Cấu trúc máy tính (Trung cấp LRMT) - Nguồn: BCTECH

Các đặc điểm của kiến trúc von-Neumann Kiến trúc von-Neumann dựa trên 3 khái niệm cơ sở: (1) Lệnh và dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ đọc ghi chia sẻ - một bộ nhớ duy nhất được sử dụng [r]

UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

GIÁO TRÌNH

MƠN HỌC: CẤU TRÚC MÁY TÍNH

NGHỀ: KỸ THUẬT LẮP RÁP, SỬA CHỮA MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN ngày…….tháng….năm Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT)

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2020 BM/QT10/P.ĐTSV/04/04

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập nghiên cứu cho giảng viên học sinh nghề Kỹ thuật lắp ráp, sửa chữa máy tính trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu Chúng thực biên soạn tài liệu Cấu trúc máy tính

Tài liệu biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy học tập, lưu hành nội nhà trường nên nguồn thông tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình Cấu trúc máy tính mơn học chun mơn Mục đích giáo trình Cấu trúc máy tính nhằm chuẩn hóa tài liệu giảng dạy học tập cho học sinh trung cấp, đồng thời tài liệu tham khảo chuyên ngành khác lĩnh vực công nghệ thông tin, Kỹ thuật lắp ráp, sửa chữa máy tính

Mục xây dựng biên soạn sở Chương trình khung đào tạo nghề Kỹ thuật lắp ráp, sửa chữa máy tính Hiệu trưởng trường Cao đẳng kỹ thuật công nghệ Bà Rịa - Vũng Tàu phê duyệt

Giáo trình Cấu trúc máy tính dùng để giảng dạy trình độ trung cấp biên soạn theo nguyên tắc quan tâm đến: tính định hướng thị trường lao động, tính hệ thống khoa học, tính ổn định linh hoạt, hướng tới liên thông, chuẩn đào tạo nghề khu vực giới, tính đại sát thực với thực tế

Nội dung giáo trình gồm chương: Chương I : Bảo hộ lao động

Chương II : Vệ sinh lao động sản xuất Chương III: Kỹ thuật an toàn điện

Chương IV: Kỹ thuật an toàn liệu điện

Áp dụng việc đổi phương pháp dạy học, giáo trình biên soạn phần lý thuyết thực hành Giáo trình biên soạn theo hướng mở, kiến thức rộng cố gắng tính ứng dụng nội dung trình bày Trên sở tạo điều kiện để giáo viên học sinh, sinh viên sử dụng thuận tiện việc giảng dạy làm tài liệu học tập, tham khảo nghiên cứu

Trong trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, ban biên soạn mong góp ý thầy cơ, học sinh, sinh viên bạn đọc để giáo trình hoàn thiện

Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày tháng năm ……… Tham gia biên soạn

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1: MỞ DẦU 6

1.Những khái niệm

1.1 Máy tính

1.2 Các nguyên lý xây dựng phân loại máy tính

1.2.1 Các nguyên lý xây dựng máy tính điện tử

1.2.2 Phân loại máy tính

1.3 Ngơn ngữ máy, mức, máy ảo 12

1.4 Các mức máy tính 13

2 Các hệ máy tính 18

2.1 Lịch sử máy tính 18

2.2 Máy tính tương lai 21

3 Thành máy tính 23

CÂU HỎI ƠN TẬP 27

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ 28

1 Thành phần máy tính 28

2 Định nghĩa kiến trúc máy tính 31

2.1 Kiến trúc phần mềm 31

2.2 Tổ chức máy tính 32

2.3 Lắp đặt phần cứng 32

2.3.1 Chuẩn bị dụng cụ cần thiết 32

1.1 Bước đầu tiên: Kiểm tra máy tính bạn 32

1.2 Bước 2: Lắp đặt CPU 33

Bước 3: Cài đặt RAM 33

Bước 4: Lắp đặt bo mạch chủ 33

Bước 5: Lắp đặt quạt làm mát (nếu có) 33

1.3 Bước 6: Lắp đặt hệ thống làm mát cho CPU 33

1.4 Bước 7: Lắp đặt ổ đĩa lưu trữ ổ đĩa quang 33

1.5 Bước 8: Lắp đặt card đồ họa (và phụ kiện PCI-e khác) 33

1.6 Bước 9: Lắp đặt cấp nguồn 34

1.7 Các công đoạn cuối 34

3 Tập lệnh 34

3.1 Các lệnh nhớ, tính tốn… 35

3.2 Các lệnh có điều kiện 35

3.2.1 Ghi nhớ điều kiện 35

3.2.2 Nhảy vòng 37

3.3 Các lệnh chuyển hướng 37

4 Thủ tục 38

5 Tốn hạng 39

CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 41

CHƯƠNG 3: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ 42

2 Bộ điều khiển 44

2.1 Bộ điều khiển điện tử 44

2.2 Bộ điều khiển vi chương trình 45

3 Diễn tiến thi hành lệnh mã máy 46

4 Ngắt 48

5 Kỹ thuật ống dẫn 50

5.1 Giới thiệu 50

5.2 Khó khăn kỹ thuật ống dẫn 51

5.3 Khó khăn cấu trúc 51

5.4 Khó khăn số liệu 52

5.5 Khó khăn điều khiển 53

6 Ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng 54

6.1 Giới thiệu 55

6.1.1 Siêu ống dẫn 55

6.1.2 Siêu ống dẫn vô hướng 56

6.2 Hạn chế 56

1 Các loại nhớ 58

1.1 RAM, ROM 58

1.2 Thiết bị lưu trữ 64

2 Các cấp nhớ 69

2.1 Giới thiệu 69

2.2 Các cấp nhớ 70

2.2.1 Bộ nhớ – Cache, RAM 71

2.2.2 Bộ nhớ ảo – HDD 73

3 Cách truy xuất liệu nhớ 77

4 Hiểu nhớ Cache cách tổ chức nhớ Cache CPU 77

4.1 Khái niệm: cache hit, cache miss, cache penalty 77

4.2 Hoạt động 78

4.2.1 Sắp xếp khối 78

4.2.2 Nhận diện khối 79

4.2.3 Thay khối 82

4.2.4 Chiến thuật ghi 82

4.3 Các mức Cache 84

4.4 Hiệu Cache 85

CÂU HỎI ÔN TẬP 87

CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ NHẬP XUẤT 88

1 Đĩa từ 88

1.1 Giới thiệu 88

1.2 Đĩa cứng 89

1.2.1 Cấu tạo đĩa cứng 89

1.2.2 Các chuẩn ghép nối đĩa cứng 91

1.2.3 Quản lý đĩa cứng 93

2 Đĩa quang 95

2.2 Các loại đĩa quang 97

2.3 Giới thiệu cấu tạo số đĩa quang thông dụng 97

2.3.1 Đĩa CD-ROM, CD-R CD-RW 97

2.3.2 Đĩa DVD-ROM, DVD-R DVD-RW 98

2.3.3 Đĩa HD-DVD Blu-ray DVD 100

3 Các loại thẻ nhớ 100

3.1 Khái niệm 100

3.2 Phân loại 101

3.2.1 Thẻ nhớ đa phương tiện (Multimedia Card): 101

3.2.2 Thẻ nhớ SD (SanDisk TransFlash): 102

3.2.3 Thẻ nhớ CompactFlash (CF) 106

3.3 Khái niệm chuẩn tốc độ 106

4 Băng từ 107

5 Các chuẩn BUS 107

5.1 Bus nối ngoại vi vào xử lý nhớ 108

5.2 Giao tiếp xử lý với phận nhập xuất 112

6 An toàn liệu lưu trữ 114

CÂU HỎI ÔN TẬP 116

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên mơn học: Cấu trúc máy tính

Mã mơn học: MH12

Vị trí, tính chất vai trị mơn đun:

- Vị trí: mô đun môn học sở chuyên ngành bố trí sau sinh viên học xong mơn đun Tin học học trước môn lắp ráp cài đặt máy tính mơn học sở chun ngành đào tạo chun mơn nghề

- Tính chất: Là mơn học chun ngành bắt buộc

- Vai trị mơn học: Là sở ngành trang bị nhũng kiến thức thành phần máy tính Mainboard, CPU, Ram, Ổ cứng, Ổ CD/DVC, Card mạng, Card hình, Màn hình… cách thức, chế hoạt động chúng

Mục tiêu môn học: - Về kiến thức:

+ Trình bày lịch sử máy tính, hệ máy tính cách phân loại máy tính

+ Trình bày thành phần kiến trúc máy tính, tập lệnh Các kiểu kiến trúc máy tính: mơ tả kiến trúc, kiểu định vị

+ Trình bày cấu trúc xử lý trung tâm: tổ chức, chức nguyên lý hoạt động phận bên xử lý Mô tả diễn tiến thi hành lệnh mã máy số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng

+ Trình bày chức nguyên lý hoạt động cấp nhớ + Trình bày phương pháp an toàn liệu thiết bị lưu trữ

- Về kỹ năng: Vận dụng kiến thức học chọn thiết bị cho máy tính bàn hồn chỉnh đáp ứng nhu cầu người sử dụng

- Về lực tự chủ trách nhiệm: Có thể làm việc cách độc lập hay làm việc theo nhóm

CHƯƠNG 1: MỞ DẦU Mã chương : 12.01 Giới thiệu :

Trong chương giới thiệu lịch sử máy tính, cách phân loại máy tính theo cơng dụng hay chức năng, khái niệm thông tin, liệu hệ thống số cách biểu diễn thông tin

Mục tiêu :

- Trình bày khái niệm máy tính

-Trình bày ngun lý xây dựng máy tính - Trình bày lịch sử phát triển máy tính

- Trình bày thành phần máy vi tính - Trình bày thành tựu máy tính

- Phân biệt loại máy tính Nội dung chính:

1.Những khái niệm 1.1 Máy tính

Máy tính cơng cụ cho phép xử lý thông tin cách tự động theo chương trình (program) lập sẵn từ trước

Mục đích làm việc máy tính xử lý thơng tin, chương trình lập sẵn quy định máy tính tiến hành xử lý thơng tin

Chương trình dãy lệnh (tập lệnh: set of instructions) theo trình tự định để thực cơng việc bước theo ý muốn người lập trình

Như vậy, chương trình tập thị để lệnh cho máy tính thực cơng việc nhằm đạt đến mục tiêu hay kết việc thực chương trình Muốn máy tính thực chương trình tự động máy tính phải có chức “nhớ” tập lệnh chương trình

1.2.1 Các nguyên lý xây dựng máy tính điện tử

Máy tính làm việc thông qua chuyển động phận khí, điện tử (electron), photon, hạt lượng tử hay tượng vật lý khác biết Mặc dù máy tính xây dựng từ nhiều cơng nghệ khác song gần tất máy tính máy tính điện tử

Máy tính trực tiếp mơ hình hóa vấn đề cần giải quyết, khả vấn đề cần giải mô gần giống với tượng vật lý khai thác Ví dụ, dịng chuyển động điện tử sử dụng để mơ hình hóa chuyển động nước đập Những máy tính tương tự (analog computer) giống phổ biến thập niên 1960 cịn

Trong phần lớn máy tính ngày nay, trước hết, vấn đề chuyển thành yếu tố toán học cách diễn tả thông tin liên quan thành số theo hệ nhị phân (hệ thống đếm dựa số hay gọi hệ đếm số 2) Sau đó, tính tốn thơng tin tính tốn đại số Boole (Boolean algebra)

Các mạch điện tử sử dụng để miêu tả phép tính Boole Vì phần lớn phép tính tốn học chuyển thành phép tính Bool nên máy tính điện tử đủ nhanh để xử lý phần lớn vấn đề toán học (và phần lớn thông tin vấn đề cần giải chuyển thành vấn đề toán học).[cần dẫn nguồn] Ý tưởng này, nhận biết nghiên cứu Claude E Shannon -người làm cho máy tính kỹ thuật số (digital computer) đại trở thành thực

Khi máy tính kết thúc tính tốn vấn đề, kết hiển thị cho người sử dụng thấy thơng qua thiết bị xuất như: bóng đèn, hình, máy in, máy chiếu

Những người sử dụng máy tính, đặc biệt trẻ em, thường cảm thấy khó hiểu ý tưởng máy tính máy, khơng thể "suy nghĩ" hay "hiểu" hiển thị Máy tính đơn giản thi hành tìm kiếm khí bảng màu đường thẳng lập trình trước, sau thơng qua thiết bị đầu (màn hình, máy in, ) chuyển đổi chúng thành ký hiệu mà người cảm nhận thơng qua giác quan (hình ảnh hình, chữ văn in ra) Chỉ có não người nhận thức ký hiệu tạo thành chữ hay số gắn ý nghĩa cho chúng Trong quan điểm máy tính thứ mà "nhận thấy" (kể máy tính coi có khả tự nhận biết) hạt electron tương đương với số Xem thêm trí tuệ nhân tạo (artificialintelligence) robot

1.2.2 Phân loại máy tính

1.2.2.1 Theo kích thước, cơng dụng ( tính giá tiền) - Siêu máy tính

Một siêu máy tính máy tính vượt trội khả tốc độ xử lý Thuật ngữ Siêu Tính Toán dùng lần đầu báo New York World vào năm 1920 để nói đến bảng tính (tabulators) lớn IBM làm cho trường Đại học Columbia Siêu máy tính có tốc độ xử lý hàng nghìn teraflop (một teraflop tương đương với hiệu suất nghìn tỷ phép tính/giây) hay tổng hiệu suất 6.000 máy tính đại gộp lại (một máy có tốc độ khoảng từ 3-3,8 gigaflop)

- Siêu máy tính cỡ nhỏ

ban thay cấp độ doanh nghiệp mang đến hội cho nhà kinh doanh máy tính bước vào thị trường Nhìn chung, mục tiêu giá máy tính nhỏ 1/10 siêu máy tính lớn Đặc trưng máy tính kết hợp xử lí vector đa xử lí cỡ nhỏ (small-scale)

Sự xuất máy trạm khoa học với giá thấp dựa vi xử lí với đơn vị dấu chấm động (floating point unit, FPU) hiệu cao vào thập kỉ 1990 (nhưR8000 hãng MIPS POWER2 hãng IBM) xoá bỏ nhu cầu dịng máy tính

- Mainframe

Máy tính lớn (tiếng Anh: Mainframe) loại máy tính có kích thước lớn sử dụng chủ yếu công ty lớn ngân hàng, hãng bảo hiểm để chạy ứng dụng lớn xử lý khối lượng lớn liệu kết điều tra dân số, thống kê khách hàng doanh nghiệp, xử lý giao tác thương mại

Hiện thị trường máy tính lớn IBM chiếm 99%, với máy IBM ZSeries (hệ điều hành MVS) Z có nghĩa Zero, Zero downtime, có nghĩa máy hoạt động 24/24 ngày, 7/7 ngày tuần, 365/365 ngày không ngừng So với máy tính loại nhỏ máy tính cá nhân, máy tính lớn xe tăng: vững chắc, nhận hàng ngàn lệnh lúc Ví dụ máy IBM Z9 (2008) cài 20 processor đáp ứng 8000.000.000 (8 tỉ) lệnh giây

- Máy chủ doanh nghiệp

Là hệ thống máy tính chủ yếu dùng để phục vụ cho doanh nghiệp lớn Ví dụ loại máy chủ máy chủ web, máy chủ in ấn, máy chủ sở liệu Tính chất chủ yếu để phân biệt máy chủ doanh nghiệp tính ổn định cố ngắn hạn gây thiệt hại việc mua cài đặt hệ thống Lấy ví dụ, hệ thống máy tính thị trường chứng khốn cấp quốc gia có trục trặc, cần ngưng hoạt động vịng vài phút cho thấy việc thay toàn hệ thống hệ thống đáng tin cậy giải pháp tốt

Workstation (một số tài liệu gọi máy trạm) sử dụng theo nghĩa: Workstation http://en.wikipedia.org/wiki/Microcomputer thiết kế dành để chạy ứng dụng kỹ thuật khoa học.Mục đích cho việc tạo máy tính để phục vụ cho người thời điểm kết nối với qua mạng máy tính phục vụ nhiều User lúc Một nhóm máy trạm xử lý cơng việc máy tính lớn Main Frame kết nối mạng với Các máy trạm cung cấp hiệu suất cao máy tính để bàn, đặc biệt CPU, đồ họa, nhớ khả xử lý đa nhiệm Nó tối ưu hóa cho việc xử lý loại liệu phức tạp vẽ 3D khí, mơ thiết kế, vẽ tạo hình ảnh động, logic tốn học Thơng thường phận giao tiếp với máy trạm bao gồm: hình với độ phân giải cao, bàn phím chuột Đơi cấp kết nối với nhiều hình, máy tính bảng đồ họa chuột 3D Hiện nay, thị trường máy trạm ơng lớn ngành máy tính DELL, HP, SONY, bán Windows/ Linux chạy CPU Intel Xeon/AMD Opteron

- Máy tính cá nhân (PC_ personal computer ) loại máy vi tính nhỏ với giá cả, kích thước tương thích khiến hữu dụng cho cá nhân

+ Máy tính để bàn (Desktop) + Máy tính xách tay (Laptop) + Máy tính

+ Thiết bị kỹ thuật số PDA 1.2.2.2 Theo kiến trúc

- Kiến trúc máy tính von-neumann

Hình 1.1 Kiến trúc máy tính von-Neumann ngun thuỷ

Các máy tính đại ngày sử dụng kiến trúc máy tính von-Neumann cải tiến – cịn gọi kiến trúc máy tính von-Neumann đại, minh hoạ Hình 1.2

Hình 1.2 Kiến trúc máy tính von-Neumann đại

Các đặc điểm kiến trúc von-Neumann Kiến trúc von-Neumann dựa khái niệm sở: (1) Lệnh liệu lưu trữ nhớ đọc ghi chia sẻ - nhớ sử dụng để lưu trữ lệnh liệu, (2) Bộ nhớ đánh địa theo vùng, không phụ thuộc vào nội dung lưu trữ (3) Các lệnh chương trình thực Quá trình thực lệnh chia thành giai đoạn (stages) chính: (1) CPU đọc (fetch) lệnh từ nhớ, (2) CPU giải mã thực lệnh; lệnh yêu cầu liệu, CPU đọc liệu từ nhớ; (3) CPU ghi kết thực lệnh vào nhớ (nếu có)

Kiến trúc máy tính Harvard kiến trúc tiên tiến minh hoạ Hình

Hình 1.3 Kiến trúc máy tính Harvard

Kiến trúc máy tính Harvard chia nhớ thành hai phần riêng rẽ: Bộ nhớ lưu chương trình (Program Memory) Bộ nhớ lưu liệu (Data Memory) Hai hệ thống bus riêng sử dụng để kết nối CPU với nhớ lưu chương trình nhớ lưu liệu Mỗi hệ thống bus có đầy đủ ba thành phần để truyền dẫn tín hiệu địa chỉ, liệu điều khiển Máy tính dựa kiến trúc Harvard có khả đạt tốc độ xử lý cao máy tính dựa kiến trúc von-Neumann kiến trúc Harvard hỗ trợ hai hệ thống bus độc lập với băng thơng lớn Ngồi ra, nhờ có hai hệ thống bus độc lập, hệ thống nhớ kiến trúc Harvard hỗ trợ nhiều lệnh truy nhập nhớ thời điểm, giúp giảm xung đột truy nhập nhớ, đặc biệt CPU sử dụng kỹ thuật đường ống (pipeline)

1.3 Ngôn ngữ máy, mức, máy ảo

Một máy tính có n cấp xem n máy ảo khác nhau, máy ảo có ngơn ngữ máy riêng Các thuật ngữ “cấp” “máy ảo” dùng thay cho Chỉ có chương trình viết ngơn ngữ L1 thực trực tiếp mạch điện tử mà không cần can thiệp dịch phiên dịch Các chương trình viết L2, L3, , Ln phải phiên dịch trình phiên dịch chạy cấp thấp phải dịch sang ngôn ngữ khác tương ứng với cấp thấp

Một người viết chương trình cho máy ảo cấp n khơng cần biết trình phiên dịch dịch cấu trúc máy đảm bảo chương trình thực thi cách cách khác Hoặc chúng thực thi thị một trình phiên dịch, đến lượt trình phiên dịch thực thi trình phiên dịch khác, chứng thực thi trực tiếp bới mạch đỉện tử Kết trường hợp, chương trình dược thực thi

Hầu hết lập trình viên sử dụng máy n cấp quan đến cấp cao nhất, người quan tâm đến ngôn ngữ cấp thấp Tuy nhiên, cần tìm hiểu cách thức máy tính làm việc thực phải nghiên cứu tất cấp Những người quan tâm đến việc thiết kế máy tính cấp phải làm quen với cấp máy khác cấp cao Các khái niệm kỹ thuật xây dựng máy chuỗi cấp chi tiết số cấp quan trọng tạo thành chủ đề giáo trình

Máy tính xem xét hệ thống cấp có thứ bậc cho ta cấu trúc cấu tổ chức tốt nhằm tìm hiểu cách tổ chức máy tính Hơn nữa, việc thiết kế hệ thống máy tính chuỗi cấp giúp ta đảm bảo thành có câu trúc tơt

1.4 Các mức máy tính

Hình 1.5 Sáu cấp máy tính Phương pháp hỗ trợ cho cấp ra ở phía cấp, với tên chương trình hỗ trợ dấu ngoặc đơn.

vi xử lý máy vi tính, ngày có nhiều người tiếp xúc với cấp logic số Từ lý này, ta dành trọn chương để đề cập đến chúng

Cấp cấp 1, cấp ngôn ngữ máy thật Trái ngược với cấp 0, khơng có khái niệm chương trình chuỗi thị thực thi, cấp có chương trình gọi vi chương trình ( microprogram ) làm nhiệm vụ phiên dịch cẩc thị cấp Chúng ta gọi cấp cấp vi lập trình ( micro programming level ) Mặc dù khơng có máy tính có cấp vi lập trình hồn tồn nhau, tương đồng chúng đủ cho phép ta rút đặc trưng cần thiết thảo luận cấp thể cấp định nghĩa đầy đủ Một vài máy có nhiều 20 thị câp hầu hết thị di chuyên liệu từ phần đến phần khác máy, thực sô' việc kiểm tra đơn giản

Mỗi máy cấp có nhiều vi chương trình chạy chúng Mỗi vi chương trình xác định hồn tồn ngơn ngữ cấp (hoặc máy ảo với ngôn ngữ máy ngôn ngữ cấp ) Các máy cấp có nhiều điểm chung, chí máy cấp hãng khác có nhiều điểm tương đồng khác biệt Trong sách gọi cấp cấp máy qui ước ( conventional machine level khơng có tên gọi tổng quát

Cũng cần lưu ý, sơ' máy tính khơng có cấp vi lập trình

Trên máy này, thị cửa cạp máy qui ước thực thi trực tiếp mạch điện tử ( cấp ), trình phiên dịch máy cấp 1, kết cấp ( cấp ) cấp máy qui ước Tuy nhiên ta gọi cấp cấp máy qui ước bất chấp ngoại lệ

Cấp thứ ba thường cấp hỗn hợp ( hybrid level ) Hầu hết thị ngôn ngữ cấp máy nàỵ ngôn ngữ câp ( khơng có lý thị xuất cấp lại diện cấp khác ) Thêm vào lại có tập thị mới, tổ chức nhớ khác, khả chạy hay nhiều chương trình song song nhiều đặc trưng khác Sự thay đổi hữu nhiều máy cấp máy cấp hay cấp

Các tiện nghi thêm vào cấp thực thi trình phiên dịch chạy cấp 2, gọi hệ điều hành (operating system)

Nhiều thị cấp khác, giống thị cấp thực thi trực tiếp vi chương trình, khơng phải hệ điều hành Nói cách khác, số thị cấp phiên dịch hệ điều hành sô thị cấp phiên dịch trực tiếp vi chương trình, ta gọi cấp hỗn hợp Chúng ta gọi cấp cấp máy hệ điều hành ( operating system machine level )

Có bước ngoặt cấp câp Ba câp thâ’p không thiết kế đẻ 'sư dụng trực tiếp bới ngưịi lập trình thơng thường mà dự định chu yếu để chạy trinh dịch trình phiên dịch cần hỗ trợ cho cấp cao Các trình dịch trình phiên dịch viết lập trình viên hệ thống ( system programmer ), người chuyên thiết kê thực máy ảo Câ'p cấp dự định dành cho người lập trình ứng dụng ( applications programmer ) nhằm giải ván đề

Sự khác khác cap 1, mặt cấp 4, cao mặt khác chất ngôn ngữ cung cấp Các ngôn ngữ máy cấp 1, có dạng số

Chương trình ngơn ngữ bao gồm chuỗi dài số, chúng tốt với máy xấu người Bắt đầu từ cấp 4, ngôn ngữ chứa từ chữ viết tắt mang ý nghĩa người

Cấp 4, cấp ngôn ngữ hợp dịch hay cấp hợp ngữ ( assembly language level ) thật dạng tượng trưng cho ngôn ngữ Cấp cung cấp phương pháp viết chương trình cho cấp 1, dạng khơng gây khó chịu ngơn ngữ máy chúng Các chương trình viết hợp ngữ trước tiên dịch sang ngôn ngữ cấp 1, 3, sau phiên dịch' máy ảo thực tương ứng Chương trình thực việc dịch gọi trình dịch hợp ngữ ( assembler )

Cấp bao gồm ngồn ngữ thiết kế dành cho người lập trình ứng đụng nhằm giải quyêt vấn đề Các ngơn ngữ gọi ngón ngữ cấp cao ( high level language )

Theo nghĩa đen có vài trăm ngôn ngữ khác Một vài ngôn ngữ tiếng BASIC, c, COBOL, FORTRAN, LISP, Mođula PASCAL ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng ( object- oriented programming language ) sau C++, J++, v.v

Các chương trình viết ngôn ngữ thường dịch sang cấp cấp trình dịch gọi trình biên dịch ( compiler ) đơi chúng phiên dịch

Cấp cấp bao gồm tập hợp chương trình thiết kế đê tạo máy dành riêng cho ứng dụng đặc biệt, Chúng chứa lượng-lớn thơng tin ứng dụng

Tóm lại, vấn đề cần nhớ máy tính thiết kế thành chuồi cấp, câ'p xây dựng cấp trước Mỗi cấp biểu thị quan điểm trừu tượng riêng, với đôi tượng thao tác khác Bằng cách thiết kế phân tích máy tính theo cách này, tạm thời bỏ qua chi tiết khơng thích hợp làm cho vấn đề phức tạp hiểu dễ dàng

Tập loại liệu, thao tác đặc trứng cấp gọi cấu trúc ( architecture ) câ'p Cấu trúc xử lý khía cạnh nhìn thấy đốì với người sử dụng cấp Các đặc trưng người lập trình thấy có nhớ có giá trị phạn cấu trúc Các khía cạnh thực ( implemen tation aspect ) loại công nghệ chip sử dụng để thực nhớ phần cấu trúc việc nghiên cứu cách thiết kế phần hệ thống máy tính mà người lập trình nhìn thấy gọi cấu trúc máy tính

Trong thực tế, cấu trúc máy tính ( computer architecture ) tố chức máy tính ( computer organisation ) chất muốn nói đến việc

2 Các hệ máy tính 2.1 Lịch sử máy tính

Sự phát triển máy tính mơ tả dựa tiến công nghệ chế tạo linh kiện máy tính như: xử lý, nhớ, ngoại vi, Ta nói máy tính điện tử số trải qua bốn hệ liên tiếp Việc chuyển từ hệ trước sang hệ sau đặc trưng thay đổi công nghệ

Hình 1.6 Máy tính ENIAC

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) máy tính điện tử số Giáo sư Mauchly người học trò Eckert Đại học Pennsylvania thiết kế vào năm 1943 hoàn thành vào năm 1946 Đây máy tính khổng lồ với thể tích dài 20 mét, cao 2,8 mét rộng vài mét ENIAC bao gồm: 18.000 đèn điện tử, 1.500 công tắc tự động, cân nặng 30 tấn, tiêu thụ 140KW Nó có 20 ghi 10 bit (tính tốn số thập phân) Có khả thực 5.000 phép tốn cộng giây Cơng việc lập trình tay cách đấu nối đầu cắm điện dùng ngắt điện

Vào năm đầu thập niên 50, máy tính thương mại đưa thị trường: 48 hệ máy UNIVAC I 19 hệ máy IBM 701 bán

Thế hệ thứ hai (1958-1964)

Công ty Bell phát minh transistor vào năm 1947 hệ thứ hai máy tính đặc trưng thay đèn điện tử transistor lưỡng cực Tuy nhiên, đến cuối thập niên 50, máy tính thương mại dùng transistor xuất thị trường Kích thước máy tính giảm, rẻ tiền hơn, tiêu tốn lượng Vào thời điểm này, mạch in nhớ xuyến từ dùng Ngôn ngữ cấp cao xuất (như FORTRAN năm 1956, COBOL năm 1959, ALGOL năm 1960) hệ điều hành kiểu (Batch Processing) dùng Trong hệ điều hành này, chương trình người dùng thứ chạy, xong đến chương trình người dùng thứ hai tiếp tục

Thế hệ thứ ba (1965-1971)

Thế hệ thứ ba đánh dấu xuất mạch kết (mạch tích hợp - IC: Integrated Circuit) Các mạch kết độ tích hợp mật độ thấp (SSI: Small Scale Integration) chứa vài chục linh kiện kết độ tích hợp mật độ trung bình (MSI: Medium Scale Integration) chứa hàng trăm linh kiện mạch tích hợp

Mạch in nhiều lớp xuất hiện, nhớ bán dẫn bắt đầu thay nhớ xuyến từ Máy tính đa chương trình hệ điều hành chia thời gian dùng

Thế hệ thứ tư (1972-????)

Thế hệ thứ tư đánh dấu IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large Scale Integration) chứa hàng ngàn linh kiện Các IC mật độ tích hợp cao (VLSI: Very Large Scale Integration) chứa 10 ngàn linh kiện mạch Hiện nay, chip VLSI chứa hàng triệu linh kiện

Các nhớ bán dẫn, nhớ cache, nhớ ảo dùng rộng rãi

Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý máy tính không ngừng phát triển: kỹ thuật ống dẫn, kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao,

Việc chuyển từ hệ thứ tư sang hệ thứ chưa rõ ràng Người Nhật tiên phong chương trình nghiên cứu đời hệ thứ máy tính, hệ máy tính thơng minh, dựa ngơn ngữ trí tuệ nhân tạo LISP PROLOG, giao diện người - máy thông minh Đến thời điểm này, nghiên cứu cho sản phẩm bước đầu gần (2004) mắt sản phẩm người máy thông minh gần giống với người nhất: ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility: Bước chân tiên tiến đổi chuyển động). Với hàng trăm nghìn máy móc điện tử tối tân đặt thể, ASIMO lên/xuống cầu thang cách uyển chuyển, nhận diện người, cử hành động, giọng nói đáp ứng số mệnh lệnh người Thậm chí, bắt chước cử động, gọi tên người cung cấp thông tin sau bạn hỏi, gần gũi thân thiện Hiện có nhiều công ty, viện nghiên cứu Nhật thuê Asimo tiếp khách hướng dẫn khách tham quan như: Viện Bảo tàng Khoa học lượng Đổi quốc gia, hãng IBM Nhật Bản, Công ty điện lực Tokyo Hãng Honda bắt đầu nghiên cứu ASIMO từ năm 1986 dựa vào nguyên lý chuyển động hai chân Cho tới nay, hãng chế tạo 50 robot ASIMO

Các tiến liên tục mật độ tích hợp VLSI cho phép thực mạch vi xử lý ngày mạnh (8 bit, 16 bit, 32 bit 64 bit với việc xuất xử lý RISC năm 1986 xử lý siêu vơ hướng năm 1990) Chính xử lý giúp thực máy tính song song với từ vài xử lý đến vài ngàn xử lý Điều làm chuyên gia kiến trúc máy tính tiên đốn hệ thứ hệ máy tính xử lý song song

2.2 Máy tính tương lai

cơ học lượng tử nào? Đó mối quan tâm không người sử dụng máy tính mà cịn mối quan tâm nhà nghiên cứu hãng máy tính

Ý tưởng máy tính lượng tử đề xuất lần vào năm 1980 nhà toán học người Đức gốc Nga Yuri Manin cách sử dụng hiệu ứng chồng chập vướng víu lượng tử để thực tính tốn liệu đưa vào Khác với máy tính kỹ thuật số dựa tranzitor địi hỏi cần phải mã hóa liệu thành chữ số nhị phân, số gán cho trạng thái định 1, tính tốn lượng tử sử dụng bit lượng tử trạng thái chồng chập để tính tốn Điều có nghĩa thời điểm, bit lượng tử - đơn vị thông tin điện tốn, viết tắt qubit - có giá trị Về mặt lý thuyết, máy tính có nhiều qubit có khả xử lý lượng tác vụ vơ lớn tính tốn số học thực tìm kiếm sở liệu lớn (Big data) thời gian nhanh nhiều so với máy tính thơng thường

Hiện nay, nhiều phịng thí nghiệm khắp giới chế tạo thiết bị có khả thực phép tính lượng tử số nhỏ qubit Năm 2007, công ty D-Wave Canada công bố máy tính lượng tử có khả thương mại hóa mang tên D-Wave One Tiếp theo, D-Wave cho đời phiên thứ máy tính lượng tử mang tên D-Wave Tháng 6/2011, Cơng ty D-Wave Systems, Inc., bán máy tính lượng tử thương mại cho đối tác công ty quốc phòng Lockheed Martin (Bethesda, Maryland, Hoa Kỳ) Theo lý thuyết, D-Wave có khả giải vấn đề mà siêu máy tính chưa làm nhiều lĩnh vực, mật mã, công nghệ nano, trí tuệ nhân tạo

và cần từ 15 đến 25 năm để chứng minh khả ứng dụng thực tế D-Wave

Vậy sử dụng máy tính lượng tử với máy tính cá nhân nay? Theo Smelyanskiy, khó sở hữu máy tính lượng tử vài thập kỷ tới Hơn nữa, chức máy tính lượng tử giải vấn đề tính tốn lớn phức tạp, khơng giống cách sử dụng máy tính cá nhân truyền thống

3 Thành máy tính

Qui luật Moore phát triển máy tính

Hình 1.7 Đánh giá thành máy tính

Hình 1.7 cho thấy diễn biến thành tối đa máy tính Thành tăng theo hàm số mũ, độ tăng trưởng máy vi tính 35% năm, cịn loại máy khác, độ tăng trưởng 20% năm Điều cho thấy tính máy vi tính vượt qua loại máy tính khác vào đầu thập niên 90

Máy tính dùng thật nhiều xử lý song song thích hợp phải làm tính thật nhiều

Sự tăng trưởng theo hàm số mũ công nghệ chế tạo transistor MOS nguồn gốc thành máy tính

Sự phát triển cơng nghệ máy tính đặc biệt phát triển vi xử lý máy vi tính làm cho máy vi tính có tốc độ vượt qua tốc độ xử lý máy tính lớn

Hình 1.8 Sự phát triển xử lý Intel dựa vào số lượng Transistor mạch tích hợp theo quy luật Moore

-Kết quy luật Moore là: -Chi phí cho máy tính giảm

-Giảm kích thước linh kiện, máy tính giảm kích thước

-Hệ thống kết nối bên mạch ngắn: tăng độ tin cậy, tăng tốc độ -Tiết kiệm lượng cung cấp, toả nhiệt thấp

Một số khái niệm liên quan:

Hình 1.9 Xung nhịp xử lý MOS

Mật độ tích hợp số linh kiện tích hợp diện tích bề mặt silicon cho sẵn, cho biết số nhiệm vụ mạch có thực

-Tần số xung nhịp xử lý cho biết -Tần số thực nhiệm vụ

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Dựa vào tiêu chuẩn người ta phân chia máy tính thành hệ? Đặc trưng máy tính hệ thứ nhất?

3 Đặc trưng máy tính hệ thứ hai? Đặc trưng máy tính hệ thứ ba? Đặc trưng máy tính hệ thứ tư? Việc phân loại máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào?

7 Khái niệm thông tin máy tính hiểu nào? Lượng thơng tin gì?

Bài tập

Đổi số 42 sang dạng số sau Thập lục phân (Hex)

Nhị phân (Bin)

Đổi số sau sang dạng số nhị phân cộng sốnhị phân lại: 189 36

- Số nhị phân bit (11001100)2, số tương ứng với số nguyên thập phân códấu số biểu diễn cách biểu diễn: Dấu trị tuyệt đối,

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ Mã chương : 12.02

Giới thiệu :

Giới thiệu tập lệnh kiến trúc máy tính, kiểu định vị dùng kiến trúc, loại chiều dài toán hạng, tác vụ mà máy tính thực hiện, kiểu cấu trúc RISC

Mục tiêu

- Trình bày tập lệnh kiến trúc máy tính, kiểu định vị dùng kiến trúc, loại chiều dài tốn hạng, tác vụ mà máy tính thực

- Trình bày kiến trúc RISC (ReducedInstructionSetComputer) - Rèn luyện tính cân thận, tư khoa học học tập

Nội dung chính:

1 Thành phần máy tính

phận CPU kết nối với hệ thống bus ngồi Hình 2.1 minh hoạ hai CPU hãng Intel 8086 đời năm 1978 Core Duo đời năm 2006

Hình 2.1 CPU hãng Intel: 8086 Core Duo

Bộ nhớ trong: Bộ nhớ trong, gọi nhớ (Internal Memory hay Main Memory) kho chứa lệnh liệu hệ thống người dùng phục vụ CPU xử lý Bộ nhớ thường nhớ bán dẫn, bao gồm hai loại: (1) Bộ nhớ đọc (Read Only Memory – ROM) (2) Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (Random Access Memory – RAM) ROM thường sử dụng để lưu lệnh liệu hệ thống Thông tin ROM nạp từ sản xuất thường đọc q trình sử dụng Hơn thông tin ROM tồn kể khơng có nguồn điện ni

Hình 2.2 Bộ nhớ ROM RAM

Các thiết bị vào ra: Các thiết bị vào (Input – Output devices), hay gọi thiết bị ngoại vi (Peripheral devices) đảm nhiệm việc nhập liệu vào, điều khiển hệ thống kết xuất liệu Có hai nhóm thiết bị ngoại vi: (1) Các thiết bị vào (Input devices) (2) Các thiết bị (Output devices) Các thiết bị vào dùng để nhập liệu vào điều khiển hệ thống, gồm: bàn phím (keyboard), chuột (mouse), ổ đĩa (Disk Drives), máy quét ảnh (Scanners), Các thiết bị dùng để xuất liệu ra, gồm: hình (Screen), máy in (Printers), ổ đĩa (Disk Drives), máy vẽ (Plotters),

Hình 2.3 Các thiết bị ngoại vi bản(Bàn phím, chuột, hình)

hiệu liệu theo hai chiều đến CPU; Bus điều khiển truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến thành phần khác, đồng thời truyền tín hiệu trạng thái thành phần khác đến CPU

2 Định nghĩa kiến trúc máy tính

Kiến trúc máy tính bao gồm ba phần: Kiến trúc phần mềm, tổ chức máy tính lắp đặt phần cứng.

Kiến trúc phần mềm máy tính chủ yếu kiến trúc phần mềm xử lý, bao gồm: tập lệnh, dạng lệnh kiểu định vị

Trong đó, tập lệnh tập hợp lệnh mã máy (mã nhị phân) hồn chỉnh hiểu xử lý bới xử lý trung tâm, thông thường lệnh tập lệnh trình bày dạng hợp ngữ Mỗi lệnh chứa thông tin yêu cầu xử lý thực hiện, bao gồm: mã tác vụ, địa toán hạng nguồn, địa toán hạng kết quả, lệnh (thơng thường thơng tin ẩn)

Kiểu định vị cách thức thâm nhập toán hạng

Kiến trúc phần mềm phần mà lập trình viên hệ thống phải nắm vững để việc lập trình hiểu quả, sai sót

Phần tổ chức máy tính liên quan đến cấu trúc bên xử lý, cấu trúc bus, cấp nhớ mặt kỹ thuật khác máy tính Phần nói đến chương sau

Lắp đặt phần cứng máy tính ám việc lắp ráp máy tính dùng linh kiện điện tử phận phần cứng cần thiết Chúng ta khơng nói đến phần giáo trình

Ta nên lưu ý vài máy tính có kiến trúc phần mềm phần tổ chức khác (VAX- 11/780 VAX 8600) Các máy VAX- 11/780 VAX- 11/785 có kiến trúc phần mềm phần tổ chức gần giống Tuy nhiên việc lắp đặt phần cứng máy khác Máy VAX- 11/785 dùng mạch kết cải tiến tần số xung nhịp thay đổi tổ chức nhớ

2.1 Kiến trúc phần mềm

lý, bao gồm: tập lệnh, dạng lệnh kiểu định vị

Trong đó, tập lệnh tập hợp lệnh mã máy (mã nhị phân) hồn chỉnh hiểu xử lý bới xử lý trung tâm, thông thường lệnh tập lệnh trình bày dạng hợp ngữ Mỗi lệnh chứa thông tin yêu cầu xử lý thực hiện, bao gồm: mã tác vụ, địa toán hạng nguồn, địa toán hạng kết quả, lệnh (thơng thường thơng tin ẩn)

Kiểu định vị cách thức thâm nhập toán hạng

Kiến trúc phần mềm phần mà lập trình viên hệ thống phải nắm vững để việc lập trình hiểu quả, sai sót

Như mơ tả, lệnh mã máy bao gồm mã tác vụ tốn hạng Ví dụ: lệnh mã máy 01101001010101010000001101100101 Việc chọn số toán hạng cho lệnh mã máy vấn đề then chốt phải có cân đối tốc độ tính tốn số mạch tính tốn phải dùng Tuỳ theo tần số sử dụng phép mà nhà thiết kế máy tính định số lượng mạch chức cần thiết cho việc tính tốn Thơng thường số tốn hạng thay đổi từ tới

Ví dụ: lệnh Y := A + B + C + D lệnh mã máy ta có mạch cộng, thực lệnh mã máy có mạch cộng, việc tính tốn xảy ít, người ta cần thiết kế mạch cộng thay phải tốn chi phí lắp đặt mạch cộng Tuy nhiên, với mạch cộng thời gian tính tốn hệ thống chậm với hệ thống có ba mạch cộng

Vị trí tốn hạng xem xét Bảng II.1 chọn vài nhà sản xuất máy tính kiểu vị trí tốn hạng lệnh tính tốn ALU là: ngăn xếp, ghi tích luỹ, ghi đa dụng Những kiến trúc phần mềm gọi kiến trúc ngăn xếp, kiến trúc ghi tích luỹ kiến trúc ghi đa dụng

Bảng 2.1 Ví dụ cách chọn lựa vị trí tốn hạng Vị trí tốn

hạng Thí dụ

Tốn hạng cho lệnh tính tốn

trong ALU

Vị trí đặt kết

Cách thức thâm nhập vào toán

Ngăn xếp B 5500 HP3000/70 Ngăn xếp Lệnh Push, Pop Thanh ghi tích

luỹ PDP

Motorola 6809 Thanh ghi tích

luỹ

Lệnh nạp vào lấy từ ghi tích luỹ (load, store) Thanh ghi đa

dụng

IBM 360

DEC, VAX Thanh ghi nhớ

Lệnh nạp vào lấy từ ghi

bộ nhớ Một vài nhà sản xuất máy tính tuân thủ chặt chẽ kiểu chọn vị trí tốn hạng nêu trên, phần nhiều xử lý dùng kiểu hỗn tạp Ví dụ, mạch xử lý 8086 Intel dùng lúc kiểu "thanh ghi đa dụng" kiểu "thanh ghi tích luỹ"

Ví dụ minh hoạ chuỗi lệnh phải dùng để thực phép tính C := A + B kiểu kiến trúc phần mềm

Bảng 2.2 Chuỗi lệnh dùng thực phép tính C := A + B (giả sử A, B, C nằm nhớ trong)

Kiến trúc ngăn xếp Kiến trúc ghi tích luỹ Kiến trúc ghi đa dụng

Push A Load A Load R1, A

Push B ADD B ADD R1, B

ADD Store C Store R1, C

Pop C

Hiện nhà sản xuất máy tính có khuynh hướng dùng kiến trúc phần mềm ghi đa dụng việc thâm nhập ghi đa dụng nhanh thâm nhập nhớ trong, chương trình dịch dùng ghi đa dụng có hiệu

Bảng 2.3 Điểm lợi bất lợi kiểu kiến trúc phần mềm

Loại kiến trúc Bất lợi Lợi điểm Bất lợi

Ngăn xếp (Stack)

- Lệnh ngắn - Ít mã máy

- Làm tối thiểu trạng thái bên máy tính - Dễ dàng tạo biên dịch đơn giản cho kiến trúc ngăn xếp

- Thâm nhập ngăn xếp không ngẫu nhiên - Mã không hiệu - Khó dùng xử lý song song ống dẫn - Khó tạo biên dịch tối ưu

Thanh ghi tích luỹ

(Accumulator Register)

- Lệnh ngắn

- Làm tối thiểu trạng thái bên máy tính

- Lưu giữ ghi tích luỹ tạm thời

(yêu cầu mạch chức năng)

- Thiết kế dễ dàng

luỹ

- Khó dùng xử lý song song ống dẫn - Trao đổi nhiều với nhớ

Thanh ghi đa dụng

(General Register)

- Tốc độ xử lý nhanh, định vị đơn giản

- Ít thâm nhập nhớ - Kiểu tổng quát để tạo mã hữu hiệu

- Lệnh dài

- Số lượng ghi bị giới hạn

2.2 Tổ chức máy tính

Cấu trúc máy tính lại bao gồm thuộc tính kỹ thuật mà người lập trình khơng nhận biết tín hiệu điều khiển, giao diện máy tính thiết bị ngoại vi, cơng nghệ xây dựng nhớ, v.v…

Chẳng hạn việc định máy tính có cần lệnh để thực phép nhân hay không vấn đề kiến trúc Còn thể lệnh nhân đơn vị vật lý cụ thể (chẳng hạn, đơn vị thuộc phần cứng đặc biệt, hay thực lặp nhiều phép cộng) lại vấn đề cấu trúc

Để làm ví dụ minh họa khác biệt ta xem máy tính Trung tâm nghiên cứu Các máy tính có kiến trúc giống theo quan điểm người lập trình Chúng có số ghi (tức thiết bị lưu trữ tạm thời), có tập lệnh dạng toán hạng nạp vào nhớ giống Tuy nhiên hệ thống khác mặt cấu trúc: số vi xử lý khác nhau, kích thước nhớ chúng khác hẳn nhau, cách thức liệu truyền từ nhớ đến vi xử lý không giống

Trong lĩnh vực máy PC, người ta thường không phân biệt rõ ràng kiến trúc cấu trúc khác biệt hai khái niệm rút ngắn đáng kể Sự phát triển công nghệ không tác động lên cấu trúc mà tạo điều kiện phát triển kiến trúc mạnh nhiều tính hơn; tác động qua lại kiến trúc cấu trúc thường xuyên

thức kiến trúc, cần hiểu biết cấu trúc, thường cần đến hiểu biết kỹ thuật máy tính

Hiểu kiến trúc máy tính giúp người lập trình nhận biết chương trình tạo chạy chưa đạt hiệu suất tối đa hệ thống, hiểu kỹ làm tăng hiệu suất chương trình, v.v

2.3 Lắp đặt phần cứng

2.3.1 Chuẩn bị dụng cụ cần thiết

Đây coi bước quan trọng trình Nó ảnh hưởng trực tiếp đề việc bạn hồn thành cơng việc cách trơi chảy hay khơng Đầu tiên, khơng thể thiếu tuốc nơ vít với nhiều đầu có kích thước số cạnh khác Bạn cần thêm vòng tay chống tĩnh điện (ảnh minh họa bên dưới) Những kẹp nhỏ kim loại kẹp vào vỏ máy tính để nối đất tay bạn làm việc, tránh tượng chập, sốc điện Thành thật mà nói, cú sốc tĩnh điện (static shock) thực làm hỏng phận PC

Hình 2.3 Vịng tĩnh điệm 2.3.2 Bước đầu tiên: Kiểm tra máy tính bạn

Trước tiên, xem xét thật kỹ máy tính bạn Để làm gì? Để bạn nắm bố cục khoang máy tính, xem đâu khoang chứa bo mạch chủ, đâu nơi đặt ổ đĩa cứng (HDD) ổ SSD, hay khe hở mặt sau cho cổng bo mạch chủ khoang mở rộng cho card đồ họa nằm xác chỗ nào… Tóm lại bước quan trọng, giúp bạn có nhìn tổng qt sau hình thành ý tưởng

Bắt tay vào công việc Bây giờ, lắp CPU RAM vào bo mạch chủ trước cài đặt bo mạch chủ vào cây, đơn giản làm dễ việc lắp đặt CPU, RAM sau bo mạch chủ cố định chỗ Lấy bo mạch chủ bạn khỏi hộp, đặt lên mặt phẳng nhẵn, không cập kênh, đảm bảo mặt phẳng đặt bo mạch chủ hồn tồn khơng có tích điện 2.3.4 Bước 3: Cài đặt RAM

Tiếp theo, đến lúc cài đặt mơ-đun nhớ Nhìn chung, bạn nên thiết lập RAM vào bo mạch chủ trước cài đặt làm mát cho CPU, số thiết bị làm mát đè lên cạnh RAM, khiến cho lắp RAM vào

2.3.5 Bước 4: Lắp đặt bo mạch chủ

Đặt máy tính bạn bàn cho thật chắn, không cập kênh, với bảng điều khiển phía trước hướng bên phải bạn Tháo miếng nắp cạnh nhìn vào bên trong, bạn thấy có kim loại lớn, thép nhơm lớn nơi mà bạn cài đặt bo mạch chủ (sau lắp CPU RAM vào bo mạch chủ)

2.3.6 Bước 5: Lắp đặt quạt làm mát (nếu có)

Tiếp theo, cài đặt quạt làm mát cho bo mạch chủ (Nếu chúng cài đặt sẵn CPU bạn, bạn bỏ qua bước này) Nhìn chung, bạn nên đầu tư lắp đặt quạt tản nhiệt rời, có lợi lâu dài Thơng thường, bạn cần xốy vít định vị quạt vào khung CPU Tuy nhiên, số CPU chuyên dành cho việc chơi game, kết cấu khác chút Trong trường hợp này, tham khảo sách hướng dẫn sử dụng CPU bạn để có thêm thơng tin

2.3.7 Bước 6: Lắp đặt hệ thống làm mát cho CPU

2.3.8 Bước 7: Lắp đặt ổ đĩa lưu trữ ổ đĩa quang

Cho dù bạn sử dụng loại ổ cứng lưu trữ việc cài đặt chúng đơn giản Cây máy tính bạn có hai vị trí gắn cố định dạng trượt (caddies) cho phép bạn trượt ổ đĩa vào khe cắm để tiện cho việc tháo bỏ thay Tương tự vị trí ổ đĩa quang Nếu bạn khơng thấy vị trí này, kiểm tra lại hướng dẫn sử dụng máy tính

2.3.9 Bước 8: Lắp đặt card đồ họa (và phụ kiện PCI-e khác)

Nếu bạn có nhu cầu sử dụng card đồ họa rời để chơi trị chơi, lúc cài đặt thiết bị Các card đồ họa thường sử dụng khe PCI-Express (viết tắt PCI-e, PCIe PCI), mở bên vỏ máy để sử dụng cổng kết nối mở rộng ln tìm thấy bên ổ cắm CPU bo mạch chủ

2.3.10 Bước 9: Lắp đặt cấp nguồn

Cố lên, cơng việc hồn thành rồi! Bây bạn phải lắp nguồn vào khoang giá đỡ tùy theo loại mà bạn sử dụng Vị trí cáp nguồn ba chiều (cáp cắm vào ổ điện tường) phải luồn mặt sau dễ dàng nhìn chạm vào từ bên ngồi

2.3.11 Các cơng đoạn cuối

Công việc đến hồn tất Trước bạn đóng nắp máy tính, kiểm tra thật kỹ để đảm bảo khơng có cáp nguồn cáp liệu đặt gần với quạt làm mát thứ cố định chắn

Cắm cáp nguồn vào nguồn điện, sau hình, bàn phím chuột Nhấn cơng tắc nguồn Nếu bạn nhìn thấy ánh sáng từ đèn báo nguồn vỏ máy, nghe thấy tiếng quạt gió hoạt động, có nghĩa hệ thống bạn sẵn sàng để cài đặt hệ điều hành vào sử dụng

Mục tiêu phần dùng ví dụ trích từ kiến trúc phần mềm dùng nhiều nhất, thấy kỹ thuật mức ngôn ngữ máy dùng để thi hành cấu trúc ngôn ngữ cấp cao

Để minh hoạ thí dụ, ta dùng cú pháp lệnh hợp ngữ sau : Từ gợi nhớ mã lệnh, ghi đích, ghi nguồn 1, ghi nguồn Từ gợi nhớ mã lệnh mô tả ngắn gọn tác vụ phải thi hành ghi nguồn, kết lưu giữ ghi đích

Mỗi lệnh ngơn ngữ cấp cao xây dựng lệnh mã máy chuỗi nhiều lệnh mã máy Lệnh nhảy (GOTO) thực lệnh hợp ngữ nhảy (JUMP) lệnh hợp ngữ vòng Chúng ta phân biệt lệnh nhảy làm cho đếm chương trình nạp vào địa tuyệt đối nơi phải nhảy đến (PC <- địa tuyệt đối nơi phải nhảy tới), với lệnh vịng theo ta cần cộng thêm độ dời vào đếm chương trình (PC <- PC + độ dời) Ta lưu ý trường hợp sau, PC chứa địa tương đối so với địa lệnh sau lệnh vòng

3.1 Các lệnh nhớ, tính tốn…

Bảng 2.4 cho loại tác vụ mà máy tính thực Trên tất máy tính ta thấy loại (tính tốn số học luận lý, di chuyển số liệu, chuyển điều khiển) Tuỳ theo kiến trúc máy tính, người ta thấy vài loại tác vụ số tác vụ cịn lại (hệ thống, tính tốn với số có dấu chấm động, tính tốn với số thập phân, tính toán chuỗi ký tự)

Bảng 2.4 Các tác vụ mà lệnh thực hiện

Loại tác vụ Thí dụ

Tính tốn số học và luận lý

Phép tính số nguyên phép tính luận lý: cộng, trừ, AND, OR

Di chuyển số liệu Nạp số liệu, lưu giữ số liệu

Chuyển điều khiển Lệnh nhảy, lệnh vịng lặp, gọi chương trình trở về, ngắt quãng

Hệ thống Gọi hệ điều hành, quản lý nhớ ảo

Tính số có dấu chấm

động

Các phép tính số có dấu chấm động: cộng, nhân Tính số thập phân Các phép tính số thập phân: cộng, nhân, đổi từ

Tính tốn chuỗi

ký tự Chuyển, so sánh, tìm kiếm chuỗi ký tự

Đồ hoạ đa phương

tiện Nén giải nén liệu hình ảnh đồ hoạ (3D) dữliệu đa phương tiện (hình ảnh động âm thanh) Kiểu toán hạng thường đưa vào mã tác vụ lệnh Có bốn kiểu toán hạng dùng hệ thống:

- Kiểu địa

- Kiểu dạng số: số nguyên, dấu chấm động, - Kiểu dạng chuỗi ký tự: ASCII, EBIDEC, - Kiểu liệu logic: bit, cờ,

Tuy nhiên số máy tính dùng nhãn để xác định kiểu tốn hạng Thơng thường loại tốn hạng xác định ln chiều dài Tốn hạng thường có chiều dài byte (8 bit), từ máy tính (16 bit), từ máy tính (32 bit), từ đơi máy tính (64 bit) Đặc biệt, kiến trúc PA hãng HP (Hewlet Packard) có khả tính tốn với số thập phân BCD Một vài xử lý xử lý chuỗi ký tự

3.2 Các lệnh có điều kiện Lệnh có điều kiện có dạng :

Nếu <điều kiện> <chuỗi lệnh 1> khơng <chuỗi lệnh 2> (IF <condition> THEN <instructions1> ELSE <instructions2>)

Lệnh buộc phải ghi nhớ điều kiện nhảy vòng điều kiện thoả 3.2.1 Ghi nhớ điều kiện

Hình 2.4 Bit trạng thái mà ALU tạo ra Có hai kỹ thuật để ghi nhớ bit trạng thái

Cách thứ nhất, ghi trạng thái ghi đa dụng Ví dụ lệnh CMP Rk, Ri, Rj

Lệnh làm phép tính trừ Ri - Rj mà khơng ghi kết phép trừ, mà lại ghi bit trạng thái vào ghi Rk Thanh ghi dùng cho lệnh nhảy có điều kiện Điểm lợi kỹ thuật giúp lưu trữ nhiều trạng thái sau nhiều phép tính để dùng sau Điểm bất lợi phải dùng ghi đa dụng để ghi lại trạng thái sau phép tính mà số ghi lại bị giới hạn 32 xử lý đại

3.2.2 Nhảy vòng

Các lệnh nhảy nhảy vòng có điều kiện, thực lệnh nhảy điều kiện thoả Trong trường hợp ngược lại, việc thực chương trình tiếp tục với lệnh sau Lệnh nhảy xem xét ghi trạng thái nhảy điều kiện nêu lên lệnh

Chúng ta xem ví dụ thực lệnh nhảy có điều kiện

Giả sử trạng thái sau xử lý thi hành tác vụ, lưu trữ ghi, xử lý thi hành lệnh sau :

1 CMP R4, R1, R2 : So sánh R1 R2 cách trừ R1 cho R2 lưu giữ

trạng thái R4

2 BGT R4, +2 : Nhảy bỏ lệnh R1 > R2

3 ADD R3, R0, R2 : R0 có giá trị Chuyển nội dung R2 vào R3 BRA +1 : nhảy bỏ lệnh

5 ADD R3, R0, R1 : chuyển nội dung R1 vào R3 Lệnh kế

Nếu R1 > R2 chuỗi lệnh thi hành 1, 2, 5, thi hành, khơng chuỗi lệnh 1, 2, 3, 4, thi hành

Chuỗi lệnh , có lệnh nhảy, thực công việc sau : Nếu R1 > R2 R3 = R1 khơng R3 = R2

Các lệnh nhảy làm tốc độ thi hành lệnh chậm lại, CPU đại dùng kỹ thuật ống dẫn Trong vài xử lý người ta dùng lệnh di chuyển có điều kiện để tránh dùng lệnh nhảy vài trường hợp Thí dụ viết lại:

 CMP R4, R1, R2 : So sánh R1 R2 để bit trạng thái R4  ADD R3, R0, R2 : Di chuyển R2 vào R3

 MGTR4, R3, R1: (MGT : Move if greater than) Nếu R1 > R2 di chuyển R1 vào R3

3.3 Các lệnh chuyển hướng

một mơ hình lập trình, tất thực tập lệnh chạy file thực thi nhị phân Các cách khác để thực lệnh đặt cho cân khác chi phí, hiệu suất, điện tiêu thụ, kích thước, vv

Khi thiết kế vi cấu trúc xử lý, kỹ sư sử dụng khối "cứng có dây" mạch điện tử (thường thiết kế riêng) hổ, ghép kênh, đếm, ghi, ALU… Một số loại ngơn ngữ chuyển đăng ký sau thường sử dụng để mơ tả giải mã trình tự dẫn ISA sử dụng vi kiến trúc vật lý Có hai cách để xây dựng điều khiển để thực mô tả (mặc dù nhiều mẫu thiết kế sử dụng cách thỏa hiệp):

Một số mẫu thiết kế máy tính "buộc cố định" hồn thành việc giải mã tập lệnh trình tự (giống phần lại vi kiến trúc)

Thiết kế khác sử dụng vi thói quen bảng (hoặc hai) để làm điều này, điển trên-chip ROM PLAs hai (mặc dù RAMS riêng biệt ROM sử dụng lịch sử)

Một số mẫu thiết kế sử dụng kết hợp thiết kế mạch điện điện vi cho đơn vị điều khiển

Một số thiết kế CPU biên soạn hướng dẫn thiết lập để khả ghi nhớ RAM đèn flash bên CPU (như Rekursiv bộxử lý Imsys Cjip ), FPGA(máy tính cấu hình lại ) The Western Digital MCP-1600 ví dụ cũ, cách sử dụng chuyên dụng, ROM riêng cho vi

An ISA mơ phần mềm thông dịch viên Đương nhiên, nguyên cần giải thích, chậm so với trực tiếp chương trình chạy phần cứng mô phỏng, trừ phần cứng chạy giả lập đơn đặt hàng cường độ nhanh Hơm nay, thực tế phổ biến cho nhà cung cấp ISA microarchitectures để giả lập phần mềm có sẵn cho nhà phát triển phần mềm trước thực phần cứng sẵn sàng

Thường chi tiết việc thực có ảnh hưởng mạnh mẽ hướng dẫn cụ thể lựa chọn cho tập lệnh Ví dụ, nhiều cài đặt đường ống dẫn cho phép nhớ tải đơn nhớ lưu trữ theo hướng dẫn, dẫn đến kiến trúc load-store (RISC) Ví dụ khác, số cách đầu thực đường ống dẫn dẫn đến khe chậm trễ

4 Thủ tục

Các thủ tục gọi từ nơi chương trình nhờ lệnh gọi thủ tục CALL Để chấm dứt việc thi hành thủ tục chương trình gọi tiếp tục bình thường, ta cần lưu giữ địa trở tức địa lệnh sau lệnh gọi thủ tục CALL Khi chấm dứt thi hành thủ tục, lệnh trở RETURN nạp địa trở vào PC

Trong kiến trúc CISC (VAX 11, 80x86, 680x0), địa trở giữ ngăn xếp Trong kiến trúc RISC, ghi đặc biệt (thường ghi R31) dùng để lưu giữ địa trở

Lệnh gọi thủ tục lệnh loại JMPL Ri, lệnh làm tác vụ : R31 := PC ; để địa trở R31

PC := Ri ; nhảy tới địa thủ tục nằm ghi Ri

Lệnh trở chấm dứt thủ tục JMP R31, ghi R31 chứa địa trở

Việc dùng ghi đặc biệt để lưu trữ địa trở giải pháp áp dụng cho thủ tục cuối cùng, nghĩa cho thủ tục không gọi thủ tục Để cho thủ tục gọi thủ tục khác, ta có hai giải pháp:

Giải pháp 1: có nhiều ghi để lưu trữ địa trở Giải pháp 2: lưu giữ địa trở ngăn xếp

Việc gọi thủ tục thực chuỗi lệnh sau : ADDI R30, R30,4 ; R30 trỏ ngăn xếp

STORE R31, (R30) ; lưu giữ địa trở JMPL Ri ; gọi thủ tục

Người ta dùng chuỗi lệnh sau để trở chương trình gọi : SUBI R30, R30,4 ; cập nhật trỏ ngăn xếp

Hình 2.5 Gọi thủ tục trở thực xong thủ tục Việc truyền tham số từ thủ tục gọi đến thủ tục bị gọi thực cách dùng ghi xử lý dùng ngăn xếp Nếu số tham số cần truyền ít, ta dùng ghi

5 Toán hạng

Kiểu toán hạng thường đưa vào mã tác vụ lệnh Có bốn kiểu toán hạng dùng hệ thống:

- Kiểu địa

- Kiểu dạng số: số nguyên, dấu chấm động, - Kiểu dạng chuỗi ký tự: ASCII, EBIDEC, - Kiểu liệu logic: bit, cờ,

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1. Trình bày thành phần máy tính 2. Định nghĩa kiến trúc máy tính

3. Trình bày kiểu thi hành lệnh

4. Trình bày kiểu kiến trúc ghi đa dụng 5. Trình bày tập lệnh

6. Trình bày toán hạng

CHƯƠNG 3: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ Mã chương : 12.03

Giới thiệu :

Giới thiệu đường cách tổ chức liệu máy tính, nguyên tắc vận hành điều khiển mạch điện tử điều khiển chương trình

Mục tiêu:

- Trình bày nhiệm vụ cách tổ chức đường liệu xử lý

- Trình bày nguyên tắc vận hành điều khiển mạch điện tử - Trình bày nguyên tắc vận hành điều khiển vi chương trình - Trình bày nhiệm vụ ngắt

- Trình bày tiến trình thi hành lệnh mã máy

- Trình bày số kỹ thuật xử lý thơng tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng

- Rèn luyện kỹ tổ chức công việc Nội dung chính:

1 Đường liệu

Phần đường liệu gồm có phận làm tính luận lý (ALU: Arithmetic and Logic Unit), mạch dịch, ghi đường nối kết phận Phần chứa hầu hết trạng thái xử lý Ngoài ghi tổng quát, phần đường liệu chứa ghi đếm chương trình (PC: Program Counter), ghi trạng thái (SR: Status Register), ghi đệm TEMP (Temporary), ghi địa nhớ (MAR: Memory Address Register), ghi số liệu nhớ (MBR: Memory Buffer Register), đa hợp (MUX: Multiplexor), điểm cuối kênh liệu - CPU nhớ, với nhiệm vụ lập thời biểu truy cập nhớ từ CPU kênh liệu, hệ thống bus nguồn (S1, S2) bus kết (Dest)

ra ghi tổng quát có mạch chốt A, B, C Thông thường, số lượng ghi tổng quát 32

Phần đường liệu chiếm phân nửa diện tích xử lý phần dễ thiết kế cài đặt xử lý

2 Bộ điều khiển

Bộ điều khiển tạo tín hiệu điều khiển di chuyển số liệu (tín hiệu di chuyển số liệu từ ghi đến bus tín hiệu viết vào ghi), điều khiển tác vụ mà phận chức phải làm (điều khiển ALU, điều khiển đọc viết vào nhớ ) Bộ điều khiển tạo tín hiệu giúp lệnh thực cách

Việc cài đặt điều khiển dùng hai cách sau: dùng mạch điện tử dùng vi chương trình (microprogram)

2.1 Bộ điều khiển điện tử

Hình 3.2 Nguyên tắc vận hành điều khiển dùng mạch điện

Hình 3.2 cho thấy nguyên tắc điều khiển mạch điện Các đường điều khiển phần đường số liệu ngã nhiều Automate trạng thái hữu hạn Các ngã vào Automate gồm có ghi lệnh, ghi chứa lệnh phải thi hành thông tin từ đường số liệu Ứng với cấu hình đường vào trạng thái tại, Automate cho trạng thái tương lai đường tương ứng với trạng thái Automate cài đặt dạng hay nhiều mạch mảng logic lập trình (PLA: Programmable Logic Array) mạch logic ngẫu nhiên

Hình 3.3 Nguyên tắc vận hành điều khiển vi chương trình

Sơ đồ nguyên tắc điều khiển dùng vi chương trình trình bày hình 3.3 Trong kỹ thuật này, đường dây điều khiển đường liệu ứng với ngã vi lệnh nằm nhớ vi chương trình Việc điều khiển tác vụ lệnh mã máy thực chuỗi vi lệnh Một vi máy tính nằm bên điều khiển thực lệnh vi chương trình Chính vi máy tính điều khiển việc thực cách vi lệnh để hoàn thành tác vụ mà lệnh mã máy phải thực Các tác vụ lệnh mã máy tuỳ thuộc vào trạng thái phần đường liệu

Bộ điều khiển vi chương trình dùng rộng rãi xử lý CISC Bộ xử lý có tập lệnh phức tạp với lệnh có chiều dài khác có dạng thức phức tạp Trong xử lý CISC, người ta cài đặt lệnh mã máy cách viết vi chương trình Như cơng việc đơn giản hữu hiệu Các sai sót thiết kế automat điều khiển dễ sửa đổi

3 Diễn tiến thi hành lệnh mã máy

 Giải mã lệnh (ID: Instruction Decode)  Thi hành lệnh (EX: Execute)

 Thâm nhập nhớ nhảy (MEM: Memory access)  Lưu trữ kết quả (RS: Result Storing)

Mỗi giai đoạn thi hành nhiều chu kỳ xung nhịp  Bước 1: Đọc lệnh:

MAR ←PC IR ← M[MAR]

Bộ đếm chương trình PC đưa vào MAR Lệnh đọc từ nhớ trong, nhớ có địa nằm MAR đưa vào ghi lệnh IR

 Bước 2: Giải mã lệnh đọc ghi nguồn: A ← Rs1

B ← Rs2 PC ← PC +

Lệnh giải mã Kế ghi Rs1 Rs2 đưa vào A B Thanh ghi PC tăng lên để tới lệnh kế

Để hiểu rõ giai đoạn này, ta lấy dạng thức lệnh làm tính tiêu biểu sau đây:

Mã lệnh Thanh ghi Rs1

Thanh ghi

Rs2 Thanh ghi Rd Tác vụ

Bit 5 11

Các ghi nguồn Rs1 Rs2 sử dụng tuỳ theo tác vụ, kết đặt ghi đích Rd

Ta thấy việc giải mã thực lúc với việc đọc ghi Rs1 Rs2 ghi ln nằm vị trí lệnh

 Bước 3: Thi hành lệnh:

Tuỳ theo loại lệnh mà ba nhiệm vụ sau thực hiện:

- Liên hệ tới nhớ

Địa hiệu dụng ALU tính đưa vào MAR ghi nguồn Rs1 đưa vào MBR để lưu vào nhớ

- Một lệnh ALU

Ngã ALU ← Kết phép tính

ALU thực phép tính xác định mã lệnh, đưa kết ngã

- Một phép nhảy

Ngã ALU ← Địa lệnh ALU tính

ALU cộng địa PC với độ dời để làm thành địa đích đưa địa ngã Nếu phép nhảy có điều kiện ghi trạng thái đọc định có cộng độ dời vào PC hay không

 Bước 4: Thâm nhập nhớ nhảy lần cuối

Giai đoạn thường dùng cho lệnh nạp liệu, lưu giữ liệu lệnh nhảy

- Tham khảo đến nhớ:

MBR ← M[MAR] M[MAR] ← MBR

Số liệu nạp vào MBR lưu vào địa mà MAR trỏ đến

- Nhảy:

If (điều kiện), PC ← ngả ALU

Nếu điều kiện đúng, ngã ALU nạp vào PC Đối với lệnh nhảy không điều kiện, ngả ALU nạp vào ghi PC

 Bước 5: Lưu trữ kết

Rd ← Ngã ALU Rd ← MBR Lưu trữ kết ghi đích Ngắt

Bộ điều khiển CPU phận khó thực ngắt quãng phần khó thực điều khiển Để nhận biết ngắt quãng lúc thi hành lệnh, ta phải biết điều chỉnh chu kỳ xung nhịp điều ảnh hưởng đến hiệu máy tính

Người ta nghỉ “ngắt quãng” để nhận biết sai sót tính tốn số học, để ứng dụng cho tượng thời gian thực Bây giờ,ngắt quãng dùng cho công việc sau đây:

 Ngoại vi đòi hỏi nhập xuất số liệu

 Người lập trình muốn dùng dịch vụ hệ điều hành  Cho chương trình chạy lệnh

 Làm điểm dừng chương trình  Báo tràn số liệu tính tốn số học

 Trang nhớ thực khơng có nhớ  Báo vi phạm vùng cấm nhớ

 Báo dùng lệnh khơng có tập lệnh  Báo phần cứng máy tính bị hư

 Báo điện bị cắt

Dù ngắt quãng không xảy thường xuyên xử lý phải thiết kế cho lưu giữ trạng thái trước nhảy phục vụ ngắt quãng Sau thực xong chương trình phục vụ ngắt, xử lý phải khơi phục trạng thái để tiếp tục cơng việc

Để đơn giản việc thiết kế, vài xử lý chấp nhận ngắt sau thực xong lệnh chạy Khi ngắt xảy ra, xử lý thi hành bước sau đây:

1 Thực xong lệnh làm Lưu trữ trạng thái

3 Nhảy đến chương trình phục vụ ngắt

4 Khi chương trình phục vụ chấm dứt, xử lý khôi phục lại trạng thái cũ

5 Kỹ thuật ống dẫn 5.1 Giới thiệu

Đây kỹ thuật làm cho giai đoạn khác nhiều lệnh thi hành lúc

Ví dụ: Chúng ta có lệnh đặn, lệnh thực khoản thời gian Giả sử, lệnh thực giai đoạn giai đoạn thực chu kỳ xung nhịp Các giai đoạn thực lệnh là: lấy lệnh (IF: Instruction Fetch), giải mã (ID: Instruction Decode), thi hành (EX: Execute), thâm nhập nhớ (MEM: Memory Access), lưu trữ kết (RS: Result Storing)

Hình III.4 cho thấy chu kỳ xung nhịp, xử lý thực lệnh (bình thường lệnh thực chu kỳ)

Bảng 3.1 Các giai đoạn khác nhiều lệnh thi hành lúc

So sánh với kiểu xử lý thông thường, lệnh thực 25 chu kỳ xung nhịp, xử lý lệnh theo kỹ thuật ống dẫn thực lậnh chu kỳ xung nhịp

Như kỹ thuật ống dẫn làm tăng tốc độ thực lệnh Tuy nhiên kỹ thuật ống dẫn có số ràng buộc:

- Các phép tính tốn hạng phép tính xảy nhiều giai đoạn khác

- Phải có nhiều ghi khác dùng cho tác vụ đọc viết Trên Bảng 3.1, chu kỳ xung nhịp, ta thấy lúc có tác vụ đọc (ID, MEM) l tác vụ viết (RS)

- Trong máy có kỹ thuật ống dẫn, có kết tác vụ trước đó, toán hạng nguồn tác vụ khác Như có thêm khó khăn mà ta đề cập mục tới

- Cần phải giải mã lệnh cách đơn giản để giải mã đọc toán hạng chu kỳ xung nhịp

- Cần phải có làm tính ALU hữu hiệu để thi hành lệnh số học dài nhất, có số giữ, khoảng thời gian chu kỳ xung nhịp

- Cần phải có nhiều ghi lệnh để lưu giữ lệnh mà phải xem xét cho giai đoạn thi hành lệnh

- Cuối phải có nhiều ghi đếm chương trình PC để tái tục lệnh trường hợp có ngắt quãng

5.2 Khó khăn kỹ thuật ống dẫn

Khi thi hành lệnh máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn, có nhiều trường hợp làm cho việc thực kỹ thuật ống dẫn không thực là: thiếu mạch chức năng, lệnh dùng kết lệnh trước, lệnh nhảy

Ta phân biệt loại khó khăn: khó khăn cấu trúc, khó khăn số liệu khó khăn điều khiển

5.3 Khó khăn cấu trúc

Đây khó khăn thiếu phận chức năng, ví dụ máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn phải có nhiều ALU, nhiều PC, nhiều ghi lệnh IR Các khó khăn giải cách thêm phận chức cần thiết hữu hiệu

Lấy ví dụ trường hợp lệnh liên tiếp sau: Lệnh 1: ADD

R1, R2, R3 Lệnh 2: SUB R4, R1, R5 Lệnh 3: AND R6, R1, R7 Lệnh 4: OR R8, R1, R9

Bảng 3.1 cho thấy R1, kết lệnh dùng cho lệnh sau giai đoạn MEM lệnh 1, R1 dùng cho lệnh vào giai đoạn EX lệnh Chúng ta thấy R1 dùng cho lệnh

Hình 3.4 Chuỗi lệnh minh hoạ khó khăn số liệu

Để khắc phục khó khăn này, phận phần cứng dùng để đưa kết từ ngã ALU trực tiếp vô ghi ngã vào hình 3.5

Khi phận phần cứng nêu phát có dùng kết ALU làm tốn hạng cho liệt kê, tác động vào mạch đa hợp để đưa ngã ALU vào ngã vào ALU vào ngã vào đơn vị chức khác cần

5.5 Khó khăn điều khiển

Các lệnh làm thay đổi tính thi hành lệnh cách (nghĩa PC tăng đặn sau lệnh), gây khó khăn điều khiển Các lệnh lệnh nhảy đến địa tuyệt đối chứa ghi, hay lệnh nhảy đến địa xác định cách tương đối so với địa đếm chương trình PC Các lệnh nhảy có khơng điều kiện

Trong trường hợp đơn giản nhất, tác vụ nhảy biết trước giai đoạn giải mã (xem hình 3.3) Như vậy, lệnh nhảy bắt đầu chu kỳ C lệnh mà chương trình nhảy tới bắt đầu chu kỳ C+2 Ngoài ra, phải biết địa cần nhảy đến mà ta có cuối giai đoạn giải mã ID Trong lệnh nhảy tương đối, ta phải cộng độ dời chứa

trong ghi lệnh IR vào ghi PC Việc tính địa thực vào giai đoạn ID với điều kiện phải có mạch cơng việc riêng biệt

Vậy trường hợp lệnh nhảy không điều kiện, lệnh mà chương trình nhảy đến bắt đầu thực chu kỳ C+2 lệnh nhảy bắt đầu chu kỳ C

Cho lệnh nhảy có điều kiện phải tính tốn điều kiện Thơng thường kiến trúc RISC đặt kết việc so sánh vào ghi trạng thái, vào ghi tổng quát Trong trường hợp, đọc điều kiện tương đương với đọc ghi Đọc ghi thực phân nửa chu kỳ cuối giai đoạn ID

Vậy trường hợp đơn giản, người ta địa cần nhảy đến điều kiện nhảy cuối giai đoạn ID Vậy có chậm chu kỳ mà người ta giải nhiều cách

Cách thứ đóng băng kỹ thuật ống dẫn chu kỳ, nghĩa ngưng thi hành lệnh thứ i+1 làm lệnh thư i lệnh nhảy Ta trắng chu kỳ cho lệnh nhảy

Cách thứ hai thi hành lệnh sau lệnh nhảy lưu ý hiệu lệnh nhảy bị chậm lệnh Vậy lệnh theo sau lệnh nhảy thực trước lệnh mà chương trình phải nhảy tới thực Chương trình dịch hay người lập trình có nhiệm vụ xen vào lệnh hữu ích sau lệnh nhảy

Trong trường hợp nhảy có điều kiện, việc nhảy thực hay khơng thực Lệnh hữu ích đặt sau lệnh nhảy khơng làm sai lệch chương trình dù điều kiện nhảy hay sai

Bộ xử lý RISC SPARC có lệnh nhảy với huỷ bỏ Các lệnh cho phép thi hành lệnh sau lệnh nhảy điều kiện nhảy huỷ bỏ thực lệnh điều kiện nhảy sai

6 Ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng 6.1 Giới thiệu

6.1.1 Siêu ống dẫn

dụ hình III.7, lệnh thứ i lệnh nhảy tương đối lệnh giải mã giai đoạn ID, địa nhảy đến tính vào giai đoạn EX, lệnh phải nhảy tới lệnh thứ i+4, có trì trệ lệnh thay lệnh kỹ thuật ống dẫn bình thường

Hình 3.6 Siêu ống dẫn bậc so với siêu ống dẫn đơn giản

Trong khoảng thời gian Tc, máy có siêu ống dẫn làm lệnh thay lệnh máy có kỹ thuật ống dẫn đơn giản

6.1.2 Siêu ống dẫn vô hướng

Máy tính siêu vơ hướng bậc n thực đồng thời n lệnh chu kỳ xung nhịp Tc Hình 3.7 trình bày ví dụ vận hành máy tính siêu vơ hướng bậc so với máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn

Trong máy tính siêu vô hướng phần cứng phải quản lý việc đọc thi hành đồng thời nhiều lệnh Vậy phải có khả quản lý quan hệ số liệu với Cũng cần phải chọn lệnh có khả thi hành lúc Những xử lý đưa thị trường dùng kỹ thuật xử lý Intel i860 IBM RS/6000 Các xử lý có khả thực song song nhiều tác vụ số nguyên số lẻ

Năm 1992, người ta thấy xuất xử lý có nhiều thực tác vụ độc lập với (nhiều ALU, tính toán số lẻ, nạp liệu, lưu liệu, nhảy), thực song song nhiều lệnh (lệnh tính số nguyên, số lẻ, lệnh nhớ, lệnh nhảy ) Số lệnh thi hành song song nhiều phần cứng thực việc phức tạp

6.1.3 Siêu ống dẫn vô hướng

Đây kỹ thuật làm cho giai đoạn khác nhiều lệnh thi hành lúc

Ví dụ: Chúng ta có lệnh đặn, lệnh thực khoản thời gian Giả sử, lệnh thực giai đoạn giai đoạn thực chu kỳ xung nhịp Các giai đoạn thực lệnh là: lấy lệnh (IF: Instruction Fetch), giải mã (ID: Instruction Decode), thi hành (EX: Execute), thâm nhập nhớ (MEM: Memory Access), lưu trữ kết (RS: Result Storing)

Hình 3.9 cho thấy chu kỳ xung nhịp, xử lý thực lệnh (bình thường lệnh thực chu kỳ)

So sánh với kiểu xử lý thông thường, lệnh thực 25 chu kỳ xung nhịp, xử lý lệnh theo kỹ thuật ống dẫn thực lậnh chu kỳ xung nhịp

Như kỹ thuật ống dẫn làm tăng tốc độ thực lệnh Tuy nhiên kỹ thuật ống dẫn có số ràng buộc:

- Cần phải có mạch điện để thi hành giai đoạn lệnh tất giai đoạn lệnh thi hành lúc Trong xử lý không dùng kỹ thuật ống dẫn, ta dùng làm toán ALU để cập nhật ghi PC, cập nhật địa tốn hạng nhớ, địa nhớ mà chương trình cần nhảy tới, làm phép tính tốn hạng phép tính xảy nhiều giai đoạn khác

- Phải có nhiều ghi khác dùng cho tác vụ đọc viết Trên hình 3.9, chu kỳ xung nhịp, ta thấy lúc có tác vụ đọc (ID, MEM) tác vụ viết (RS)

- Trong máy có kỹ thuật ống dẫn, có kết tác vụ trước đó, tốn hạng nguồn tác vụ khác Như có thêm khó khăn mà ta đề cập mục tới

- Cần phải giải mã lệnh cách đơn giản để giải mã đọc tốn hạng chu kỳ xung nhịp

- Cần phải có làm tính ALU hữu hiệu để thi hành lệnh số học dài nhất, có số giữ, khoảng thời gian chu kỳ xung nhịp - Cần phải có nhiều ghi lệnh để lưu giữ lệnh mà phải xem xét cho giai đoạn thi hành lệnh

- Cuối phải có nhiều ghi đếm chương trình PC để tái tục lệnh trường hợp có ngắt quãng

6.2 Hạn chế

Ta phân biệt loại khó khăn: khó khăn cấu trúc, khó khăn số liệu khó khăn điều khiển

6 2.1 Khó khăn cấu trúc:

Đây khó khăn thiếu phận chức năng, ví dụ máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn phải có nhiều ALU, nhiều PC, nhiều ghi lệnh IR Các khó khăn giải cách thêm phận chức cần thiết hữu hiệu

6.2.2 Khó khăn số liệu:

Lấy ví dụ trường hợp lệnh liên tiếp sau: Lệnh 1: ADD R1, R2, R3

Lệnh 2: SUB R4, R1, R5 Lệnh 3: AND R6, R1, R7 Lệnh 4: OR R8, R1, R9

Hình III.5 cho thấy R1, kết lệnh dùng cho lệnh sau giai đoạn MEM lệnh 1, R1 dùng cho lệnh vào giai đoạn EX lệnh

Chúng ta thấy R1 dùng cho lệnh

Hình 3.10 Chuỗi lệnh minh hoạ khó khăn số liệu.

Hình 3.11 ALU với phận phần cứng đưa kết tính tốn trở lại ngã vào Khi phận phần cứng nêu phát có dùng kết ALU làm tốn hạng cho liệt kê, tác động vào mạch đa hợp để đưa ngã ALU vào ngã vào ALU vào ngã vào đơn vị chức khác cần

6.2.3 Khó khăn điều khiển:

Các lệnh làm thay đổi tính thi hành lệnh cách (nghĩa PC tăng đặn sau lệnh), gây khó khăn điều khiển Các lệnh lệnh nhảy đến địa tuyệt đối chứa ghi, hay lệnh nhảy đến địa xác định cách tương đối so với địa đếm chương trình PC Các lệnh nhảy có không điều kiện

Trong trường hợp đơn giản nhất, tác vụ nhảy biết trước giai đoạn giải mã (xem hình 3.9) Như vậy, lệnh nhảy bắt đầu chu kỳ C lệnh mà chương trình nhảy tới bắt đầu chu kỳ C+2 Ngoài ra, phải biết địa cần nhảy đến mà ta có cuối giai đoạn giải mã ID Trong lệnh nhảy tương đối, ta phải cộng độ dời chứa ghi lệnh IR vào ghi PC Việc tính địa thực vào giai đoạn ID với điều kiện phải có mạch cơng việc riêng biệt

Vậy trường hợp lệnh nhảy khơng điều kiện, lệnh mà chương trình nhảy đến bắt đầu thực chu kỳ C+2 lệnh nhảy bắt đầu chu kỳ C

trong ghi tổng quát Trong trường hợp, đọc điều kiện tương đương với đọc ghi Đọc ghi thực phân nửa chu kỳ cuối giai đoạn ID

Một trường hợp khó xảy lệnh nhảy có điều kiện Đó điều kiện có so sánh ghi thực lệnh nhảy kết so sánh Việc tính tốn đại lượng logic khơng thể thực phân nửa chu kỳ phải kéo dài thời gian thực lệnh nhảy có điều kiện Người ta thường tránh trường hợp để khơng làm giảm mức hữu hiệu máy tính

Vậy trường hợp đơn giản, người ta địa cần nhảy đến điều kiện nhảy cuối giai đoạn ID Vậy có chậm chu kỳ mà người ta giải nhiều cách

Cách thứ đóng băng kỹ thuật ống dẫn chu kỳ, nghĩa ngưng thi hành lệnh thứ i+1 làm lệnh thư i lệnh nhảy Ta trắng chu kỳ cho lệnh nhảy

Cách thứ hai thi hành lệnh sau lệnh nhảy lưu ý hiệu lệnh nhảy bị chậm lệnh Vậy lệnh theo sau lệnh nhảy thực trước lệnh mà chương trình phải nhảy tới thực Chương trình dịch hay người lập trình có nhiệm vụ xen vào lệnh hữu ích sau lệnh nhảy

Trong trường hợp nhảy có điều kiện, việc nhảy thực hay khơng thực Lệnh hữu ích đặt sau lệnh nhảy khơng làm sai lệch chương trình dù điều kiện nhảy hay sai

CÂU HỎI ƠN TẬP Trình bày đường liệu

2 Trình bày điều khiển điện tử

CHƯƠNG 4: BỘ NHỚ Mã chương : 12.04 Giới thiệu :

Trình bày loại nhớ Rom, Ram nhớ máy tính, cách truy xuất liệu

Mục tiêu:

-Trình bày cấp nhớ cách thức vận hành loại nhớ giới thiệu để đánh giá hiệu hoạt động loại nhớ - Phân biệt loại nhớ loại ram

- Rèn luyện kỹ tổ chức công việc Nội dung chính:

1 Các loại nhớ

Bộ nhớ chứa chương trình, nghĩa chứa lệnh số liệu Người ta phân biệt loại nhớ: Bộ nhớ (RAM-Bộ nhớ vào ngẫu nhiên), chế tạo chất bán dẫn; nhớ đọc (ROM) loại nhớ đọc nhớ bao gồm: đĩa cứng, đĩa mềm, băng từ, trống từ, loại đĩa quang, loại thẻ nhớ,

1.1 RAM, ROM

Hình 4.1 Vi mạch nhớ ROM-BIOS

Quá trình phát triển ROM trải qua nhiều hệ ROM hệ hay gọi ROM nguyên thuỷ (Ordinary ROM) sử dụng tia cực tím để ghi thơng tin Trong hệ ROM lập trình (PROM -Programmable ROM), thơng tin ghi vào PROM nhờ thiết bị đặc biệt gọi lập trình PROM Tiến thêm bước, với ROM lập trình xố (EPROM - Erasable programmable read-only memory), thông tin EPROM xố sử dụng tia cực tím có cường độ cao Kế tiếp EPROM, EEPROM (Electrically Erasable PROM) loại ROM tiến tiến EEPROM xố điện ghi thông tin sử dụng phần mềm chuyên dụng Bộ nhớ Flash dạng nhớ EEPROM dùng phổ biến làm thiết bị lưu trữ thiết bị cầm tay Flash có tốc độ đọc ghi thơng tin nhanh EEPROM thông tin đọc ghi theo khối 1.1.2 Bộ nhớ RAM:

so với DRAM Ngược lại, bit DRAM cấu tạo dựa tụ điện Do chất tụ điện ln có khuynh hướng tự phóng điện tích, thơng tin bit DRAM dần bị Vì vậy, DRAM cần làm tươi (refresh) định kỳ để bảo tồn thơng tin DRAM thường có tốc độ truy cập thấp so với SRAM, bù lại, DRAM có cấu trúc gọn nhẹ nên tăng mật độ cấy linh kiện dẫn đến giá thành đơn vị nhớ DRAM thấp SRAM

1.1.2.1 Bộ nhớ SRAM ( Ram Tĩnh)

RAM tĩnh chế tạo theo công nghệ ECL (dùng CMOS BiCMOS) Mỗi bit nhớ gồm có cổng logic với transistor MOS SRAM nhớ nhanh, việc đọc không làm hủy nội dung ô nhớ thời gian thâm nhập chu kỳ nhớ.nhưng sram nơi lưu trữ tập tin CMOS dùng cho việc khởi động máy

Hình 4.2 Cấu tạo mạch lật nhớ SRAM

1.1.2.2 Bộ nhớ DRAM ( Ram động)

RAM động dùng kỹ thuật MOS Mỗi bit nhớ gồm transistor tụ điện Việc ghi nhớ liệu dựa vào việc trì điện tích nạp vào tụ điện việc đọc bit nhớ làm nội dung bit bị hủy Do sau lần đọc ô nhớ, phận điều khiển nhớ phải viết lại nội dung nhớ Chu kỳ nhớ theo mà gấp đơi thời gian thâm nhập ô nhớ

Việc lưu giữ thơng tin bit nhớ tạm thời tụ điện phóng hết điện tích nạp phải làm tươi nhớ sau khoảng thời gian 2μs Việc làm tươi thực với tất ô nhớ nhớ Công việc thực tự động vi mạch nhớ

Bộ nhớ DRAM chậm rẻ tiền SRAM

Khác với SRAM, bit DRAM hình thành dựa tụ điện Hình 4.3 minh hoạ bit DRAM mạch nhớ DRAM tổ chức thành ma trận nhớ gồm hàng cột Mỗi bit DRAM có cấu tạo đơn giản, gồm tụ điện transitor cấp nguồn Mức điện tích tụ điện sử dụng để biểu diễn giá trị 1, chẳng hạn mức đầy điện tích ứng với mức 1, khơng tích điện ứng với mức

Do chất tụ thường tự phóng điện nên điện tích tụ có xu hướng giảm dần dẫn đến thông tin tụ bị theo Để tránh bị thông tin, điện tích tụ cần nạp lại thường xuyên – trình gọi trình làm tươi bit DRAM DRAM thường có tốc độ truy cập chậm so với SRAM do: (1) có trễ nạp điện vào tụ, (2) cần trình làm tươi cho tụ (3) mạch DRAM thường dùng kỹ thuật dồn kênh (địa cột/hàng) để tiết kiệm đường địa Tuy nhiên, bit DRAM có cấu trúc đơn giản, sử dụng transitor nên mật độ cấy linh kiện thường cao giá thành rẻ nhiều so với SRAM

Trong loại DRAM, SDRAM (Synchronous DRAM) sử dụng phổ biến SDRAM DRAM hoạt động đồng với nhịp đồng hồ bus SDRAM chia thành loại theo khả truyền liệu: (1) SRD SDRAM (Single Data Rate SDRAM) – SDRAM có tỷ suất liệu đơn, chấp nhận thao tác đọc/ghi chuyển từ liệu chu kỳ đồng hồ với tần số làm việc 100MHz 133MHz (2) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) - SDRAM có tỷ suất liệu kép, chấp nhận hai thao tác đọc/ghi chuyển từ liệu chu kỳ đồng hồ DDR SDRAM có loại nay:

DDR1 SDRAM: tần số làm việc 266, 333, 400, 533 MHz: có khả chuyển từ liệu chu kỳ đồng hồ, , điện áp hoạt động 2.5V, tổng số chân 184 chân, chuẩn giao tiếp DIMM

DDR2 SDRAM: tần số làm việc 400, 533, 800,1066 MHz: có khả chuyển từ liệu chu kỳ đồng hồ, tổng số chân 240 chân, điện áp 1.8V Chuẩn giao tiếp DIMM

DDR3 SDRAM: tần số làm việc 800, 1066, 1333, 1600,2133 MHz: có khả chuyển từ liệu chu kỳ đồng hồ, tổng số chân 240, điện áp hoạt động 1.5v Chuẩn giao tiếp DIMM

Hoặc ghi sau:

SDR SDRAM phân loại theo bus speed sau: PC-66: 66 MHz bus

PC-100: 100 MHz bus PC-133: 133 MHz bus

Hình 4.4 RAM SDR-SDRAM

DDR SDRAM phân loại theo bus speed bandwidth sau:

DDR-200: Còn gọi PC-1600 100 MHz bus với 1600 MB/s bandwidth DDR-266: Còn gọi PC-2100 133 MHz bus với 2100 MB/s

DDR-333: Còn gọi PC-2700 166 MHz bus với 2667 MB/s bandwidth DDR-400: Còn gọi PC-3200 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth

Hình 4.5 RAM DDR-SDRAM

Hình 4.6 RAM DDR II SDRAM DDR3 SDRAM phân loại theo bus speed sau:

DDR3-1066: Còn gọi PC3-8500 533 MHz clock, 1066 MHz bus DDR3-1333: Còn gọi PC3-10600 667 MHz clock, 1333 MHz bus DDR3-1600: Còn gọi PC3-12800 800 MHz clock, 1600 MHz bus

DDR3-2133: Còn gọi PC3-17000 1066 MHz clock, 2133 MHz bus DDR4SDRAM phân loại theo bus speed sau:

DDR4-2400: Còn gọi PC4-2400 1066 MHz clock, 2400 MHz bus DDR4-2600: Còn gọi PC4-2600 1333 MHz clock, 2600 MHz bus DDR4-2800: Còn gọi PC4-2800 1600 MHz clock, 2800 MHz bus DDR4-3000: Còn gọi PC4-3000 2133 MHz clock, 30000 MHz bus

Hình 4.7 Các lại ram :DDRamIII, Ram Laptop 1.2 Thiết bị lưu trữ

FDD (Floppy Disk Drive): ổ đĩa mềm  đọc đĩa mềm FD (Floppy Disc): đĩa mềm, dung lượng có giới hạn, tối đa 2.88 MB Hầu hết đĩa mềm sử dụng dung lượng 1.44 MB, tốc độ truy xuất chậm, dung lượng tốc độ hạn chế  ngày ổ đĩa mềm & đĩa mềm khơng cịn phổ biến

Hình 4.8 Ổ đĩa mềm, đĩa mềm cách lắp ổ đĩa với main

Hard Disk Drive: thiết bị lưu trữ phổ biến mà máy tính có trang bị Ưu điểm HDD nhỏ gọn, tốc độ truy xuất nhanh, dung lượng lưu trữ lớn, thời gian sử dụng bền lâu

Hình 4.9 Sơ đồ cấu tạo ổ cứng

- Các chuẩn giao tiếp :

- Các hệ: ATA1, ATA2, ATA3, ATA4, ATA5, ATA6, ATA7…

Hình 4.10 Hình chuẩn ATA( Cáp nối đầu cắm cáp mainboard) Bảng 4.1 Bảng chuẩn ATA

Chuẩn ATA ATA

(EIDE) ATA ATA ATA ATA

Chế độ

truyền PIO

PIO DMA

PIO DMA

PIO DMA UDMA

PIO DMA UDMA

PIO DMA UDMA Tốc độ

truyền MBps 16 MBps 16 MBps 33 MBps 66 MBps 100 MBps

Cáp 40 pin 40 pin 40 pin 40 pin 40 pin

80 sợi

40 pin 80 sợi

Năm 1981 1994 1996 1997 1999 2000

-SATA (Serial ATA): chuẩn giao tiếp mới, dây cáp kết nối thiết bị Chuẩn SATA khơng có khái niệm “Master” & “Slave”

-Tốc độ: SATA  150 MBps, SATA  300MBps

Hình 4.11 Các Jack cắm sata

Chuẩn ATA SATA

Chế độ truyền 66 – 133 150 – 300 MB/s

Jumper Master/ Slave No Jumper

Chân nguồn 15

Cáp data 40 pin pin

Chiều dài cáp 36 inches 40 inches

Thiết bị kết nối/ cáp

Điện áp 5, 12 volt 5, 12 volt

- SCSI (Small Computer System Interface): chuẩn giao tiếp kết nối liên tiếp nhiều thiết bị, sử dụng máy Server, MAC… tốc độ truyền data 320, 640 MB/s

- Các thiết bị kết nối: HDD, CD/DVD ROM Drive, Tape Drives, Zip Drives, Removable Drives

Hình 4.12 Chuẩn SCSI

Ổ đĩa quang thiết bị dùng để đọc & ghi liệu  đĩa quang Ngày ổ đĩa quang & đĩa quang ứng dụng rộng rãi máy tính, tốc độ truy xuất nhanh, khả lưu trữ lớn, bảo quản & sử dụng lâu dài

Hình 4.13 Đĩa quang ổ đĩa quang (ODD)

- Lưu trữ: đĩa CD có khả lưu trữ 650-700MB, liệu lưu bề mặt đĩa theo chế hình xoắn ốc từ

- Tốc độ truy xuất: X (1X = 150KB/s), đĩa CD đọc thiết bị khác khơng phải máy tính

- CD Recordable (CD-R): liệu ghi dạng bits, ghi tia laser, tốc độ đọc 52X, định dạng theo kiểu CDFS (CD file system) Ghi lần, ghi tiếp dung lượng trống (Multisession Recording)

- CD Rewritable (CD-RW): liệu xóa, ghi lại nhiều lần phần mềm CDRW có giá trị: 8×4×32× (tốc độ Write, Rewrite, Read)… CD RW định dạng theo kiểu UDF (Universal Data Format)

Bảng 4.3 Các chuẩn đĩa quang thơng số nó

Các chuẩn DVD Mơ tả chức năng

DVD ROM Chỉ đọc đĩa quang

DVD R Chỉ ghi liệu lần không xóa DVD R Dual Layer (DL) Ghi lớp

DVD RW Ghi xóa đĩa nhiều lần Các cấp nhớ

2.1 Giới thiệu

Cache hay gọi nhớ đệm, nhớ khay thành phần cấu trúc phân cấp hệ thống nhớ Cache đóng vai trung gian, trung chuyển liệu từ nhớ CPU ngược lại Hình 4.11 minh hoạ vị trí nhớ cache hệ thống nhớ Với hệ thống CPU cũ sử dụng cơng nghệ tích hợp thấp, nhớ cache thường nằm CPU; với CPU sử dụng cơng nghệ tích hợp cao, nhớ cache thường tích hợp vào CPU nhằm nâng cao tốc độ băng thông trao đổi liệu CPU cache

Hình 4.14 Vị trí nhớ cache hệ thống nhớ

Dung lượng nhớ cache thường nhỏ so với dung lượng nhớ nhớ ngồi Với hệ thống máy tính cũ, dung lượng cache khoảng 16KB, 32KB, , 128KB; với hệ thống máy tính gần đây, dung lượng cache lớn hơn, khoảng 256KB, 512KB, 1MB, 2MB, 4MB, 8MB 16MB Cache có tốc độ truy cập nhanh nhiều so với nhớ chính, đặc biệt với cache tích hợp vào CPU Tuy nhiên, giá thành nhớ cache (tính theo bit) thường đắt nhiều so với nhớ Với hệ thống CPU mới, cache thường chia thành hai hay nhiều mức (levels): mức có dung lượng khoảng 16-32KB có tốc độ truy cập cao mức có dung lượng khoảng 1-16MB có tốc độ truy cập thấp

Các đặc tính lượng thơng tin lưu trữ, thời gian thâm nhập nhớ, chu kỳ nhớ, giá tiền bit nhớ khiến ta phải phân biệt cấp nhớ: nhớ nhanh với dung lượng đến nhớ chậm với dung lượng lớn (hình 4.15)

Hình 4.15 Các cấp nhớ

Các đặc tính cấp nhớ dẫn đến hai mức là: mức cache - nhớ mức nhớ ảo (bao gồm nhớ khơng gian cấp phát đĩa cứng) (hình 4.15) Cách tổ chức suốt người sử dụng Người sử dụng thấy không gian định vị nhớ, độc lập với vị trí thực tế lệnh liệu cần thâm nhập

Các cấp nhớ giúp ích cho người lập trình muốn có nhớ thật nhanh với chi phí đầu tư giới hạn Vì nhớ nhanh đắt tiền nên nhớ tổ chức thành nhiều cấp, cấp có dung lượng nhanh đắt tiền cấp có dung lượng cao Mục tiêu việc thiết lập cấp nhớ người dùng có hệ thống nhớ rẻ tiền cấp nhớ thấp gần nhanh cấp nhớ cao Các cấp nhớ thường lồng vào Mọi liệu cấp gặp lại cấp thấp tiếp tục gặp lại cấp thấp Chúng ta có nhận xét rằng, cấp nhớ có dung lượng lớn cấp mình, ánh xạ phần địa nhớ vào địa nhớ cấp trực tiếp có tốc độ nhanh hơn, cấp nhớ phải có chế quản lý kiểm tra địa ánh xạ

2.2.1 Bộ nhớ – Cache, RAM

Bộ nhớ thoả mãn yêu cầu cache dùng làm đệm vào nhớ vừa nơi chứa thơng tin từ ngồi đưa vào, vừa nơi xuất thông tin cho cache Việc đo hiệu nhớ dựa vào thời gian thâm nhập bề rộng dãi thông Thông thường thời gian thâm nhập nhớ phần tử quan trọng cho cache lúc dãi thông nhớ phần cho tác vụ xuất nhập Với việc dùng phổ biến cache ngồi, dãi thơng nhớ trở thành quan trọng cho cache

Mặc dù cache cần nhớ có thời gian thâm nhập nhỏ, thường dễ cải thiện dãi thông nhớ nhờ nhiều cách tổ chức nhớ mới, giảm thời gian thâm nhập cho cache Cache thụ hưởng tiến dãi thông cách tăng kích thước khối cache mà không tăng đáng kể trừng phạt thất bại cache

được nhân đôi hay nhân bốn Vậy tiêu thêm để nới rộng bus nhớ (là bus nối xử lý với nhớ)

Một ví dụ xử lý có chiều dài ô nhớ lớn xử lý ALPHA AXP 21064 (Hãng DEC) Cache ngoài, nhớ bus nhớ có độ rộng 256 bit

* Bộ nhớ đan chéo đơn giản: Các IC nhớ tổ chức thành dãi để đọc hay viết nhiều từ lúc thay đọc từ, độ rộng bus cache không thay đổi Khi gởi nhiều địa đến nhiều dãi ta đọc nhiều từ lúc Bộ nhớ đan chéo cho phép ghi vào nhớ nhiều từ lúc Tổ chức nhớ đan chéo đơn giản không rắc rối nhiều so với tổ chức bình thường nhớ dãi dùng chung đường địa với điều khiển ô nhớ, dãi dùng phần số liệu bus nhớ SDRAM DDR SDRAM loại RAM dùng kỹ thuật

* Bộ nhớ đan chéo tổ chức thành dãi độc lập: tổ chức nhớ đan chéo hiệu hơn, cho phép nhiều thâm thập nhớ cho phép dãi làm việc độc lập với Mỗi dãi cần có đường địa riêng biệt cần bus số liệu riêng biệt: Trong trường hợp xử lý tiếp tục cơng việc lúc chờ đợi số liệu (trường hợp thất bại cache) RDRAM nhớ loại

Hình 4.17 Bộ nhớ đan chéo bậc 4.

Dải thứ i chứa tất từ có địa thoả mãn công thức (địa chỉ) mod = i 2.2.2 Bộ nhớ ảo – HDD

Bộ nhớ ảo xác định chế vận chuyển tự động số liệu nhớ nhớ (đĩa từ)

Trước đây, độ dài chương trình vượt giới hạn dung lượng nhớ người lập trình phải phân chia chương trình thành phần tự loại bỏ (overlays) phải tự quản lý việc trao đổi thông tin nhớ đĩa từ Bộ nhớ ảo làm nhẹ trách nhiệm nhà lập trình cách làm cho việc trao đổi thông tin thực cách tự động

Hình 4.18 Một chương trình gồm trang A,B,C,D

Ngồi việc phân chia không gian nhớ, cần bảo vệ quản lý tự động cấp nhớ, nhớ ảo đơn giản hố việc nạp chương trình vào nhớ để thi hành nhờ chế gọi tái định địa (address relocation) Cơ chế cho phép chương trình thi hành nằm vị trí nhớ

Bảng 4.4 Đại lượng điển hình cho nhớ cache nhớ ảo.

- Khi thất bại cache, thay khối cache điều khiển phần cứng, thay nhớ ảo chủ yếu hệ điều hành

- Không gian định vị mà xử lý quản lý không gian định vị nhớ ảo, lúc dung lượng nhớ cache không tuỳ thuộc vào không gian định vị xử lý

- Bộ nhớ cịn dùng để lưu trữ tập tin ngồi nhiệm vụ hậu phương nhớ (trong cấp nhớ)

Bộ nhớ ảo thiết kế nhiều kỹ thuật đặc thù cho

Các hệ thống nhớ ảo chia thành loại: loại với khối có dung lượng cố định gọi trang, loại với khối có chiều dài thay đổi gọi đoạn Định vị trang xác định địa trang, giống định vị cache Trong định vị đoạn cần từ: từ chứa số thứ tự đoạn từ chứa độ dời đoạn Chương trình dịch gặp khó khăn nhiều định vị đoạn

Do việc thay đoạn, ngày máy tính dùng định vị đoạn tuý Một vài máy dùng cách hỗn hợp gọi đoạn trang Trong đoạn chứa số nguyên trang Bây trả lời câu hỏi đặt cấp nhớ cho nhớ ảo

Câu hỏi 1: Một khối đặt đâu nhớ trong?

Hình 4.19 Ánh xạ trang ảo vào nhớ vật lý

Câu hỏi 2: Làm để tìm khối nằm nhớ trong? Định vị trang định vị đoạn dựa vào cấu trúc liệu số thứ tự trang số thứ tự đoạn có số Cho định vị trang, dựa vào bảng trang, địa nhớ vật lý xác lập cuối việc đặt kề số thứ trang vật lý với địa trang (hình IV.9) Cho định vị đoạn, dựa vào thơng tin bảng đoạn, việc kiểm tra tính hợp lệ địa tiến hành Địa vật cuối xác lập cách cộng địa đoạn địa đoạn (độ dời trongđoạn)(hìnhIV.10)

Hình 4.20 Ánh xạ địa nhớ ảo nhớ vật lý cách định vị đoạn

Hầu hết hệ điều hành cố gắng thay khối dùng gần (LRU: Least Recent Utilized) nghĩ khối cần

Câu hỏi 4: Việc xảy cần ghi số liệu?

Chiến thuật ghi ghi lại nghĩa thông tin viết vào khối nhớ Khối có thay đổi thơng tin, chép vào đĩa từ khối bị thay

3 Cách truy xuất liệu nhớ

Cache nhớ nhanh, chứa lệnh liệu thường xuyên dùng đến Việc lựa chọn lệnh liệu cần đặt vào cache dựa vào nguyên tắc sau đây:

Một chương trình 90% thời gian thi hành lệnh để thi hành 10% số lệnh chương trình Nguyên tắc áp dụng cho việc thâm nhập liệu, hiệu nghiệm việc thâm nhập lệnh Như có hai nguyên tắc: nguyên tắc không gian nguyên tắc thời gian

 Nguyên tắc thời gian: cho biết ô nhớ hệ thống xử lý thâm nhập có khả thâm nhập tương lai gần Thật vậy, chương trình cấu tạo với phần phần thi hành nhiều phần phụ dùng để xử lý trường hợp ngoại lệ Cịn số liệu ln có cấu trúc thơng thường có phần số liệu thâm nhập nhiều mà

Nguyên tắc không gian: cho biết, xử lý thâm nhập vào nhớ có nhiều khả thâm nhập vào nhớ có địa lệnh xếp thành chuỗi có thứ tự Tổ chức cấp nhớ cho lệnh liệu thường dùng nằm nhớ cache, điều làm tăng hiệu máy tính cách đáng kể

4 Hiểu nhớ Cache cách tổ chức nhớ Cache CPU 4.1 Khái niệm: cache hit, cache miss, cache penalty

Ngược lại, Cache Miss (đoán trượt hay thất bại cache) kiện mà CPU truy nhập mục tin mục tin khơng có cache Xác suất miss gọi hệ số miss, 1-H Cũng thấy hệ số miss 1-H thuộc khoảng (0, 1) Hệ số miss thấp hiệu cache cao Hay xử lý không gặp phần tử cần đọc (ghi) cache

Cache Penalty (Trừng phạt thất bại cache): Thời gian cần thiết để xử lý thất bại cache Thời gian bao gồm thời gian thâm nhập nhớ cộng với thời gian chuyển khối chứa từ cần đọc từ nhớ đến cache Thời gian tuỳ thuộc vào kích thước khối

4.2 Hoạt động 4.2.1 Sắp xếp khối

Một khối nhớ đặt vào cache theo ba cách sau:

- Kiểu tương ứng trực tiếp: Nếu khối nhớ có vị trí đặt khối cache xác định theo công thức: K= i mod n Trong đó: K: vị trí khối đặt cache i: số thứ tự khối nhớ n: số khối cache Như vậy, kiểu xếp đặt khối này, vị trí đặt khối cache chứa khối nhớ cách xn khối (x: 0,1, ,m; n: số khối cache)

Ví dụ:

-Kiểu hoàn toàn phối hợp: kiểu đặt khối này, khối nhớ đặt vào vị trí cache Như vậy, kiểu xếp đặt khối này, vị trí đặt khối cache chứa tất khối nhớ

Một khối nhớ đặt vào số vị trí khối giới hạn tập hợp xác định công thức: K= i mod s

Trong đó:

K: vị trí khối đặt cache

i: số thứ tự khối nhớ s: số lượng tập hợp cache

Trong cách đặt khối theo kiểu phối hợp theo tập hợp, tập hợp có m khối, tương ứng khối nhớ khối cache gọi phối hợp theo tập hợp m khối

Nếu m=1 (mỗi tập hợp có khối), ta có kiểu tương ứng trực tiếp Nếu m=n (n: số khối cache), ta có kiểu tương hồn toàn phối hợp

Hiện nay, phần lớn cache xử lý kiểu tương ứng trực tiếp hay kiểu phối hợp theo tập hợp (mỗi tập hợp gồm khối)

Ví dụ: Bộ nhớ có 32 khối, cache có khối, khối gồm 32 byte, khối thứ 12 nhớ đưa vào cache

Hình 4.21 Kết phối hợp 4.2.2 Nhận diện khối

chứa thông tin mà xử lý cần đọc hay không Tất nhãn xem xét song song (trong kiểu tương ứng trực tiếp phối hợp theo tập hợp) tốc độ yếu tố then chốt Để biết xem khối của cache có chứa thơng tin mà xử lý cần tìm hay không, người ta thêm bit đánh dấu (valid bit) vào nhãn để nói lên khối có chứa thơng tin mà xử lý cần tìm hay khơng

Như mô tả phần đầu, với thao tác đọc (ghi) nhớ, xử lý đưa địa nhận (viết vào) liệu từ (vào) nhớ Địa mà xử lý đưa phân tích thành hai thành phần: phần nhận dạng số thứ tự khối phần xác định vị trí từ cần đọc khối Tương ứng với ba kiểu lắp đặt khối xét, ta có:

a Căn vào tổ chức số từ khối nhớ mà số bit địa xác định vị trí từ cần đọc khối Cách với ba cách xếp đặt khối xét

b Phần nhận dạng số thứ tự khối khác tuỳ thuộc vào cách xếp đặt khối, trường số khối so sánh với nhãn cache để xác định khối cache

Dữ liệu xử lý đọc lúc với việc đọc nhãn Phần số khối khối nhớ so sánh với bảng tương quan để xác định khối có nằm cache hay khơng Để nhãn chứa thông tin đắn (tức khối có chứa từ mà xử lý cần đọc-ghi), việc so sánh nhãn khối cache giống với số thứ tự khối, bit đánh dấu (Valid bit) phải bật lên Ngược lại, kết so sánh bỏ qua Bộ xử lý vào phần xác định từ khối để đọc (ghi) liệu từ (vào) cache

- Đối với kiểu tương ứng trực tiếp, phần nhận dạng số khối chia thành hai phần:

+ Phần số khối cache: số thứ tự khối cache tương ứng cần xem xét + Phần nhãn: so sánh tương ứng với nhãn khối cache phần số khối

Chỉ số khối nhớ Địa từ cần đọc

trong khối

- Đối với kiểu hoàn toàn phối hợp, phần nhận dạng số khối địa so sánh với nhãn tất khối cache

Chỉ số khối nhớ Địa từ cần đọc khối

-Đối với kiểu phối hợp theo tập hợp, phần nhận dạng số khối chia thành hai phần:

+ Phần số tập hợp: số thứ tự tập hợp cache cần xem xét + Phần nhãn: so sánh tương ứng với nhãn khối cache thuộc tập hợp phần số tập hợp

Chỉ số khối nhớ Địa từ cần đọc

trong khối

Nhãn Chỉ số tập hợp

Ví dụ: phân tích địa từ cho trên, địa xác định từ nhớ có 10 bit, tuỳ theo cách xếp đặt khối mà ta phân tích địa thành thành phần sau:

- Đối với kiểu tương ứng trực tiếp:

- Đối với kiểu hoàn toàn phối hợp:

- Đối với kiểu phối hợp theo tập hợp, giả sử cache gồm tập hợp, tập hợp gồm hai khối:

Khi có thất bại cache, điều khiển cache thâm nhập nhớ chuyển khối mà xử lý cần đọc (ghi) vào cache Như vậy, khối cache bị thay bới khối chuyển lên Đối với kiểu tương ứng trực tiếp, vị trí đặt khối khơng có lựa chọn, xác định trường số khối cache địa từ cần đọc (ghi) Nếu cache kiểu hoàn toàn phối hợp hay phối hợp theo tập hợp thất bại phải chọn lựa thay nhiều khối Có bốn chiến thuật chủ yếu dùng để chọn khối thay cache:

- Thay ngẫu nhiên: để phân bố đồng việc thay thế, khối cần thay cache chọn ngẫu nhiên

- Khối xưa (LRU: Least Recently Used): khối thâm nhập đánh dấu khối bị thay khối không dùng từ lâu

- Vào trước trước (FIFO: First In First Out): Khối đưa vào cache đầu tiên, bị thay thế, khối thay trước

- Tần số sử dụng (LFU: Least Frequently Used): Khối cache tham chiếu

Điều sử dụng hệ nguyên tắc sử dụng ô nhớ theo thời gian: khối dùng có khả dùng tương lai gần, khối bị thay khối không dùng thời gian lâu

4.2.4 Chiến thuật ghi

Đối với việc ghi vào nhớ khơng giống trên, việc thay đổi nội dung khối bắt đầu trước nhãn xem xét để biết có thành cơng hay thất bại Thao tác ghi vào nhớ tốn nhiều thời gian thao tác đọc nhớ Trong việc ghi nhớ có khó khăn khác xử lý cho biết số byte cần phải ghi, thường từ đến byte Để đảm bảo đồng liệu lưu trữ, có hai cách để ghi vào cache:

- Ghi đồng thời: Thông tin ghi đồng thời vào khối cache khối nhớ Cách ghi làm chậm tốc độ chung hệ thống Các ngoại vi truy cập nhớ trực tiếp

- Ghi lại: Để đảm bảo tốc độ xử lý hệ thống, thông tin cần ghi ghi vào khối cache Để quản lý khác biệt nội dung khối cache khối nhớ trong, bit trạng thái (Dirty bit hay Update bit) dùng để thị Khi thao tác ghi vào cache, bit trạng thái (Dirty bit hay Update bit) khối cache thiết lập Khi khối bị thay thế, khối ghi lại vào nhớ bit trạng thái thiết lập Với cách ghi này, ngoại vi liên hệ đến nhớ thơng qua cache

Khi có thất bại ghi vào cache phải lựa chọn hai giải pháp sau:

- Ghi có nạp: khối cần ghi từ nhớ nạp vào cache mô tả Cách thường dùng cách ghi lại

- Ghi không nạp: khối thay đổi nhớ không đưa vào cache Cách dùng cách ghi đồng thời

Trong tổ chức có nhiều xử lý với tổ chức cache nhớ chia sẻ, vấn đề liên quan đến tính đồng liệu cần đảm bảo Sự thay đổi liệu cache riêng lẻ làm cho liệu hệ thống cache nhớ liên quan không đồng Vấn đề giải hệ thống cache tổ chức sau:

nó quản lý, điều khiển cache vơ hiệu hố thâm nhập Chiến lược phụ thuộc vào cách ghi đồng thời tất điều khiển cache ƒ

+ Một vi mạch dùng để điều khiển việc cập nhật, thao tác ghi vào nhớ từ cache cập nhật cache khác ƒ

+ Một vùng nhớ chia sẻ cho hay nhiều xử lý khơng ánh xạ lên cache Như vậy, tất thâm nhập vào vùng nhớ chia sẻ bị thất bại cache

4.3 Các mức Cache

Việc dùng cache làm cho cách biệt kích thước thời gian thâm nhập cache nhớ lớn Người ta đưa vào nhiều mức cache:

- Cache mức (L1 cache): thường cache (on-chip cache; nằm bên CPU)

- Cache mức hai (L2 cache) thường cache (off-chip cache; cache nằm bên CPU)

Bảng 4.5 Kích thước cache số hệ thống

a Hai giá trị cách dấu “/” giá trị cache lệnh cache liệu b Cả hai giá trị cache lệnh

4.4 Hiệu Cache

Thông thường người ta dùng thời gian thâm nhập trung bình nhớ để đánh giá hiệu cache

Thời gian thâm nhập trung bình cho cơng th c:ứ Thời gian thâm

nhập trung bình nhớ

= Thời gian thâm nhập thành công

+ Tỉ lệ thất bại

Trong việc tìm kiếm thơng tin cache phải ý làm giảm tỉ lệ thất bại mà nguyên nhân sau:

- Khởi động: lần thâm nhập cache đầu tiên, khơng có thơng tin cần tìm cache nên phải chuyển khối chứa thơng tin vào cache

- Khả năng: cache khơng thể chứa tất khối cần thiết cho việc thi hành chương trình nên gặp thất bại cache thiếu khả năng, khối bị lấy khỏi cache lại đưa vào sau

- Tranh chấp: Nếu chiến thuật thay khối phối hợp theo tập hợp hay tương ứng trực tiếp, thất bại tranh chấp xảy khối bị đưa khỏi cache gọi vào sau có nhiều khối phải thay tập hợp

CÂU HỎI ÔN TẬP 1.Thế nhớ?

2.Bộ nhớ có loại, các loại nhớ Ram dựa theo thơng số ta phân loại ram

3.Phân biệt loại Ram

4.Trình bày phân biệt nhớ ảo nhớ 5.Cách truy xuất liệu nhớ

CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ NHẬP XUẤT Mã chương : 12.05

Giới thiệu :

Bài giới thiệu thiết bị xuất nhập máy tính thiết bị lưu trữ chuẩn bus, Các loại thẻ khái nieemk chuẩn an toàn liệu máy tính

Mục tiêu:

+ Trình bày cấu tạo cách vận hành loại thiết bị lưu trữ + Trình bày phương pháp để đảm bảo an toàn liệu lưu trữ

+ Trình bày kiến thức hệ thống kết nối bản, phận bên máy tính, cách giao tiếp thiết bị ngoại vi xử lý

+ Rèn luyện cách tư duy, suy luận chặt chẽ, có sở khoa học Nội dung chính:

1 Đĩa từ 1.1 Giới thiệu

Đĩa từ (Magnetic Disks) loại thiết bị lưu trữ sử dụng rộng rãi thiết bị tính tốn nói chung máy tính cá nhân nói riêng Đĩa từ thuộc loại nhớ ổn định – thông tin lưu đĩa từ ln trì, khơng phụ thuộc vào nguồn điện ni bên ngồi Đĩa từ nhớ kiểu khối có dung lượng lớn, đặc biệt đĩa cứng, dùng để lưu trữ thông tin lâu dài dạng tệp (files) Để lưu thông tin, đĩa từ sử dụng đĩa nhựa đĩa kim loại có phủ lớp bột từ bề mặt Bột từ sử dụng thường oxit sắt hợp kim sắt Có hai dạng đĩa từ chủ yếu đĩa từ mềm (gọi tắt đĩa mềm – Floppy Disks) đĩa từ cứng (gọi tắt đĩa cứng – Hard Disks) Đĩa mềm làm plastic, có dung lượng nhỏ, tốc độ chậm dễ bị hư hỏng Người ta sử dụng ổ đĩa mềm (FDD – Floppy Disk Drive) để đọc ghi đĩa mềm

Hình 5.1 Đĩa mềm ổ đĩa mềm kích thước 3,5 inches

Khác với đĩa mềm, đĩa cứng thường gắn cố định ổ đĩa bọc hộp kim loại bảo vệ minh hoạ hình Hình 5.2 Đĩa cứng làm kim loại thuỷ tinh, có dung lượng lớn tốc độ cao nhiều lần so với đĩa mềm Hiện nay, ổ đĩa cứng thườngcó dung lượng lớn, từ vài chục gigabyte đến hàng ngàn gigabyte thiết bị lưu trữ chủ yếu hệ thống máy tính Do đĩa từ mềm ngày sử dụng, phần chương đề cập đến đĩa từ cứng ổ đĩa cứng

Hình 5.2 Ổ đĩa cứng kích thư ớc 3,5 inches 1.2 Đĩa cứng

Hình 5.3 Các thành phần đĩa cứng

Hình 5.4 Hệ thống đĩa đầu từ đọc/ghi đĩa cứng

Rãnh có dạng đường tròn đồng tâm mặt đĩa để lưu thông tin Các rãnh đánh số từ theo trật từ từ phía ngồi đĩa vào tâm mặt đĩa chứa hàng ngàn rãnh Tiếp theo rãnh, mặt trụ tập hợp rãnh mặt đĩa khác nằm vị trí đầu từ Trên thực tế, mặt trụ tham số sử dụng nhiều rãnh hệ thống đĩa cứng Cung phần rãnh bề mặt đĩa đơn vị lưu trữ nhỏ quản lý đĩa Kích thư ớc thông dụng cung 512 bytes Với ổ đĩa cứng, ba tham số sử dụng để tính dung lượng đĩa là: Số lượng mặt trụ (C), số lượng đầu từ (H) số lượng cung rãnh (S) Như vậy, dung lượng đĩa cứng tính theo tham số là:

Dung lượng đĩa cứng = C x H x S x 512 bytes 1.2.2 Các chuẩn ghép nối đĩa cứng

Các chuẩn hay giao diện ghép nối ổ đĩa cứng giải vấn đề ổ đĩa cứng ghép nối trao đổi liệu với CPU Cho đến nay, giao diện thơng dụng ghép nối ổ đĩa cứng với máy tính gồm: (1) Parallel ATA (PATA - Parallel Advanced Technology Attachments), gọi

SCSI – Small Computer System Interface (phát âm scuzzy /skʌzi/), (4) Serial Attached SCSI (SAS) (5) iSCSI – Internet SCSI Trong tài liệu này, ta đề cập chi tiết ba chuẩn ghép nối thơng dụng cho máy tính PATA/ATA/IDE, SATA SCSI

Chuẩn ghép nối ATA/IDE/PATA

Hình 5.5 Giao diện ghép nối cáp ATA/IDE/PATA

Hình 5.6 IDE HDD jumpers & cài đặt jumpers

Chuẩn ghép nối ATA/IDE/PATA sử dụng cáp dẹt 40 80 sợi để ghép nối ổ cứng với bảng mạch máy tính Mỗi cáp thườnghỗ trợ ghép nối với ổ đĩa: ổ đĩa chủ (master) ổ đĩa tớ (slave) Băng thông đường truyền 16 bít, đạt mức thơng lượng theo tần số làm việc: 16, 33, 66, 100 133MB/s Hình 5.5 minh hoạ khe cắm, cáp ghép nối chuyển mạch chế độ làm việc (jumpers) ổ đĩa chuẩn ATA/IDE/PATA

Hình 5.7 Khe cắm cáp ghép nối SATA

Hình 5.6 minh hoạ thành phần ghép nối ổ đĩa cứng với bảng mạch theo chuẩn SATA Chuẩn SATA sử dụng tập lệnh mức thấp chuẩn ATA ng SATA sử dụng đường truyền tin nối tiếp tốc độ cao qua đôi dây với điều khiển SATA sử dụng chuẩn AHCI (Advanced Host Controller Interface) SATA hỗ trợ nhiều tính tiên tiến vượt trội so với ATA, truyền liệu nhanh hiệu đặc biệt tính cắm nóng (hot plug) SATA cung cấp tốc độ truyền liệu cao nhiều so với ATA Với SATA hệ 1, tốc độ đạt 1,5 Gb/s đạt 3,0 Gb/s 6,0 Gb/s với hệ hệ

Chuẩn ghép nối SCSI SCSI tập chuẩn kết nối vật lý truyền liệu máy tính thiết bị ngoại vi, thườngđược sử dụng máy chủ Tất thiết bị SCSI kết nối đến bus SCSI theo kiểu bus SCSI kết nối 8-16 thiết bị SCSI Tương tự SATA, chuẩn SCSI cung cấp nhiều tính tiên tiến tốc độ truyền liệu tính ổn định cao tính cắm nóng Tính cắm nóng hữu dụng máy chủ SCSI cho phép thêm, bớt ổ cứng mà tắt máy, giảm thời gian ngừng cung cấp dịch vụ SCSI đạt tốc độ truyền liệu: 5, 10, 20, 40MB/s với ổ SCSI cũ 160, 320, 640 MB/s với ổ SCSI Các ổ cứng SCSI thườngrất đắt tiền thườngđược sử dụng cho máy chủ hệ thống lưu trữ tiên tiến RAID, NAS SAN

Các đĩa cứng quản lý theo hai mức: mức thấp (lower level) mức cao (high level) Quản lý đĩa mức thấp thực chức ROM-BIOS, đĩa quản lý mức cao hệ điều hành Các vấn đề liên quan đến quản lý đĩa cứng gồm: định dạng đĩa cứng, phân khu bảng phân khu đĩa cứng, cung khởi động, hệ thống file thư mục gốc

Định dạng đĩa cứng Đĩa cứng cần định dạng (format) trước sử dụng Có hai mức định dạng đĩa cứng: định dạng mức thấp (lower level format) định dạng mức cao (high level format) Định dạng mức thấp trình gán địa cho cung vật lý đĩa thực chức BIOS Hiện nay, hầu hết ổ đĩa cứng định dạng mức thấp xuất xưởng Sau định dạng mức thấp, ổ đĩa cần định dạng mức cao hệ điều hành trước lưu thơng tin Định dạng mức cao trình gán địa cho cung logic khởi tạo hệ thống file

Phân khu bảng phân khu đĩa cứng Một đĩa cứng vật lý chia thành nhiều phần để thuận tiện cho quản lý lưu trữ Mỗi phần gọi phân đoạn hay phân khu (partition) Có hai loại phân khu: phân khu (primary partition) phân khu mở rộng (extended partition) Thông thư ờng, ổ đĩa có phân khu phân khu mở rộng Một phân khu lại chia thành ổ đĩa logic Phân khu chứa ổ đĩa logic, ng phân khu mở rộng chia thành ổ đĩa logic Bảng phân khu (partition table) bảng gồm ghi lưu thông tin quản lý phân khu đĩa cứng Các thông tin cụ thể phân khu sau:

Phân khu có thuộc loại tích cực (active) ?

- Số mặt trụ (C), đầu từ (H) cung (S) điểm bắt đầu phân khu - Số mặt trụ (C), đầu từ (H) cung (S) điểm kết thúc phân khu - Kiểu định dạng phân khu (FAT, NTFS, EXT)

- Kích thước phân khu tính theo số cung

loader) có nhiệm vụ kích hoạt việc nạp thành phần hệ điều hành từ đĩa vào nhớ

Hệ thống file (file system) dạng bảng danh mục (directory) để quản lý việc lưu trữ files đĩa Các files thườngđược lưu trữ thư mục (folders) thư mục tổ chức theo mơ hình Hệ thống file thành phần hệ điều hành có thiết kế khác khác Sau số hệ thống file thông dụng kèm theo hệ điều hành:

- FAT (DOS, Windows 3.x, Windows 95, 98, ME, Windows NT, 2000, XP) - NTFS (Windows NT, 2000, XP, 2003, Vista, 7)

- Ext2, Ext3 (Unix, Linux)

- MFS (Macintosh FS)/HFS (Hierarchical FS) (Mac OS)

Thư mục gốc (Root directory) thư mục mức thấp hệ thống thư mục ổ đĩa logic Thư mục gốc điểm bắt đầu hệ thống tìm kiếm truy nhập file Cũng thư mục khác, thư mục gốc chứa thư mục file Điểm khác biệt thư mục gốc với thư mục khác khơng có thư mục mẹ

2 Đĩa quang

2.1 Giới thiệu nguyên lý

Đĩa quang (Optical Disks) hoạt động dựa nguyên lý quang học: sử dụng ánh sáng để đọc ghi thông tin đĩa Các đĩa quang thường chế tạo plastic với mặt tráng lớp nhôm mỏng để phản xạ tia laser Mặt đĩa quang “khắc” rãnh mức lõm rãnh sử dụng để biểu diễn bit thông tin, minh hoạ Hình 5.7 Trên thực tế, đĩa quang âm nhạc phim chế tạo hàng loạt theo kiểu chế in gồm khâu: Trước hết, tạo đĩa chủ chứa thông tin dạng “âm bản” thiết bị chuyên dụng, sau sử dụng đĩa chủ để “in” thông tin lên đĩa quang trắng Việc đọc thông tin đĩa quang thực ổ đĩa quang (Optical Disk Drive), minh hoạ Hình 5.8 theo bước:

Bước Gương quay điều khiển tín hiệu đọc, lái tia laser đến vị trí cần đọc mặt đĩa;

Bước Tia phản xạ từ mặt đĩa phản ánh mức lồi lõm mặt đĩa quay trở lại gương quay;

Bước Gương quay chuyển tia phản xạ tách tia sau đến cảm biến quang điện;

Bước Bộ cảm biến quang điện chuyển đổi tia laser phản xạ thành tín hiệu điện đầu Cường độ tia laser biểu diễn thành mức tín hiệu

Hình 5.8 Lưu thơng tin đĩa quang

Có hai họ đĩa quang chính: đĩa CD (Compact Disk) đĩa DVD (Digital Video Disk) Đĩa CD đời trước có dung lượng nhỏ, tốc độ chậm, thườngđược sử dụng để lưu liệu, âm phim ảnh có chất lượng thấp Đĩa DVD đời sau, có dung lượng lớn, tốc độ truy nhập cao cho phép lưu liệu, âm phim ảnh có chất lượng cao

Họ đĩa CD gồm loại chính: đĩa CD đọc (CD-ROM - Read Only CD), đĩa CD ghi lần R - Recordable CD) đĩa CD ghi lại (CD-RW - Rewritable CD) Đĩa CDROM ghi sẵn nội dung từ sản xuất đọc trình sử dụng CDROM thườngđược sử dụng để lưu âm nhạc phần mềm Đĩa CD-R đĩa ghi lần Người sử dụng Sau thông tin ghi, đĩa trở thành loại đọc Ngược lại, đĩa CD-RW cho phép xố thơng tin ghi ghi lại nhiều lần Đĩa CD-RW thườngcó giá thành cao ghi lại khoảng 1000 lần

Tương tự họ CD, họ DVD gồm nhiều loại: đĩa DVD đọc (DVD-ROM - Read Only DVD), đĩa ghi lần (DVD-R - Recordable DVD), đĩa ghi lại (DVDRW Rewritable DVD), đĩa DVD mật độ cao (HDDVD -High-density DVD) đĩa DVD mật độ siêu cao (Blu-ray DVD - Ultra-high density DVD) DVD-ROM thườngđược sử dụng để lưu phim ảnh phần mềm có dung lượng lớn Đĩa DVD-R đĩa ghi lần Người sử dụng Sau thông tin ghi, đĩa trở thành loại đọc Ngược lại, đĩa DVD-RW cho phép xố thơng tin ghi ghi lại nhiều lần Đĩa HD-DVD Blu-ray HD-DVD loại đĩa HD-DVD có dung lượng siêu cao với dung lương tương ứng vào khoảng 15GB 25GB với đĩa lớp

2.3 Giới thiệu cấu tạo số đĩa quang thông dụng 2.3.1 Đĩa CD-ROM, CD-R CD-RW

600 KB/s; đĩa có tốc độ đọc 50x tốc độ tối đa đọc 50 x 150KB/s = 7500 KB/s

Hình 5.9 Cấu tạo đĩa CD-R

Đĩa CD-R mặt hình thức cấu tạo tương tự đĩa CD-ROM Tuy nhiên, đĩa CD-R có thêm lớp gọi “organic dye”, tạm dịch lớp hữu nằm lớp plastic lớp phản xạ kim loại Tia laser điều chế tín hiệu ghi sử dụng để “đốt” lớp hữu tạo thành mức lồi lõm khác lớp để lưu thông tin Sau đốt lớp hữu bị cố định đĩa CD-R ghi lần Trong đĩa CD-RW, lớp hữu thay lớp bán kim loại Nhờ vậy, đĩa CD-RW ghi nhiều lần Đa số đĩa CD-RW cho phép ghi lại đến khoảng 1000 lần

