Tổ chức hệ thống máy tính

Cấu trúc cơ bản CPU. Lõi gồm một bộ thực thi lệnh-là trái tim của bộ xử lý cho phép đọc,thông dịch, thi hành và gửi lệnh. Bộ đoán rẽ nhánh: quản lý các tiến trình xảy ra khi chương trình đang thực hiện một lệnh rẽ nhánh sao chó nó cso thể lấy và giải mã các lệnh này trước

Tổ chức hệ thống máy tính Sơ đồ khối PC Tổ chức hệ thống máy tính Cấu trúc CPU Lõi: gồm thực thi lệnh - trái tim xử lý: cho phép đọc, thông dịch, thi hành gửi lệnh Bộ xử lý lệnh Lõi (Core) Code Catche Bộ dự đoán rẽ nhánh ALU Các ghi Bộ thực thi lệnh 64 bit Bus Đơn vị dấu 32 bit chấm động Bus FPU Giao tiếp bus Cache mức Data Catche Tổ chức hệ thống máy tính Cấu trúc CPU Bộ dự đoán rẽ nhánh (Branch Precdictor): quản lý tiến trình xảy chương trình thực lệnh rẽ nhánh cho lấy giải mã lệnh trước Bộ dự đoán rẽ Bộ xử lý lệnh nhánh Lõi (Core) Code Catche ALU Các ghi Bộ thực thi lệnh 64 bit Bus Đơn vị dấu 32 bit chấm động Bus FPU Giao tiếp bus Cache mức Data Catche Tổ chức hệ thống máy tính Cấu trúc CPU Đơn vị dấu chấm động FPU (floating point unit): có trách nhiệm thực tính toán số thực Bộ xử lý lệnh Lõi (Core) Code Catche Bộ dự đoán rẽ nhánh ALU Các ghi Bộ thực thi lệnh 64 bit Bus 32 bit Bus Giao tiếp bus Cache mức Data Catche Đơn vị dấu chấm động FPU Tổ chức hệ thống máy tính Cấu trúc CPU Bộ nhớ đệm Cache: nhớ trung gian nhớ CPU Cache giúp CPU tăng tốc độ lấy lệnh liệu từ nhớ Bộ xử lý lệnh Lõi (Core) Code Catche Bộ dự đoán rẽ nhánh ALU Các ghi Bộ thực thi lệnh 64 bit Bus 32 bit Bus Giao tieáp bus Cache mức Đơn vị dấu chấm động FPU Data Catche Tổ chức hệ thống máy tính Cấu trúc CPU Giao tiếp bus: Làm nhiệm vụ trộn mã số liệu đưa vào CPU Tại CPU chúng tách để dùng riêng Cuối liệu lệnh lại trộn lại gửi Bộ xử lý lệnh Bộ dự đoán rẽ nhánh Lõi (Core) Code Catche ALU Các ghi Bộ thực thi lệnh 64 bit Bus Giao tiếp bus Đơn vị dấu chấm động FPU 32 bit Bus Cache mức Data Catche Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức CPU CPU Program Counter (PC) Instruction Register (IR) Memory Address Register (MAR) Memory Data Register (MDR) Control Unit (CU) Arithmetic Logical Unit (ALU) Printer Disk Register Memory Data Register (MDR) Main memory * ALU: Thực thao tác, thực thi thị * CU: Tìm-nạp thị phân loại thị * Register: Lưu trữ kết tạm thời thông tin điều khiển Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức CPU Các bước thực chương trình máy tính: Chương trình bắt đầu PC tới vị trí nhớ mà lệnh cuả chương trình lưu giữ MAIN MEMORY Chương trình bắt đầu PC tới vị trí nhớ mà lệnh cuả chương trình lưu giữ MAR Nội dung cuả từ nhớ (lệnh cuả chương trình) đọc vào MDR ALU thực phép toán Nếu kết phép toán lưu trữ nhớ gửi tới MDR MDR CU PC IR Nội dung cuả PC chuyển tới MAR tín hiệu điều khiển đọc gửi tới nhơ R0 R1 Rn-1 Nội dung cuả MDR chuyển đến IR (Tại thời điểm lệnh sẳn sàng cho việc giải mã thực hiện) ALU Nếu toán hạng có sẵn bên nhớ phải đọc vào ALU cách gửi địa toán hạng tới MAR khởi tạo chu trình đọc Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức CPU Instruction Fetch Unit P1: Tìm-nạp thị Instruction Analyzer P2: Phân tích thị Address Calculation Unit P3: Tính/xác định địa Data Fetch Unit P4: Tìm-nạp liệu Instruction Execution Unit P5: Thực thi thị CPU với đơn vị xử lý Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức CPU A+B Các loại thị: * Thanh ghi-Bộ nhớ: Tìm nạp từ nhớ vào ghi liệu nhập ALU * Thanh ghi-Thanh ghi: Tìm nạp toán hạng từ ghi vào ghi nhập ALU  thực phép toán  ghi kết vào ghi * Bộ nhớ-bộ nhớ: Tìm nạp tốn hạng từ nhớ vào ghi nhập ALU  thực phép toán  Ghi kết vào nhớ Register A B A B ALU Input Register ALU A+B ALU Output Register Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ Bộ nhớ 1MB chia làm 16 vùng nhớ, vùng 64 KB gọi segment (phân đoạn vật lý) , đánh số từ 0000 đến F000 640 KB vùng nhớ qui ước bao gồm phân đoạn từ 0000 đến 9000 384 KB vùng nhớ dự trữ cho hệ thống bao gồm phân đoạn từ A000 đến F000 Vùng nhớ lớn 1MB gọi vùng nhớ mở rộng (extended memory) Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ đệm (Cache) - CPU phải “chờ” truy xuất nhớ - Dùng nhớ Cache nhớ trung gian nhớ CPU - Cache giúp CPU tăng tốc độ lấy lệnh liệu từ nhớ Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ đệm (Cache) Thao tác Cache:  CPU yêu cầu lấy nội dung ngăn nhớ việc đưa địa xác định ô nhớ  CPU kiểm tra xem có nội dung cần tìm Cache + Nếu có: CPU nhận liệu từ nhớ Cache + Nếu không có: Bộ điều khiển Cache đọc Block nhớ chứa liệu CPU cần vào Cache  Tiếp chuyển liệu từ Cache đến CPU Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ phụ Đóa mềm (floppy disk) - Hai mặt đóa phủ lớp vật liệu từ Chia thành vòng tròn đồng tâm gọi rãnh (track) Mỗi mặt đóa có n track Các track đánh số từ đến n -1 Thông tin ghi đóa dọc theo track nhờ đầu từ (head) Mỗi track chia thành nhiều cung (sector) Sector xem đơn vị lưu trữ thông tin bé đóa mềm (512B/1sector) Tốc độ truyền số liệu đóa mềm 125KB/s (loại 720KB) đến 250KB/s (loại 1.44MB) Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ phụ Đóa cứng (hard disk) Các tham số vật lý: + Thời gian truy xuất: Tacc = 5ms đến 60ms „ + Hệ số xen kẽ (Interleave factor = n) Trong đóa cứng, sector ghi số liệu phải cách sector n sector Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ phụ Đóa cứng (hard disk) Các tham số vật lý: + Số Cylinder (C): số mặt trụ cuả đóa cứng, thông số giống Track đóa mềm + Số Sector (S): số cung track + Số Head (H): tổng số đầu từ cuả đóa cứng Khi không làm việc đầu từ đóa cứng phải hạ cánh vào mặt trụ dùng làm chỗ hạ cánh cho đầu từ (Land Zone)  dung lượng đóa cứng tính công thức: Size (MB) = (C-1)*H*S / 2048 Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ phụ Các nhớ quang học Có loại đóa quang: CD-ROM (Compact Disc - ROM) CD-R (Compact Disc - Recordable) CD-RW (CD ReWritable ) DVD (Digital Video Disc ) Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ phụ Các nhớ quang học Tổ chức hệ thống máy tính Các thiết bị đầu cuối * Bàn phím (Keyboard) Bàn phím có nhiều loại khác nhau: - Loại chuyển mạch (switch) để tạo tiếp xúc điện ấn phím - Loại chuyển mạch tụ điện, phát thay đổi điện dung mạch - Lọai phím cảm biến điện từ (thay đổi dòng điện theo hiệu ứng) Tổ chức hệ thống máy tính Các thiết bị đầu cuối * Chuột (Mouse) Chuột khí (mechanical mouse): - Có hai bánh xe cao su nhô phía Có trục vuông góc Khi chuột di chuyển song song với trục chính, bánh xe quay Khi di chuyển thẳng góc với chục chính, bánh xe quay Mỗi bánh xe điều khiển biến trở Bằng cách đo thay đổi điện trở biết bánh xe quay bao nhiêu, tính chuột di chuyển bao xa theo hướng Tổ chức hệ thống máy tính Các thiết bị đầu cuối * Chuột (Mouse) Chuột quang (led mouse): - Không có bánh xe cầu Có diod phát sáng LED (Light Emitting Diode) Có tách quang Được dùng miếng đệm plastic đặc biệt có mạng lưới dòng kẻ chữ nhật cách khoảng gần Khi chuột di chuyển lưới, tách quang dò dòng kẻ ngang qua cách xem thay đổi lượng ánh sáng phản hồi từ LED Mạch điện tử bên chuột đếm số dòng mạng lưới qua theo hướng Tổ chức hệ thống máy tính Các thiết bị đầu cuối * Chuột (Mouse) Chuột khí-quang: Có hai bánh xe gắn vuông góc Mỗi bánh có LED Có loạt khe hở khác xung quanh chu vi bánh xe với tách quang đặt bên bánh xe - - Khi chuột di chuyển bánh xe quay xung ánh sáng đập vào tách quang có khe hở xuất LED tách quang Số xung phát tỉ lệ với khoảng cách di chuyển hình trỏ Tổ chức hệ thống máy tính Các thiết bị đầu cuối * Màn hình (Monitor) Màn hình CRT: - Một đèn tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) Một súng bắn chùm tia điện tử Màn huỳnh quang đặt phía trước đèn (3 súng điện tử tương ứng với màu đỏ, xanh xanh dương) Tổ chức hệ thống máy tính Các thiết bị đầu cuối * Màn hình (Monitor) Màn hình LCD: - Chứa chất lỏng hữu mà phân tử có khả phân cực ánh sáng dẫn đến thay đổi cường độ sáng Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức máy tính nhiều cấp Cấp 5: Cấp ngôn ngữ hướng vấn đề Dịch (trình biên dịch) Cấp 4: Cấp ngôn ngữ hợp dịch Dịch (assembler) Cấp 3: Cấp hệ điều hành Dịch phần (hệ điều hành) Cấp 2: Cấp quy ước Phiên dịch (vi chương trình) Cấp 1: Cấp vi lập trình Các vi chương trình chạy phần cứng Cấp 0: Cấp logic soá ... Output Register Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức CPU Mơ hình P1 P2 P3 P4 P5 1 Mô hình Pipeline P1 P2 5 P3 P4 P5 Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức CPU Hệ thống ghi Được phân loại theo chức năng, bao... CD-RW (CD ReWritable ) DVD (Digital Video Disc ) Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ phụ Các nhớ quang học Tổ chức hệ thống máy tính Các thiết bị đầu cuối * Bàn phím (Keyboard) Bàn... thay đổi: + Thư viện chương trình + Các chương trình điều khiển hệ thống (BIOS) + Các bảng chức Tổ chức hệ thống máy tính Tổ chức nhớ * Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) Các kiểu ROM: + PROM: Programmable