Bài giảng Cấu trúc máy tính (Computer Structure) - Đinh Đồng Lưỡng

Bài giảng Cấu trúc máy tính (Computer Structure) giúp người học có thể hiểu được: Cấu trúc và tổ chức các máy tính, nguyên lý hoạt động cơ bản máy tính, cấu trúc máy tính tiên tiến của intel. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI GIẢNG CẤU TRÚC MÁY TÍNH (Computer Structure) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính Giới thiệu Cấu trúc Máy tính (Computer Structure) Trình bầy: Đinh Đồng Lưỡng ĐT: 058.832078 Mobile: 0914147520 Email: luongdd10@yahoo.com GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính Mục đích yêu cầu Mục đích:  Tìm hiểu cấu trúc tổ chức máy tính  Tìm hiểu ngun lý hoạt động Máy tính  Giới thiệu cấu trúc máy tính tiên tiến Intel u cầu:  Có kiến thức lập trình  Sinh viên đọc tài liệu làm việc theo nhóm để thực báo cáo lớp GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính Tài liệu tham khảo (sách) 1.Willian Stallings - Computer Organization and Architecture 2.Andrew Stamenbaum – Structure Computer Organization 3.Cẩm nang sữa chữa nâng cấp máy tính cá nhân Nguyễn Đăng Khoa 4.Giáo trình bảo trì nâng cấp máy tính (Trường KHTN - TPHCM ) Lê Cơng Bảo Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thông máy RON WHITE - Nguyễn Trọng Tuấn (Dịch) GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính Tài liệu tham khảo (trang web) @www.williamstallings.com @ocw.mit.edu @www.intel.com @www.asus.com @www.gigabyte.com @www1.guidePC.com GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính Nội dung môn học Giới thiệu chung Hệ thống máy tính Biểu diễn liệu số học máy tính Bộ xử lý trung tâm Bộ nhớ Máy tính Hệ thống vào GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính Chương Giới thiệu chung 1.1 Khái niệm chung máy tính 1.2 Phân loại máy tính 1.3 Sự tiến hóa máy tính GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 1.1 Khái niệm chung Máy tính(computer) thiết bị điện tử thực công việc sau:  nhận thông tin vào  xử lý thơng tin theo chương trình nhớ sẵn bên nhớ máy tính  đưa thơng tin Chương trình (Program): chương trình dãy câu lệnh nằm nhớ, nhằm mục đích hướng dẫn máy tính thực cơng việc cụ thể Máy tính thực theo chương trình GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 1.1 Khái niệm chung Phần mềm (Software): Bao gồm chương trình liệu Phần cứng (Hardware): Bao gồm tất thành phần vật lý cấu thành lên hệ thống Máy tính Phần dẻo (Firmware): Là thành phần chứa hai thành phần Kiến trúc máy tính(Computer Architecture) đề cập đến thuộc tính hệ thống máy tính nhìn người lập trình Hay nói cách khác, thuộc tính ảnh hưởng trực tiếp đến trình thực logic chương trình Bao gồm: tập lệnh, biểu diễn liệu, chế vào ra, kỹ thuật đánh địa chỉ,… GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 1.1 Khái niệm chung Tổ chức máy tính(Computer Organization): đề cập đến khối chức liên hệ chúng để thực đặc trưng kiến trúc Ví dụ: kiến trúc nhân: thuộc tính hệ thống xử lý Bộ nhân tổ chức riêng bên máy tính tính tốn nhiều lần cộng để kết qủa nhân tương ứng Cấu trúc máy tính(Computer Structure): thành phần máy tính liên kết thành phần Ở mức cao máy tính bao gồm thành phần: GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 10 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Lưu đồ thực chương trình: Đọc trạng thái sẵn sàng Module I/O sẵn sàng? N Y Trao đổi liệu với Module I/O GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 231 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Nhận xét: CPU trực tiếp điều khiển vào ra: đọc trạng thái, kiểm tra trạng thái, thực trao đổi  Trong trường hợp nhiều thiết bị cần trao đổi liệu thiết bị chưa sẵn sàng tốn nhiều thời gian CPU  Việc thực trao đổi đơn giản Vào ngắt Nguyên tắc chung:  CPU đợi trạng thái sẵn sàng Module vào  Module vào sẵn sàng phát tín hiệu yêu cầu ngắt CPU  CPU thực chương trình vào tương ứng để trao đổi liệu  CPU trở lại chương trình bị ngắt GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 232 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Các phương pháp nối ghép  Sử dụng nhiều đường yêu cầu ngắt  Kiểm tra vòng phần mềm (Polling)  Kiểm tra vòng phần cứng  Sử dụng điều khiển ngắt  Nhiều yêu cầu ngắt đồng thời  CPU sử dụng nhiều đường yêu cầu ngắt Nạp vào ghi yêu cầu ngắt  Hạn chế số lượng Module vào  Các đường ngắt qui định mức ưu tiên GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 233 6.2 Các phương pháp điều khiển vào  CPU phát tín hiệu chấp nhận ngắt đến Module  Nếu Module khơng gây ngắt thi gới tín hiệu tới Module  Module I/O gây ngắt đặt vector lên bus liệu  CPU sử dụng ngắt để xác định chương trình điều khiển ngắt  Thứ tự vào Module chuỗi xác định thứ tự ưu tiên GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 234 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Truy nhập nhớ trực tiếp (DMA: Direct Memory Access) Với nhược điểm hai phương pháp là: CPU tham gia trực tiếp vào trao đổi liệu việc trao đổi lượng liệu nhỏ Để khắc phục hai phương pháp phương pháp có tên DMA sử dụng thêm Module phần cứng có DMAC (DMA Controller) Vì trao đổi liệu không cần CPU GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 235 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Bộ đếm dl Các đường dl Thanh ghi dl Các đường đ/c Thanh ghi đ/c Y/c Bus Chuyển nhượng Bus Ngắt T/h Đọc/ghi GV: Đinh Đồng Lưỡng Khối logic/ ĐK Cấu trúc Máy tính Đ/K đọc Đ/k ghi Y/c DMA Chấp nhận DMA 236 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Các thành phần DMAC  Thanh ghi liệu: chứa liệu trao đổi  Thanh ghi địa chỉ: chứa địa ngăn nhớ liệu  Bộ đếm liệu: chứa số từ liệu cần trao đổi  Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động DMAC Hoạt động DMA  Khi cần vào liệu CPU nhờ DMAC tiến hành vào liệu với thông tin cho biết sau: GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 237 6.2 Các phương pháp điều khiển vào  Địa thiết bị vào  Địa đầu mảng nhớ chứa liệu DMAC nạp ghi địa  Số từ liệu cần truyền DMAC nạp vào đếm liệu  CPU thực việc khác  DMAC điều khiển việc trao đổi liệu sau truyền từ liệu nội dung ghi địa tăng lên nội dung đếm liệu giảm xuống đơn vị  Khi đếm liệu 0, DMAC gởi tín hiệu ngắt CPU để báo kết thúc DMA GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 238 6.2 Các phương pháp điều khiển vào BUS ĐỊA CHỈ BUS DỮ LIỆU CPU Thiết bị I/O DMAC YÊU CẦU CHẤP NHẬN Bộ nhớ YÊU CẦU CHẬP NHẬN HOLD HLDA BUS Đ/K, T/H IO/MEM GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 239 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Các kiểu thực DMA  DMA truyền theo khối: DMAC sử dụng BUS để truyền khối liệu (CPU chuyển nhượng BUS cho DMAC)  DMA lấy chu kỳ: DMAC cưỡng CPU treo tạm thời chu kỳ BUS để thực truyền từ liệu  DMA suốt: DMAC nhận biết chu kỳ CPU khơng sử dụng BUS chiếm BUS để trao đổi liệu (DMAC lấy chu kỳ) Đặc điểm DMA  CPU khơng tham gia q trình trao đổi liệu  DMAC điều khiển trao đổi liệu nhớ Module vào với tốc độ nhanh  Phù hợp với yêu cầu trao đổi mảng liệu có kích thước lớn GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 240 6.2 Các phương pháp điều khiển vào Bộ xử lý vào  Việc điều khiển vào sử dụng điều khiển vào chuyên dụng  Bộ xử lý vào hoạt động theo chương trình riêng  Chương trình xử lý vào nằm nhớ nhớ riêng  Hoạt động theo kiến trúc đa xử lý GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 241 6.3 Nối ghép thiết bị ngoại vi Nối ghép thiết bị ngoại vi Các kiểu nối ghép vào  Nối ghép song song  Nối ghép nối tiếp Nối ghép song song  Truyền bit song song  Tốc độ truyền nhanh  Cần đường truyền song song  Tốn nhiều dây dẫn GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 242 6.3 Nối ghép thiết bị ngoại vi Nối ghép nối tiếp  Truyền bit  Cần có chuyển đổi từ song song sang nối tiếp  Tốc độ chậm  Cần đường truyền liệu Các cấu hình ghép nối ghép  Điểm tới điểm (point to point): Qua cổng vào ghép thiết bị ngoại vi (PS/2, COM, LPT,…)  Điểm tới đa điểm (Point to multipoint): Thông qua cổng vào ghép nhiều thiết bị vào Ví dụ: SCSI(7,15), USB (127),… GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 243 6.4 Các cổng vào thông dụng Các cổng vào thông dụng  PS/2 : nối ghép bàn phím chuột  VGA(Video Graphic Adapter): Cổng nối ghép hình  LPT (Line PrinTer): nối ghép với máy in cổng song song  COM (COMmunication): nối ghép với Modem, chuột, thiết bị khác Cổng nối tiếp 25 chân  USB: cổng nối tiếp đa cho phép nối ghép nối tiếp tối đa 17 thiết bị thông qua Hub GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 244 THE END GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 245 ... Celeron GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 27 Chương Hệ thống máy tính 2.1 Các thành phần máy tính 2.2 Hoạt động máy tính 2.3 Liên kết hệ thống GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 28 2.1... sinh nhật máy tính sau GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 25 Máy Micral, André Trương Trọng Thi sáng chế  Micral Pháp, máy vi tính lắp ráp hồn tồn GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 26 1.3... GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 46 Ví dụ: Thực chương trình 0001: loader 0010: store 0101: add GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 47 Ví dụ: Thực chương trình GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc