Phần cứng … Phần xác máy tính linh kiện điện tử: vi mạch,… … Các thiết bị vật lý: vỏ máy,… „ … Các „ „ „ Phần mềm … Là chương trình người lập sẵn khiển, khai thác tài nguyên phần cứng phục vụ nhu cầu (tính tốn) người … Là phần hồn máy tính „ … Điều 25 Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 „ „ „ „ „ „ „ 26 Phần sụn (firmware) … Các dịch vụ máy tính cài đặt sẵn nhớ ROM … Được 80 - „ Phần mềm tầng trung gian (middleware) … Hệ … Hệ Phần mềm „ - 1955 Phần mềm hệ thống (system application) điều hành (operating system) … Các - 0+ „ Phần cứng 60 - 02/03/2007 „ PHẦN MỀM Vật “mềm” Kỹ thuật sử dụng Trừu tượng Vơ hình Sản xuất người (lập trình) Định tính Khơng hao mòn Chương Kiến trúc máy tính 02/03/2007 % 100 20 „ Phân loại phần mềm Chi phí cho phần cứng phần mềm 40 PHẦN CỨNG Vật “cứng” Vật liệu: kim loại, polyme… Vật chất Hữu hình Sản xuất cơng nghiệp máy móc Định lượng Chịu hỏng hóc, hao mòn theo thời gian + 1970 + 1985 Đặng Xuân Hà Phần mềm ứng dụng (application software) … Các + 2000 Chương Kiến trúc máy tính cơng cụ phát triển phần mềm quản trị sở liệu,… ứng dụng nghiệp vụ (kế tốn, tài chính,…) trình soạn thảo văn bản,… … Chương 27 02/03/2007 Chương Kiến trúc máy tính 28 ... 02/ 03 /20 07 Chương Kiến trúc máy tính 20 Chương Kiến trúc máy tính 22 Một vài thiết bị nhớ ngồi Dung lượng „ Đĩa mềm ½ inch: 1.44 MB „ Đĩa cứng: 10 - 80GB „ Đĩa CDROM: 20 0 - 700MB „ Đĩa DVD: 2GB... Magnetic Disk 02/ 03 /20 07 Chương Kiến trúc máy tính 02/ 03 /20 07 Computer bus Cache Tốc độ tăng dần Ví dụ: CPU Intel Petium III 25 6KB Cache 02/ 03 /20 07 bị vào: bàn phím bị ra: hình Chương Kiến trúc... „ Chương Kiến trúc máy tính Đặng Xuân Hà 11 02/ 03 /20 07 (Read Only Memory) CPU đọc nhớ Chứa chương trình, liệu máy tính Khơng bị liệu tắt máy tính hay điện … RAM 02/ 03 /20 07