2.3.2 Đĩa DVD-ROM, DVD-R DVD-RW

Hình 5.10 Mật độ ghi thơng tin đĩa CD DVD

Hình 5.11 Cấu tạo đĩa DVD-R

Hình 5.12 Cấu tạo đĩa DVD-RW 2.3.3 Đĩa HD-DVD Blu-ray DVD

Đĩa HD-DVD Blu-ray DVD “siêu” đĩa quang với dung lượng lớn tốc độ truy nhập cao Đĩa HD-DVD Toshiba phát minh, sử dụng tia laser xanh với bước sóng ngắn Đĩa HD-DVD đạt dung lượng 15GB cho lớp 30GB cho hai lớp Do thất bại cạnh tranh với đĩa Blu-ray DVD, nên đĩa HD-DVD phải ngừng sản xuất từ tháng năm 2008 Đĩa Blu-ray DVD Sony phát minh, sử dụng tia laser với bước sóng 405nm Đĩa Blu-ray DVD đạt dung lượng 30GB cho lớp 50GB cho hai lớp

3 Các loại thẻ nhớ

3.1 Khái niệm

Hình 5.13 Các loại thẻ nhớ nay 3.2 Phân loại

3.2.1 Thẻ nhớ đa phương tiện (Multimedia Card):

Hình 5.14 Thẻ nhớ đa phương tiện Multimedia Card

Dòng thẻ nhớ Multimedia Card hay gọi tắt “MMC” xem dịng thẻ nhớ lâu đời đời vào năm 1997, thẻ nhớ MMC có kích thước 24 x 32 x 1.4mm giống tem dán thư Bo mạch tiếp xúc thẻ nhớ MMC tích hợp mặt sau thẻ nên bạn sử dụng thẻ nhớ đa phương tiện chung với khe cắm thẻ SD hình dạng kiểu dáng

3.2.2 Thẻ nhớ SD (SanDisk TransFlash):

Hình 5.15 Những dòng thẻ nhớ SD

Dòng thẻ nhớ SD tập đoàn SanDisk nghiên cứu phát triển sản xuất từ năm 2000 xem loại thẻ phổ biến thị trường thẻ nhớ chuyên dùng với thiết bị công nghệ di động cao cấp Đa số Smartphone hay máy tính bảng ngày điều hỗ trợ khe cắm thẻ nhớ SD nên bạn phải tìm hiểu kỹ chúng tích hợp dịng thẻ nhớ SD để chọn lựa thẻ cho tương thích

+ Thẻ nhớ SD: hãng SanDisk nghiên cứu sản xuất vào 28/01/2000 hiệp hội thẻ SDA đánh giá đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao, thẻ SD tích hợp tới 4GB dung lượng để tăng khả lưu trữ bạn sử dụng thẻ SDHC với 32GB dung lượng Những thẻ SD sử dụng với thiết bị hỗ trợ thẻ SDHC ngược lại thẻ SDHC khơng tích hợp với thẻ SD

Hình 5.17 Thẻ nhớ SDHC

Thẻ nhớ SDHC: Thẻ nhớ loại SDHC phổ biến nay, thường dùng camera, máy quay phim, thẻ SDHC có dung lượng cao, hỗ trợ tốt định dạng phổ biến máy tính nên dễ dàng kết nối với máy tính Thẻ SDHC khơng tương thích ngược với thiết bị hỗ trợ thẻ SD

+Thẻ miniSD: tập đoàn SanDisk sản xuất vào ngày 13/03/2003 phiên thu nhỏ dịng thẻ SD với kích thước 21.5 × 20 × 1.4 mm, ta thường thấy thẻ miniSD sử dụng nhiều điện thoại hay máy nghe nhạc, thẻ miniSD dùng với đầu đọc thẻ sử dụng chung với khe cắm thẻ SD Tương tự thẻ SDHC, thẻ miniSDHC sở hữu dung lượng lớn thẻ miniSD

Hình 5.19 Thẻ nhớ microSD

+Thẻ microSD: thương mại hóa tồn giới vào năm 2008 với kích thước 15 × 11 × 0.7mm (nhỏ móng tay cái) nhỏ thẻ miniSD , thẻ nhớ microSD phổ biến thiết bị Smartphone, máy nghe nhạc, máy ảnh…Thẻ nhớ microSD chứa 2GB thẻ microSDHC lưu trữ 32GB dung lượng

+Thẻ nhớ SDXC: Thẻ nhớ SDXC chứa đến 128GB dung lượng Dòng thẻ cần khe cắm thẻ SDXC chuyên dụng để truyền tải liệu

Hình 5.21 Thẻ nhớ xD

+Thẻ nhớ xD: Dòng thẻ phổ biến dùng lưu trữ hình máy ảnh thương hiệu máy ảnh định Vì khơng phải thẻ nhớ xD hỗ trợ với tất máy ảnh, bạn nên kiểm tra kỹ thiết bị mua Thẻ xD có nhiều định dạng M, H M+

3.2.3 Thẻ nhớ CompactFlash (CF)

Trên thị trường có vài dòng máy ảnh máy quay phim sử dụng loại thẻ nhớ CF với dung lượng lên tới 64GB, phổ biến thẻ có dung lượng từ 16GB trở xuống Vì thẻ CompactFlash có tốc độ truyền tải đọc/ghi độ bền cao nhiều so với thẻ SD nên thích hợp dành cho người dùng chuyên nghiệp đặc biệt nhiếp ảnh gia, người quay phim

3.3 Khái niệm chuẩn tốc độ

- Speed X: Speed X cách đo tốc độ cho chuẩn thẻ SD/ MicroSD Tốc độ speed X hiển tốc độ đọc cao điều kiện tốt 1x speed = 150KB/s

VD: Trên thẻ nhớ ghi tốc độ 45x, hiểu tốc độ đọc cao thẻ nhớ 45 x 150 = 6.75MB/s

- Speed Class: Speed Class cấp độ tốc độ thẻ nhớ, cách tính tốc độ chuẩn ngược với Speed X chỗ đo tốc độ ghi tối thiểu Nghĩa tốc độ ghi thấp phải đạt

VD: Trên thẻ ghi Class đồng nghĩa với tốc độ ghi tối thiểu 2MB/s

- UHS Speed Class: Đây chuẩn tốc độ cho công nghệ thẻ SD3.0 với tốc độ mức độ hỗ trợ cực cao cho ảnh lớn (RAW) phim có độ phân giải cực cao Tốc độ giao tiếp liệu chuẩn UHS đạt tới: UHS-I ~ 10MB/s; UHS-UHS-IUHS-IUHS-I ~ 30MB/s.

4 Băng từ

Băng từ có cơng nghệ với đĩa từ khác đĩa từ hai điểm:

Việc thâm nhập vào đĩa từ ngẫu nhiên việc thâm nhập vào băng từ Như việc tìm thơng tin băng từ nhiều thời gian việc tìm thơng tin đĩa từ

- Đĩa từ có dung lượng hạn chế cịn băng từ gồm có nhiều cuộn băng lấy

dự phịng

Các băng từ có chiều rộng thay đổi từ 0,38cm đến 1,27 cm đóng thành cuộn chứa hộp bảo vệ Dữ liệu ghi băng từ có cấu trúc gồm số rãnh song song theo chiều dọc băng

Có hai cách ghi liệu lên băng từ:

Ghi nối tiếp: với kỹ thuật ghi xoắn ốc, liệu ghi nối tiếp rãnh băng từ, kết thúc rãnh, băng từ quay ngược lại, đầu từ ghi liệu rãnh với hướng ngược lại Quá trình ghi tiếp diễn đầy băng từ

Ghi song song: để tăng tốc độ đọc-ghi liệu băng từ, đầu đọc - ghi đọc-ghi số rãnh kề đồng thời Dữ liệu ghi theo chiều dọc băng từ khối liệu xem ghi rãnh kề Số rãnh ghi đồng thời băng từ thông thường rãnh (8 rãnh liệu - 1byte rãnh kiểm tra lỗi)

5 Các chuẩn BUS

Số lượng chủng loại phận vào/ra không cần định trước hệ thống xử lý thông tin Điều giúp cho người sử dụng máy tính dùng phận vào/ra đáp ứng yêu cầu họ Vào/ra giao diện phận (thiết bị) kết nối vào hệ thống Nó xem bus nới rộng dùng để kết nối thêm ngoại vi vào máy tính Các chuẩn làm cho việc nối kết ngoại vi vào máy tính dễ dàng; vì, nhà thiết kế-sản xuất máy tính nhà thiết kế-sản xuất ngoại vi thuộc công ty khác Sự tồn chuẩn bus cần thiết Như vậy, nhà thiết kế máy tính nhà thiết kế ngoại vi tơn trọng chuẩn bus ngoại vi kết nối dễ dàng vào máy tính Chuẩn bus vào/ra tài liệu quy định cách kết nối ngoại vi vào máy tính

liên quan đến máy vi tính) Các chuẩn bus phải quan chuẩn ISO, ANSI IEEE công nhận

5.1 Bus nối ngoại vi vào xử lý nhớ

Trong máy tính, xử lý nhớ liên lạc với ngoại vi bus Bus hệ thống dây cáp nối (khoảng 50 đến 100 sợi cáp riêng biệt) nhóm cáp định nghĩa chức khác bao gồm: đường liệu, đường địa chỉ, dây điều khiển, cung cấp nguồn Dùng bus có ưu điểm giá tiền thấp dễ thay đổi ngoại vi Người ta gỡ bỏ ngoại vi thêm vào ngoại vi cho máy tính dùng hệ thống bus

Giá tiền thiết kế thực hệ thống bus rẻ, nhiều ngã vào/ra chia sẻ số đường dây đơn giản Tuy nhiên, điểm thất lợi bus tạo nghẽn cổ chai, điều làm giới hạn lưu lượng vào/ra tối đa Các hệ thống máy tính dùng cho quản lý phải dùng thường xun ngoại vi, nên khó khăn phải có hệ thống bus đủ khả phục vụ xử lý việc liên hệ với ngoại vi

Một lý khiến cho việc thiết kế hệ thống bus khó khăn tốc độ tối đa bus bị giới hạn yếu tố vật lý chiều dài bus số phận mắc vào bus

Hình 5.23 Hệ thống bus máy tính

Hiện nay, số hệ thống máy tính, bus nối ngoại vi phân cấp thành hai hệ thống bus Trong đó, bus tốc độ cao (high-speed bus) hỗ trợ kết nối thiết bị tốc độ cao SCSI, LAN, Graphic, Video, hệ thống bus mở rộng (expansion bus) thiết kế để kết nối với ngoại vi yêu cầu tốc độ thấp như: modem, cổng nối tiếp, cổng song song, Giữa hai hệ thống bus nối ngoại vi tổ chức hệ thống bus phân cấp giao diện đệm (hình 5.19)

Hình 5.25 Bảng biểu diễn tốc độ liệu ngoại vi Bảng 5.3 Các lựa chọn yếu cho bus

Ta có nhiều lựa chọn việc thiết kế bus, bảng 5.3 Trong bảng 5.3 có khái niệm sau liên quan đến chủ nhân bus - phận khởi động tác vụ đọc viết bus Ví dụ xử lý chủ nhân bus

bus Một bus có nhiều chủ, cấp dãi thơng rộng (bandwidth) cách sử dụng gói tin thay dùng bus cho tác vụ riêng lẻ Kỹ thuật sử dụng gói tin gọi phân chia nhỏ tác vụ (dùng bus chuyển gói) Một tác vụ đọc phân tích thành tác vụ yêu cầu đọc (tác vụ chứa địa cần đọc), tác vụ trả lời nhớ (chứa thông tin cần đọc) Mỗi tác vụ có nhãn cho biết loại tác vụ Trong kỹ thuật phân chia nhỏ tác vụ, nhớ đọc thông tin địa xác định bus dành cho chủ khác

Bus hệ thống bus đồng bộ, gồm có xung nhịp đường dây điều khiển, nghi thức cho địa số liệu xung nhịp Do có khơng có mạch logic dùng để định hành động cần thực hiện, nên bus đồng vừa nhanh, vừa rẻ tiền Trên bus này, tất phải vận hành với xung nhịp

Ngược lại, bus vào/ra thuộc loại bus bất đồng bộ, bus khơng có xung nhịp đồng hệ thống bus Thay vào có nghi thức bắt tay với quy định riêng thời gian, dùng phận phát phận thu bus Bus bất đồng dễ thích ứng với nhiều ngoại vi cho phép nối dài bus mà khơng phải lo ngại đến vấn đề đồng Bus bất đồng dễ thích ứng với thay đổi công nghệ

5.2 Giao tiếp xử lý với phận nhập xuất

Bộ xử lý dùng cách để liên lạc với phận vào ra:

Cách thứ nhất, thường dùng: cách dùng vùng địa nhớ làm vùng địa ngoại vi Khi đọc hay viết vào vùng địa nhớ liên hệ đến ngoại vi

Dù dùng cách để định vị vào/ra phận vào/ra có ghi để cung cấp thông tin trạng thái điều khiển Bộ phận vào/ra dùng bit trạng thái “sẵn sàng" để báo cho xử lý sẵn sàng nhận số liệu Định kỳ xử lý xem xét bít để biết phận vào có sẵn sàng hay không Phương pháp phương pháp thăm dò (polling) Và nhược điểm phương pháp làm thời gian xử lý định kỳ phải thăm dị tính sẵn sàng thiết bị ngoại vi Điều nhận thấy từ lâu dẫn đến phát minh ngắt quãng (interrupt) để báo cho xử lý biết lúc có phận vào/ra cần phục vụ

Việc dùng ngắt quãng làm cho xử lý không thời gian thăm dị xem ngoại vi có yêu cầu phục vụ hay không, xử lý phải thời gian chuyển liệu Thông thường việc trao đổi số liệu ngoại vi CPU theo khối số liệu, nên vi mạch thâm nhập trực tiếp nhớ (DMA: Direct Memory Access) dùng nhiều máy tính để chuyển khối nhiều từ mà khơng có can thiệp CPU

Hình 5.26 Sơ đồ hoạt động hệ thống bus có vi mạch DMA

DMA vi mạch chức đặc biệt Nó chuyển số liệu ngoại vi nhớ trong, lúc CPU rãnh rỗi để làm cơng việc khác Vậy DMA nằm ngồi CPU tác động chủ nhân bus Bộ xử lý khởi động ghi DMA, ghi chứa địa ô nhớ số byte cần chuyển DMA chủ động chuyển số liệu chấm dứt trả quyền điều khiển cho xử lý

việc theo chương trình cố định (chứa ROM), hay theo chương trình mà hệ điều hành nạp vào nhớ Hệ điều hành thiết lập hàng chờ đợi gồm khối điều khiển phận vào/ Các khối chứa thông tin vị trí số liệu (nguồn đích) số số liệu Các xử lý vào/ra lấy thông tin hàng chờ đợi, thực việc cần phải làm gởi CPU tín hiệu ngắt thực xong cơng việc

Một máy tính có xử lý vào/ra xem máy tính đa xử lý DMA giúp cho máy tính thực lúc nhiều trình Tuy nhiên xử lý vào/ra không tổng quát xử lý chúng làm số việc định Hơn xử lý vào/ không chế biến số liệu xử lý thường làm Nó di chuyển số liệu từ nơi sang nơi khác

6 An toàn liệu lưu trữ

Người ta thường trọng đến an tồn lưu giữ thơng tin đĩa từ an tồn thơng tin xử lý Bộ xử lý hư mà khơng làm tổn hại đến thơng tin đĩa máy tính bị hư gây thiệt hại to lớn

Một phương pháp giúp tăng cường độ an tồn thơng tin đĩa từ dùng mảng đĩa từ Mảng đĩa từ gọi Hệ thống đĩa dự phòng (RAID - Redundant Array of Independent Disks). Cách lưu trữ dư thông tin làm tăng giá tiền an toàn (ngoại trừ RAID 0) Cơ chế RAID có đặc tính sau:

RAID tập hợp ổ đĩa cứng (vật lý) thiết lập theo kỹ thuật mà hệ điều hành “nhìn thấy” ổ đĩa (logic)

Với chế đọc/ghi thông tin diễn nhiều đĩa (ghi đan chéo hay soi gương)

Trong mảng đĩa có lưu thơng tin kiểm tra lỗi liệu; đó, liệu phục hồi có đĩa mảng đĩa bị hư hỏng

Tuỳ theo kỹ thuật thiết lập, RAID có mức sau:

điều hành nhận biết) có dung dượng tổng dung lượng ổ đĩa thành viên Điều giúp cho người dùng có ổ đĩa logic có dung lượng lớn nhiều so với dung lượng thật ổ đĩa vật lý thời điểm Dữ liệu ghi phân tán tất đĩa mảng Đây khác biệt so với việc ghi liệu đĩa riêng lẻ bình thường thời gian đọc-ghi liệu đĩa tỉ lệ nghịch với số đĩa có tập hợp (số đĩa tập hợp nhiều, thời gian đọc - ghi liệu nhanh) Tính chất RAID thật hữu ích ứng dụng yêu cầu nhiều thâm nhập đĩa với dung lượng lớn, tốc độ cao (đa phương tiện, đồ hoạ, ) Tuy nhiên, nói trên, kỹ thuật khơng có chế an tồn liệu, nên có hư hỏng đĩa thành viên mảng dẫn đến việc liệu toàn mảng đĩa Xác suất hư hỏng đĩa tỉ lệ thuận với số lượng đĩa thiết lập RAID RIAD thiết lập phần cứng (RAID controller) hay phần mềm (Stripped Applications)

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Đĩa cứng: cấu tạo, chuẩn ghép nối, bảng phân khu, thư mục gốc hệ thống file

2 Đĩa quang: cấu tạo, nguyên lý đọc CD loại đĩa quang Thế thẻ nhớ? Phân biệt loại thẻ nhớ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Msc Võ Văn Chín, Ths Nguyễn Hồng Vân, KS Phạm Hữu Tài; Giáo trình kiến trúc máy tính; Khoa CNTT, Đại học Cần Thơ

[2] Hoàng Xuân Dậu, Bài giảng Kiến trúc máy tính Học viên bưu viễn thơng

[3] Nguyễn Đình Việt, Kiến Trúc Máy Tính, Nhà xuất bản: Đại học quốc gia Hà Nội

[4] Nguyễn Văn Ơn, Hoàng Đức Hải, Cấu trúc máy tính, Nhà xuất Lao động xã hội

điện tử photon, hạt lượng tử máy tính tương tự 1960 hệ nhị phân hệ đếm số 2) đại số Boole [ Claude E Shannon máy tính kỹ thuật số AlanTuring khoa học lý thuyết máy tính trí tuệ nhân tạo robot. Siêu máy tính máy tính 1920 IBM Đại học Columbia Siêu máy tính cỡ nhỏ 1980. tính tốn khoa học xử lí vector xử lí vector đa xử lí máy trạm vixử lí đơn vị dấu chấm động 1990 nhưR8000 MIPS POWER2 Mainframe (tiếng Anh: điều tra dân số, máy tính cá nhân, Máy chủ doanh nghiệp máy chủ web, in ấn, sởdữ liệu. thị trườngchứng khoán http://en.wikipedia.org/wiki/Microcomputer Main Frame bo mạchchủ, đặt ổ đĩa cứng (HDD) ổ SSD, cho card đồ họa RAM vào CPU chuyên dành cho việc chơi game, cổng kết nối SmartPhone, SanDisk Thẻ nhớ SD: +Thẻ microSD: