Bài giảng Tin học cơ sở: Chương 2 - Cấu trúc máy tính

Chương 2 - Cấu trúc máy tính thuộc bài giảng Tin học cơ sở trình bày các nội dung sau: Máy tính là gì, mô hình cấu trúc cơ bản của máy tính, central processing unit, computer memory, computer bus, peripheral devices, software.

Ch2 Cấu trúc máy tính Máy tính gì? Mơ hình cấu trúc máy tính Central processing unit Computer memory Computer bus Peripheral devices Software 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Máy tính gì?  Xử lý liệu để có thơng tin mong muốn  Nhận liệu vào  Xử lý liệu theo chương trình lập sẵn  Đưa thơng tin  Máy tính tạo nên  Phần cứng (hardware): thiết bị vật lý máy tính  Phần mềm (software): chương trình lập sẵn   Trải qua hệ Các loại máy tính  Máy tính cá nhân (PC - Personal Computer)  Máy chủ chuyên dụng (server)  Máy tính lớn: mainframe, supercomputer  Các hệ vi điều khiển (microcontroller) 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Đây máy vi tính 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Mơ hình cấu trúc máy tính 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Central Processing Unit (CPU)  Chức    Nguyên tắc     Điều khiển MT hoạt động theo chương trình Xử lý liệu Nhận lệnh từ chương trình nằm nhớ Giải mã lệnh Thực lệnh Bao gồm    CU – Control Unit ALU – Arithmetic and Logic Unit Bus Interface Unit - Bus nội 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Khối điều khiển (CU - Control Unit)  Điều khiển hoạt động CPU thành phần khác:  Đọc lệnh từ chương trình nhớ (instruction fetch)  Giải mã lệnh (instruction decode)  Thực thi lệnh giải mã cách (instruction excution) 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Khối tính tốn (ALU - Arithmetic Logic Unit)  Thực phép toán số học logic  Các phép toán số học: +,-,*,/  Các phép toán logic: NOT, AND, OR,…  Các phép so sánh …  Dữ liệu  Số nguyên (integer)  Số dấu phảy tĩnh (fixed point number)  Số dấu phảy động (floating point number) 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Tập ghi (Registers) Lưu trữ tốn hạng, kết thơng số khác q trình tính tốn CPU  Bao gồm:   Con trỏ chương trình (PC - Program Counter)  Các ghi đa chức  Thanh ghi số (index register)  Thanh ghi cờ (flag register) 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Một vài vi xử lý  Intel processor  AMD processor Đây vi xử lý (microprocessor) chứa CPU thành phần khác 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Computer memory   Bộ nhớ sử dụng để lưu trữ chương trình, liệu Bao gồm  Bộ nhớ đệm (cache)  Bộ nhớ (main memory)  Bộ nhớ (auxiliary or external memory)  Bộ nhớ “gần” CPU tốc độ giá thành chế tạo cao 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 10 / 26 Một vài nhớ RAM 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 12 / 26 Bộ nhớ đệm (cache) Đặt CPU nhớ  Tốc độ cao  Dung lượng nhỏ  Mục đích: Tăng tốc độ trao đổi thơng tin CPU RAM  Được chia thành nhiều mức   Cache L1 (Level 1)  Cache L2  Càng gần CPU tốc độ cao  Ví dụ: CPU Intel Petium III 256KB Cache 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 13 / 26 Computer bus    Tập hợp đường dây kết nối thành phần máy tính lại với Độ rộng bus: số lượng dây có khả vận chuyển thơng tin đồng thời (dùng cho bus địa liệu) Bao gồm  Bus địa (address bus): Vận chuyển địa từ CPU đến mô-đun nhớ (bộ nhớ tạo nhiều mô-đun)  Bus liệu (data bus) vận chuyển:   Lệnh từ nhớ tới CPU Dữ liệu thành phần  Bus điều khiển (control bus): vận chuyển tín hiệu điều khiển (đọc, ghi, ngắt,…) 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 14 / 26 Hình ảnh bên máy tính 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 15 / 26 Thiết bị ngoại vi  Thiết bị ngoại vi (peripheral devices) hay thiết bị vào/ra (I/O - Input/Output devices), có chức năng:  Trao    đổi thơng tin máy tính giới bên ngồi Vào: Nhập chương trình, liệu Ra: Xuất thơng tin, kết Hệ thống vào/ra bao gồm  Thiết bị ngoại vi  Ghép nối vào/ra (các cổng vào/ra,…)  Ví dụ  Thiết bị vào: bàn phím  Thiết bị ra: hình 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 16 / 26 6.1 Thiết bị vào sở    Là thiết bị vào tối cần thiết Phục vụ nhu cầu vào Bao gồm  Bàn phím (keyboard): Thiết bị nhập liệu thơng qua gõ phím  Chuột (mouse): Thiết bị nhập liệu thông qua việc di chuyển trực quan  Màn hình (monitor) : Thiết bị hiển thị thông tin/dữ liệu    01/11/12 Loại hình: CRT, LCD Độ phân giải: kích thước (số điểm) hiển thị (800x600,…) Card hình (display adapter) thiết bị kết nối hình hệ thống Chương Cấu trúc máy tính 17 / 26 6.2 Bộ nhớ (external memory)  Lưu trữ tài nguyên  Chương trình: hệ điều hành, chương trình ứng dụng,…  Dữ liệu: văn bản, âm thanh, hình ảnh,…   Được kết nối với máy tính dạng thiết bị vào Các loại nhớ  Băng từ (magnetic tape)  Đĩa từ (magnetic disk): đĩa mềm, đĩa cứng  Đĩa quang (optical disk): CD, DVD  Electronic disk: USB flash memory … 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 18 / 26 Một vài thiết bị nhớ ngồi Dung lượng  Đĩa mềm ½ inch: 1.44 MB  Đĩa cứng: 10 - 80GB  Đĩa CDROM: 200 - 700MB  Đĩa DVD: 2GB – 15GB 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 19 / 26 Tổng kết nhớ máy tính Cache Tốc độ tăng dần Main memory (RAM+ROM) Electronic disk Dung lượng tăng dần Magnetic Disk Optical Disk Magnetic Tape 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 20 / 26 6.3 Một số thiết bị ngoại vi khác    Máy in (printer): Xuất thông tin, liệu giấy Máy quét ảnh (scaner): Nhập liệu cách quét hình ảnh Thiết bị quay số (điện thoại):  Modem  (Modulation-Demodulation) Các thiết bị mạng:  Network Inteface Card (NIC)  Wireless Adapter     Bút điện tử (light pen) Máy ảnh số, quay phim số (digital camera) Optical Charater Reader (OCR): Nhận dạng chữ Barcode Reader: Đọc mã vạch 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 21 / 26 Một số hình ảnh Scaner Barcode Reader Printer Modem Camera 01/11/12 Light pen Chương Cấu trúc máy tính NIC 22 / 26 Phần mềm máy tính  Máy tính tạo nên bởi:  Phần cứng  Phần mềm  Phần cứng  Phần xác máy tính  Các linh kiện điện tử: vi mạch,…  Các thiết bị vật lý: vỏ máy,…  Phần mềm:  Là chương trình người lập sẵn  Điều khiển, khai thác tài nguyên phần cứng phục vụ nhu cầu (tính tốn) người  Là phần hồn máy tính 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 23 / 26 So sánh phần cứng phần mềm        PHẦN CỨNG Vật “cứng” Vật liệu: kim loại, polyme… Vật chất Hữu hình Sản xuất cơng nghiệp máy móc Định lượng Chịu hỏng hóc, hao mịn theo thời gian 01/11/12        PHẦN MỀM Vật “mềm” Kỹ thuật sử dụng Trừu tượng Vô hình Sản xuất người (lập trình) Định tính Khơng hao mịn Chương Cấu trúc máy tính 24 / 26 Chi phí cho phần cứng phần mềm % 100 80 60 40 20 - Phần mềm - 0+ 1955 01/11/12 P hÇ n cøng + 1970 + 1985 Chương Cấu trúc máy tính + 2000 25 / 26 Phân loại phần mềm  Phần mềm sụn (firmware)  Các dịch vụ máy tính  Được cài đặt sẵn nhớ ROM  Phần mềm hệ thống (system application)  Hệ  điều hành (operating system) Phần mềm tầng trung gian (middleware)  Các công cụ phát triển phần mềm  Hệ quản trị sở liệu,…  Phần mềm ứng dụng (application software)  Các ứng dụng nghiệp vụ (kế tốn, tài chính,…)  Chương trình soạn thảo văn bản,… 01/11/12 Chương Cấu trúc máy tính 26 / 26 ... (microcontroller) 01/11/ 12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Đây máy vi tính 01/11/ 12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Mơ hình cấu trúc máy tính 01/11/ 12 Chương Cấu trúc máy tính / 26 Central Processing... vạch 01/11/ 12 Chương Cấu trúc máy tính 21 / 26 Một số hình ảnh Scaner Barcode Reader Printer Modem Camera 01/11/ 12 Light pen Chương Cấu trúc máy tính NIC 22 / 26 Phần mềm máy tính  Máy tính tạo... 01/11/ 12 Chương Cấu trúc máy tính 14 / 26 Hình ảnh bên máy tính 01/11/ 12 Chương Cấu trúc máy tính 15 / 26 Thiết bị ngoại vi  Thiết bị ngoại vi (peripheral devices) hay thiết bị vào/ra (I/O - Input/Output