BÀI GIẢNG MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH.Phạm Quang Dũng Bộ môn Khoa học máy tính - Khoa CNTT

Chương 1: Giới thiệu chung Nội dung chương Chương GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Máy tính phân loại 1.2 Kiến trúc máy tính 1.3 Sự tiến hố máy tính Phạm Quang Dũng Bộ mơn Khoa học máy tính - Khoa CNTT Trường Đại học Nơng nghiệp I – Hà Nội website: www.hau1.edu.vn/it/pqdung ĐT: (04) 8766318 DĐ: 0988.149.189 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 1.1 Máy tính phân loại Mơ hình máy tính 1.2 Máy tính † † Máy tính (Computer) thiết bị điện tử thực công việc sau: „ Nhận thông tin vào, „ Xử lý thông tin theo dãy lệnh nhớ sẵn bên trong, „ Đưa thông tin Dãy lệnh nằm nhớ để u cầu máy tính thực cơng việc cụ thể gọi chương trình (program) Ỉ Máy tính hoạt động theo chương trình Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.3 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.4 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Mơ hình phân lớp máy tính Phân loại máy tính Người sử dụng (End User) † Người lập trình (Programmer) Các chương trình ứng dụng (Application Programs) Người thiết kế HĐH (OS Designer) Các phần mềm trung gian (Utilities) Phân loại truyền thống: „ Máy vi tính (Microcomputer) „ Máy tính nhỏ (Minicomputer) „ Máy tính lớn (Mainframe Computer) „ Siêu máy tính (Supercomputer) Hệ điều hành (Operating System) Phần cứng (Computer Hardware) † Phần cứng: hệ thống vật lý máy tính † Phần mềm: chương trình liệu Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.5 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Phân loại máy tính đại Máy tính để bàn (Desktop) † Máy tính để bàn (Desktop Computers) † Máy chủ (Servers) † † Là loại máy tính phổ biến † Các loại máy tính để bàn Máy tính nhúng (Embedded Computers) † 1.6 „ Máy tính cá nhân (Personal Computer – PC) „ Máy tính trạm làm việc (Workstation Computer) 1981 Ỉ IBM giới thiệu máy tính IBM-PC sử dụng xử lý Intel 8088 † 1984 Æ Apple đưa máy tính Macintosh sử dụng xử lý Motorola 68000 † Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.7 Giá thành: 300USD đến 10.000USD Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.8 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Máy chủ (Server) Máy tính nhúng (Embedded Computer) † Thực chất máy phục vụ † Dùng mạng theo mơ hình Client/Server (Khách hàng/Người phục vụ) † Tốc độ hiệu tính tốn cao † Dung lượng nhớ lớn † Độ tin cậy cao † Giá thành: hàng chục nghìn đến hàng chục Được đặt thiết bị khác để điều khiển thiết bị làm việc † Được thiết kế chuyên dụng † Ví dụ: † triệu USD Phạm Quang Dũng † Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.9 „ Điện thoại di động „ Bộ điều khiển máy giặt, điều hoà nhiệt độ „ Router - định tuyến mạng Giá thành: Vài USD đến hàng trăm nghìn USD Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 1.2 Kiến trúc máy tính Kiến trúc tập lệnh Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh: Kiến trúc tập lệnh máy tính bao gồm: † Kiến trúc tập lệnh (Intruction Set Architecture): nghiên cứu † máy tính theo cách nhìn người lập trình † Ỉ 1.10 Tập lệnh: tập hợp chuỗi số nhị phân mã Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu cấu hoá cho thao tác mà máy tính thực trúc phần cứng máy tính Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi nhanh Ví dụ: Các máy tính PC dùng xử lý Intel 32-bit từ † Các kiểu liệu: kiểu liệu mà máy tính xử lý 80386 đến Pentium 4: „ Cùng chung kiến trúc tập lệnh (IA-32) „ Có tổ chức khác Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.11 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.12 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Cấu trúc máy tính Các thành phần máy tính † Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động máy tính xử lý liệu † Bộ nhớ (Main Memory): Chứa chương trình liệu sử dụng † Hệ thống vào (Input/Output System): Trao † Liên kết hệ thống (System Interconnection): đổi thơng tin máy tính với bên ngồi Kết nối vận chuyển thơng tin thành phần với Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.13 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 1.3 Sự tiến hoá máy tính Máy tính dùng đèn điện tử † † † Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử ENIAC - Máy tính điện tử chân không (1943-1956) „ Electronic Numerical Intergator And Computer Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor „ Dự án Bộ Quốc phòng Mỹ (1957-1965) „ Do John Mauchly John Presper Eckert Đại học Pennsylvania thiết kế Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI LSI (1966-1980) † † 1.14 „ Bắt đầu từ năm 1943, hoàn thành năm 1946 Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI, SLSI (1981-nay) http://www.computerhistory.org/timeline/timeline.php Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.15 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.16 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung ENIAC (tiếp) ENIAC (tiếp) † Nặng 30 † Kích thước 140 m2 † 18000 đèn điện tử 1500 rơle † 5000 phép cộng/giây † Xử lý theo số thập phân † Bộ nhớ lưu trữ liệu † Lập trình cách thiết lập vị trí chuyển mạch cáp nối Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.17 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung ENIAC (tiếp) Máy tính von Neumann † 1.18 Cịn gọi máy tính IAS: „ Princeton Institute for Advanced Studies „ Được 1947, hoàn thành 1952 „ Do John von Neumann thiết kế „ Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình lưu trữ” (stored-program concept) von Neumann/Turing (1945) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.19 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.20 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Đặc điểm máy tính IAS John von Neumann máy tính IAS † Bao gồm thành phần: đơn vị điều khiển, đơn vị số học logic (ALU), nhớ thiết bị vào † † Bộ nhớ chứa chương trình liệu Bộ nhớ đánh địa theo ngăn nhớ, không phụ thuộc vào nội dung † ALU thực phép tốn với số nhị phân † Đơn vị điều khiển nhận lệnh từ nhớ, giải mã thực † Đơn vị điều khiển điều khiển hoạt động thiết bị lệnh cách vào-ra † Trở thành mơ hình máy tính Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.21 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Các máy tính thương mại đời John Mauchly UNIVAC † 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation † UNIVAC I (Universal Automatic Computer) † 1950s - UNIVAC II „ Nhanh „ Bộ nhớ lớn Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.23 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.22 1.24 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung UNIVAC Hãng IBM † IBM – International Business Machine † 1952 – IBM 701 † „ Máy tính lưu trữ chương trình IBM „ Sử dụng cho tính tốn khoa học 1955 – IBM 702 „ Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.25 Các ứng dụng thương mại Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung IBM 701 (1952) IBM 702 (1955) Máy tính dùng transistor † 1.26 Máy tính PDP-1 DEC (Digital Equipment Corporation) máy tính mini IBM 701 † IBM 7000 † Hàng trăm nghìn phép cộng giây † Các ngơn ngữ lập trình bậc cao đời IBM 702 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.27 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.28 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung DEC's PDP-1 (1960) IBM 7030 (1961) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.29 Phạm Quang Dũng Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI LSI Luật Moore † Vi mạch (Integrated Circuit – IC): nhiều transistor phần tử khác tích hợp chip bán dẫn Bài giảng Kiến trúc máy tính † Gordon Moore - người đồng sáng lập Intel † Số transistors chip gấp đôi sau 18 tháng 1.30 „ SSI (Small Scale Integratinon) † Giá thành chip không thay đổi „ MSI (Medium Scale Integration) † Mật độ cao hơn, đường dẫn ngắn „ LSI (Large Scale Integration) † Kích thước nhỏ dẫn tới độ phức tạp tăng lên „ VLSI (Very Large Scale Integration) (dùng cho máy tính hệ thứ tư) † Điện tiêu thụ † Hệ thống có chip liên kết với nhau, † Siêu máy tính xuất hiện: CRAY-1, VAX † Bộ vi xử lý (microprocessor) đời „ tăng độ tin cậy Bộ xử lý Ỉ Intel 4004 (1971) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.31 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.32 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Tăng trưởng số transitor chip CPU IBM 360 Family (1964-1968) † Có từ model 20 minicomputer (bộ nhớ 24 KB) đến model 91 supercomputer xây dựng cho hệ thống phòng thủ tên lửa Bắc Mỹ http://www.beagle-ears.com/lars/engineer/comphist/ibm360.htm Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.33 Phạm Quang Dũng Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung IBM 360/40 IBM 360/67 † Dùng HĐH DOS/360 † Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.34 Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.36 Time sharing system † Phần cứng hỗ trợ virtual memory Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.35 † Dùng HĐH CP-67 † 500 KB RAM Phạm Quang Dũng Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung IBM 360/91 PDP-11 (1972) † Được thiết kế để xử lý liệu tốc độ cao cho ứng dụng khoa học † 16.6 triệu phép cộng/giây → 1000 toán với 200 tỷ phép tính/ngày † 2-6 MB main memory, CPU có đơn vị xử lý đồng thời khám phá không gian, vật lý nguyên tử, dự báo thời tiết toàn cầu Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.37 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Siêu máy tính CRAY-1 (1976) 1977 - PC có tích hợp hình 1.38 Saymour Cray ‰ HĐH Cray Operating System (COS), ‰ 100-160 triệu phép tính dấu chấm động/giây (megaflops) ‰ Xử lý liệu vector ‰ MB main memory Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.39 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.40 10 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung VAX 11/780 (1978) - máy tính 32-bit Osborne (1980) - máy tính khả chuyển † Máy tính "có thể di chuyển" đầu tiên, kích thước nhỏ, nặng 24 pound (10,9 kg) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.41 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Máy tính dùng vi mạch VLSI Các hệ thống máy tính đại Các sản phẩm cơng nghệ VLSI: † Máy tính nhúng † Máy tính cá nhân (PC) † Máy trạm làm việc vài vi mạch thực nhiều chức † Máy chủ (Servers) điều khiển nối ghép † Mạng máy tính † Internet - Mạng máy tính tồn cầu † Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU chế tạo chip † † Vi mạch điều khiển tổng hợp (chipset): Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory): ROM, RAM † 1.42 Các vi điều khiển (Microcontroller): máy tính chuyên dụng chế tạo chip Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.43 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.44 11 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Một số Hệ thống Máy tính nhúng Siêu máy tính Earth Simulator NEC (2002) ‰ 5200 processor ‰ 35860-40960 GFlops Earth Simulator Cơ quan Khoa học Công nghệ biển Nhật Bản (JAMSTEC), Yokohama, Japan Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.45 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.46 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Siêu máy tính ASC Purple IBM (2005) Siêu máy tính BlueGene L IBM (2005) ‰ 131702 processor ‰ 10240 processor ‰ 32768 GB main memory ‰ 40960 GB main memory ‰ 280600-367000 GFlops ‰ 63390-77824 GFlops ASC Purple at Lawrence Livermore National Laboratory Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.47 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.48 12 Chương 2: Hệ thống máy tính Nội dung chương Chương HỆ THỐNG MÁY TÍNH 2.1 Các thành phần máy tính 2.2 Hoạt động máy tính 2.3 Liên kết hệ thống Phạm Quang Dũng Bộ môn Khoa học máy tính - Khoa CNTT Trường Đại học Nơng nghiệp I – Hà Nội website: www.hau1.edu.vn/it/pqdung ĐT: (04) 8766318 DĐ: 0988.149.189 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính 2.1 Các thành phần máy tính Bộ xử lý trung tâm (CPU) † Chức † Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit) „ điều khiển hoạt động máy tính † Bộ nhớ (Memory) „ xử lý liệu † Hệ thống vào (Input/Output System) † Liên kết hệ thống (System Interconnection) † 2.2 Nguyên tắc hoạt động bản: CPU hoạt động theo chương trình nằm nhớ Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.3 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.4 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Cấu trúc CPU Các thành phần CPU † Đơn vị điều khiển (CU) Đơn vị số học logic (ALU) Đơn vị điều khiển (Control Unit – CU): điều khiển hoạt động máy tính theo chương trình định sẵn Tập ghi (RF) † Đơn vị số học logic (Arithmetic and Logic Unit – ALU): thực phép toán số học phép toán logic liệu cụ thể bus bên † Tập ghi (Register File - RF): lưu giữ thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động CPU Đơn vị phối ghép bus (BIU) † Đơn vị nối ghép bus (Bus interface Unit - BIU): kết nối trao đổi thông tin bus bên (internal bus) bus điều khiển Phạm Quang Dũng bus liệu bus bên (external bus) bus địa Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.5 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Tốc độ xử lý Tốc độ xử lý (tiếp) † † Tốc độ xử lý: „ Tính số lệnh thực giây „ MIPS (Millions of Instructions per Second) „ Khó đánh giá xác Tần số xung nhịp xử lý: „ Bộ xử lý hoạt động theo xung nhịp (Clock) có tần số xác định „ Tốc độ xử lý đánh giá gián tiếp thông qua tần số xung nhịp Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính † Dạng xung nhịp: † T0 - chu kỳ xung nhịp † Tần số xung nhịp: f0 = 1/T0 † Mỗi thao tác xử lý cần kT0 † T0 nhỏ Ỉ xử lý chạy nhanh † Ví dụ: Máy tính dùng xử lý Pentium IV 2GHz 2.6 Ta có f0 = GHz = 2x109 Hz Ỉ T0 = 1/f0 = 1/(2x109) = 0,5 ns 2.7 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.8 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Bộ nhớ máy tính (Memory) Các thành phần nhớ máy tính † Chức năng: lưu trữ chương trình liệu † Các thao tác với nhớ: † „ Đọc (Read) „ Ghi (Write) Các thành phần chính: „ Bộ nhớ (Internal Memory) „ Bộ nhớ (External Memory) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.9 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Bộ nhớ (Internal memory) Bộ nhớ (Main memory) † Chức đặc điểm: „ † † liệu CPU sử dụng Chứa thơng tin mà CPU trao đổi trực tiếp † „ Tốc độ nhanh „ Dung lượng không lớn „ Sử dụng nhớ bán dẫn: ROM, RAM Chứa chương trình Tổ chức thành ngăn nhớ đánh địa † Ngăn nhớ thường tổ chức theo byte Các loại nhớ trong: † Nội dung ngăn nhớ „ Bộ nhớ thay đổi, song địa vật lý „ Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh) ngăn nhớ cố định Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.11 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.10 Nội dung Địa 00101011 11010101 00001010 01011000 11111011 00001000 11101010 00000000 10011101 00101011 11101011 00101000 11111111 10101010 00101011 01010101 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 2.12 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Bộ nhớ đệm nhanh (Cache memory) Bộ nhớ ngồi (External memory) † Bộ nhớ có tốc độ nhanh đặt đệm Chức đặc điểm: CPU nhớ nhằm tăng tốc độ CPU „ Lưu giữ tài nguyên phần mềm máy tính truy nhập nhớ „ Được kết nối với hệ thống dạng thiết bị vào-ra „ Dung lượng lớn „ Tốc độ chậm † Dung lượng nhỏ nhớ † Tốc độ nhanh † Cache thường chia thành số mức † Cache tích hợp chip vi xử lý † † † Cache có khơng Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.13 Các loại nhớ ngoài: „ Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩa mềm „ Bộ nhớ quang: đĩa CD, DVD „ Bộ nhớ bán dẫn: Flash disk, memory card Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.14 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Hệ thống vào-ra (Input/Output System) Cấu trúc hệ thống vào-ra † Chức năng: trao đổi thông tin máy tính với giới bên ngồi † † Các thao tác bản: „ Vào liệu (Input) „ Ra liệu (Output) Nối ghép với CPU nhớ Các thành phần chính: „ Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices) „ Các môđun vào-ra (IO Modules) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.15 Phạm Quang Dũng Cổng vàora Thiết bị ngoại vi Cổng vàora Thiết bị ngoại vi Cổng vàora Thiết bị ngoại vi Môđun vào-ra Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.16 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Các thiết bị ngoại vi Môđun vào-ra † † Chức năng: chuyển đổi liệu bên † Chức năng: nối ghép TBNV với máy tính bên ngồi máy tính † Mỗi mơđun vào-ra có một vài cổng Các loại thiết bị ngoại vi (TBNV) bản: „ Thiết bị vào: bàn phím, chuột, máy quét … „ Thiết bị ra: hình, máy in … „ Thiết bị nhớ: ổ đĩa … „ Thiết bị truyền thông: MODEM … Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính vào-ra (I/O Port) † Mỗi cổng vào-ra đánh địa xác định † Các TBNV kết nối trao đổi liệu với máy tính thơng qua cổng vào-ra 2.17 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính 2.2 Hoạt động máy tính Chu trình lệnh Thực chương trình † Là hoạt động máy tính † Máy tính lặp lặp lại hai bước: † „ Nhận lệnh „ Thực lệnh 2.18 Bắt đầu Nhận lệnh } chu trình lệnh Thực lệnh Thực chương trình bị dừng thực lệnh bị lỗi gặp lệnh dừng Dừng Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.19 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.20 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Q trình nhận lệnh Minh họa trình nhận lệnh † Bắt đầu chu trình lệnh, CPU nhận lệnh từ nhớ † Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) CPU giữ địa lệnh nhận † CPU nhận lệnh từ ngăn nhớ trỏ PC † Lệnh nạp vào ghi lệnh IR (Instruction Register) † Sau lệnh nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.21 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Q trình thực lệnh Ngắt (Interrupt) † Bộ xử lý giải mã lệnh nhận phát tín hiệu điều khiển thực thao tác mà lệnh yêu cầu † Các kiểu thao tác lệnh: 2.22 † Khái niệm: Ngắt chế cho phép CPU tạm dừng chương trình thực để chuyển sang thực chương trình khác, gọi chương trình phục vụ ngắt † Các loại ngắt: „ Trao đổi liệu CPU nhớ „ Trao đổi liệu CPU môđun vào-ra „ „ Xử lý liệu: thực phép toán số học phép toán logic với liệu Ngắt lỗi thực chương trình, ví dụ: tràn số, chia cho … „ Ngắt lỗi phần cứng, ví dụ: lỗi nhớ RAM „ Điều khiển rẽ nhánh „ „ Kết hợp thao tác Ngắt mơđun vào-ra phát tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi liệu Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.23 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.24 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Hoạt động ngắt Hoạt động ngắt (tiếp) † Sau hoàn thành lệnh, xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt † Nếu khơng có ngắt Ỉ xử lý nhận lệnh chương trình † Chương trình thực Chương trình phục vụ ngắt lệnh lệnh Nếu có tín hiệu ngắt: Ngắt lệnh lệnh lệnh lệnh lệnh „ Tạm dừng chương trình thực „ Cất ngữ cảnh (các thơng tin liên quan đến chương trình bị lệnh i lệnh i+1 ngắt) lệnh „ Thiết lập PC trỏ đến chương trình phục vụ ngắt „ Chuyển sang thực chương trình phục vụ ngắt „ Cuối chương trình phục vụ ngắt, khơi phục ngữ cảnh tiếp tục chương trình bị tạm dừng Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.25 RETURN lệnh Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.26 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chu trình lệnh với ngắt Xử lý với nhiều tín hiệu yêu cầu ngắt † Bắt đầu Nhận lệnh Thực lệnh Phạm Quang Dũng Kiểm tra có ngắt hay khơng? „ Khi ngắt thực hiện, ngắt khác bị cấm „ Bộ xử lý bỏ qua ngắt xử lý ngắt „ Các ngắt đợi kiểm tra sau ngắt xử lý xong „ Các ngắt thực Dừng † N Xử lý ngắt Y Chuyển đến chương trình phục vụ ngắt Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.27 Xử lý ngắt ưu tiên „ Các ngắt định nghĩa mức ưu tiên khác „ Ngắt có mức ưu tiên thấp bị ngắt ngắt ưu tiên cao Ỉ xảy ngắt lồng Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.28 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Hoạt động vào-ra 2.3 Liên kết hệ thống † † Hoạt động vào-ra: hoạt động trao đổi liệu Khái niệm chung bus TBNV với bên máy tính † Bus: tập hợp đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin thành phần máy tính với † Độ rộng bus: số đường dây bus truyền bit thơng tin đồng thời (chỉ dùng cho bus địa bus liệu) † Phân loại cấu trúc bus: Các kiểu hoạt động vào-ra: „ CPU trao đổi liệu với môđun vào-ra „ Môđun vào-ra trao đổi liệu trực tiếp với nhớ Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.29 „ Cấu trúc đơn bus „ Cấu trúc đa bus Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Bus đồng bus không đồng Cấu trúc đơn bus † 2.30 Bus đồng „ Bus có đường tín hiệu Clock „ Các kiện bus xác định xung nhịp Clock † Bus không đồng „ Khơng có đường tín hiệu Clock „ Kết thúc kiện bus kích hoạt cho kiện Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.31 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.32