Bài giảng Nhập môn điện toán: Chương 2 - ĐH Bách khoa TP.HCM

Bài giảng Nhập môn điện toán: Chương 2 - Phần cứng bao gồm những nội dung về hệ thống máy tính, kiến trúc máy tính, thiết bị xuất nhập. Mời các bạn tham khảo bài giảng để hiểu rõ hơn về những nội dung này. Bài giảng phục vụ cho các bạn chuyên ngành Công nghệ thông tin và những ngành có liên quan.

Chương PHẦN CỨNG 2.1 Hệ thống máy tính 2.2 Kiến trúc máy tính 2.3 Thiết bị xuất nhập Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Slide 1 Hệ thống máy tính • Hệ thống máy tính có khối chức sau : – Khối nhập (input) – Bộ nhớ (memory) – Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central processing unit) – Khối xuất (output) – Bộ nhớ phụ (storage) – Thiết bị ngoại vi (peripherals) Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Khối nhập - Input  Giữ vai trị nhận liệu cho máy tính  Có nhiệm vụ chuyển đổi thông tin từ giới ngồi thành liệu mà máy tính xử lý  Có nhiều thiết bị làm việc bàn phím (keyboard) thiết bị dùng phổ biến Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Bộ nhớ - Main memory  Còn gọi nhớ RAM hay nhớ bán dẫn  Có chức : Chứa tạm chương trình sử dụng để xử lý thông tin Chứa tạm liệu  Dữ liệu dùng máy tính có loại : Dữ liệu ban đầu nhận từ khối nhập Dữ liệu trung gian dược xử lý Kết cuối chờ đưa khối xuất Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Đơn vị xử lý trung tâm - CPU  Thường gọi xử lý (processor), vi xử lý (micro-processor)  CPU có nhiệm vụ thi hành lệnh chương trình xử lý liệu chương trình  Trong CPU có phần : Đơn vị số học luận lý ALU (Arithmetic / logic unit) Đơn vị điều khiển (control unit)  ALU dùng để tính tốn phép số học (cộng, trừ, nhân, chia) phép luận lý (not, and, or, xor)  Đơn vị điều khiển chi phối tồn hoạt động máy tính cách lấy lệnh từ nhớ, giải mã lệnh thực lệnh Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Khối xuất - Output  Ngược lại với khối nhập, khối xuất chuyển liệu mà máy xử lý (số nhị phân) thành dạng thơng tin mà người chấp nhận  Hai thiết bị thông dụng dùng khối hình máy in  Đơi thơng tin mà máy tính đưa cần xử lý tiếp sau nên phải lưu nhớ phụ (chủ yếu đĩa từ) Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Bộ nhớ phụ - Storage  Cung cấp cho máy tính chức lưu trữ, xếp, phân loại thông tin theo dạng tập tin (file)  Cần phân biệt hai khái niệm sau : Bộ nhớ bốc (memory volatility) : nhớ mà thông tin lưu giữ bị đi, tắt máy, thơng tin khác ghi chồng lên Chính nên loại nhớ cịn gọi RAM (Random Access Memory) Bộ nhớ máy tính nhớ bay Dữ liệu dùng lại (retrievable data) : nhớ phụ giữ chương trình hay liệu lâu dài mà khơng bị bốc Điều cho phép ta sử dụng lại thông tin nhiều lần Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Thiết bị ngoại vi - Peripherals  Thiết bị ngoại vi thiết bị phụ trợ xung quanh CPU nhớ  Các thiết bị đáp ứng chức khối nhập, xuất nhớ phụ thiết bị ngoại vi Nhập Bộ nhớ CPU ALU Xuất Luồng liệu Control Unit Bộ nhớ phụ Điều khiển Cấu trúc luận lý máy tính Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 2.Kiến trúc máy tính • Kiến trúc máy tính ngày biết đến hệ thống gồm có : – Bộ nhớ (memory) – Bộ xử lý (processor) – Các tuyến (buses) Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Bộ nhớ nơi chứa chương trình liệu Bộ nhớ ? Read Only Random ROM ROM Phân loại (Chết) (Không bốc hơi) PROM Static SRAM (Sống) (Bốc hơi) Erasable EPROM EEPROM RAM Electrically Programmable Flash ROM (SRAM + EEPROM) Access Memory DRAM Dynamic Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Synchronous SDRAM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 10 Kiến trúc xử lý  Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer)  Các lệnh CPU có chiều dài khác  Thời gian thi hành lệnh khác  Kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer)  Các lệnh dài  Thời gian thi hành lệnh chu kỳ xung clock  Cung cấp khả thi hành nhiều hoạt động lúc (Super scalar execution)  Dùng chế đường ống (Pipelining) để giảm thời gian thi hành  Vấn đề đoán trước rẽ nhánh (Branche prediction) Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 15 Cơ chế đường ống - Pipelining P1 P2 P3 P4 P5 Lấy lệnh Phân tích lệnh Xác định toán hạng Thực lệnh Lưu kết thi hành xong lệnh P1: P2: P3: P4: L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 P5: Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 16 Máy tính song song loại máy song song SISD : single Instruction stream, single data stream SIMD : single Instruction stream, multiple data stream MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream CPU CPU CPU Bộ nhớ dùng chung Bộ Bộ Bộ nhớ nhớ nhớ riêng riêng riêng Máy Von Neumann CPU CPU CPU Bộ nhớ dùng chung Máy Vector ALU Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 17 Tuyến - Bus  Tuyến nhóm dây dẫn song song mà đường có nhiệm vụ truyền tải bit thơng tin  Tuyến hệ thống tuyến kết nối CPU với phận mà muốn trao đổi thông tin mà cụ thể nhớ khối xuất nhập (I/O)  Trên tuyến truyền tải nhiều loại thông tin khác  Một số tuyến có khả truyền thơng tin theo chiều Tuy nhiên, thời điểm, luồng liệu chiều  Độ rộng tuyến (số đường) xác định chiều dài từ (word) thông tin mà CPU trao đổi lần Ví dụ : CPU dùng bus 16 bit để truyền liệu 32 bit phải thực lần Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 18 Tuyến - Bus Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 19 Kiến trúc tuyến • Tuyến chuẩn (standard bus) : – MCA : micro channel architecture – ISA : industry standard architecture – IBM AT : advanced technology – PS/2 : personal system – EISA : extended industry standard architecture • Tuyến cục (local bus) : – VESA : video electronics standard association – PCI : Peripheral Component Interface – AGP : Accelerated Graphics Port Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 20 Thiết bị xuất nhập Màn hình ( xuất ) Điều khiển thiết bị Xuất / Nhập Bàn phím PCM Dạng tín hiệu Số bit trao đổi ( Pulse Code Modulation ) MFM RGB ( Red Green Blue ) Song song Nối tiếp ( Modified Frequency Modulation ) Không điều chế Chuột CD ROM Máy in ( bit ) Đồng Bất đồng Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Đĩa cứng Nhập môn Điện Toán - Chương Đĩa mềm Slide 21 Màn hình card hình Card hình Màn hình LCD Màn hình CRT Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 22 Hiển thị chế độ văn (text) Chế độ văn Ma trận điểm 8 Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Kích thước 8x8 14x8 16x8 Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 23 Hiển thị chế độ đồ họa (graphics) Card hình cung cấp các chế độ hình (độ phân giải) số điểm ngang x số điểm dọc x số màu (số bit màu) dung lượng RAM hình Chế độ đồ họa 800 x 600 x 16bit = 960.000 byte  1MB 1024 x 768 x 32bit = 3.145.728 byte  MB thể các chế độ hình Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM kích thước điểm sáng: 31 mm, 29 mm, 22 mm tần số quét ngang (dòng) 40 KHz, 70 KHz, 90 KHz tần số quét dọc (mành) 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz, Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 24 Tổ chức ma trận bàn phím (keyboard) Vcc phím nhấn nhả nhiều phím Vcc 1 Quét hàng (24) 1 Đọc FB 1 1 1 Nhấn Đệm cột đọc Hiện tượng rung phím (5 - 15 ms) Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Cứng Chống rung Nhập môn Điện Toán - Chương Mềm Slide 25 Tổ chức thông tin đĩa cứng Cung (sector / record) R Trục đĩa quay 5400 rpm Chiều di chuyển đầu (head) Đầu (Head) CHR Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Trụ (Cylinder) Vết (Track) H C Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 26 CDROM Pit Land Chứa 330.000 khối liệu Dung lượng 650 MB / 74 Tốc độ x1 = 153.60 KByte/s Thông tin ghi theo rãnh (track) hình xoắn ốc Dùng tia laser đục lổ m rãnh gọi Pit Phần không bị đục lổ rãnh gọi Land Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 27 Máy in Máy in kim Máy in phun + Máy rẻ tiền + Băng mực rẻ tiền + Lâu + In chậm + Máy rẻ tiền + Mực lỏng, đắt tiền + Mau + In chậm Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Máy in laser + Máy đắt tiền + Mực bột, đắt tiền + Lâu + In nhanh Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 28 Ma trận điểm máy in kim in nửa dot bề ngang 72 DPI 11 Đầu kim có kim Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 29 ... liệu 32 bit phải thực lần Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 18 Tuyến - Bus Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện. .. BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 22 Hiển thị chế độ văn (text) Chế độ văn Ma trận điểm 8 Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Kích thước 8x8 14x8 16x8 Nhập môn. .. P1: P2: P3: P4: L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 P5: Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện