Bài giảng Cấu trúc máy tính

CÂU TRUC MAY TINH CHƯƠNG 1: KIẾN TRÚC CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH Nơi dung cua chương 1.1 Những thành phần máy tính 1.2 Kiến trúc máy tính đơn giản 1.1 Những thành phần máy tính  Các hệ thống số thơng dụng  Hệ thập phân, nhị phân, bát phân, thập lục phân  Chuyển đổi hệ thống số  Biểu diễn số nguyên  Sô nguyên không dấu  Sơ ngun có dấu  Biểu diễn số thực  Số dấu chấm tĩnh  Số dấu chấm động (theo Tiêu chuẩn IEEE 754)  Biểu diễn ký tự  Các khái niệm  Bảng mã ASCII, Unicode Các hệ thống số  Hệ thống số gọi hệ đếm: Là ký hiệu quy tắc sử dụng để biểu diễn xác định giá trị số  Hệ đếm không định vị định vị  Hệ đếm la mã: I, II, III, IV, V , VI, VII, X, XI,…, XV  - Là hệ đếm không định vị  Hệ đếm thập phân: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, 10, 11, 12,…  Là hệ đếm định vị_giá trị chữ số phụ thuộc vào giá trị mà cịn phụ thuộc vào vị trí  Gồm hệ nhị phân, bát phân, thập phân, thập lục phân Các hệ thống số (tiếp)  Hệ đếm thập phân (decimal system)  10 ký số: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9  Cơ số 10  Vd: 199.3510 = 1*102 + 9*101 + 9*100 + 3*10-1 + 5*10-2  Hệ đếm nhị phân (Binary system)  ký số: 0,1  Cơ s ố  Vd: 1011.112 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 + 1*2-1 + 1*2-2 Các hệ thống số (tiếp)  Hệ đếm bát phân (octal system)  ký số : 0,1,2,3,4,5,6,7  Cơ số  Vd: 2358 = 2*82 + 3*81 + 5*80  Hệ đếm thập lục phân (hexa-decimal system)  16 ký số : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F  Cơ số 16  Vd : 34AD16 = 3*163 + 4*162 + 10*161 + 13*160 Chuyển đổi hệ thống số sang hệ thập phân Chuyển đổi hệ thập phân sang hệ thống số khác  Đổi số nguyên từ hệ thập phân sang hệ nhị phân  Lấy số nguyên N chia cho 2, thương Kết chuyển đổi số N dư số phép chia viết theo thứ tự ngược lại Chuyển đổi hệ thập phân sang hệ thống số khác  Đổi phần thập phân từ hệ thập phân sang hệ nhị phân  Lấy phần thập phân N nhân với phần thập phân tích số Kết chuyển đổi số N số phần nguyên phép nhân viết theo thứ tự tính tốn  Vd: Chuyển đổi hệ nhị phân hệ bát phân  Mỗi nhóm ký số từ phải sang số nhị phân thay ký số bát phân  Ngược lại, ký số bát phân thay ký số nhị phân  VD: Các chuẩn giao diện ổ cứng  Chuẩn giao tiếp ST506  Là giao tiếp loại tuần tự, tốc độ thấp  Chuẩn ESDI (Enhanced Small Device Interface)  Là hệ sau ST506 có tốc độ cao hơn.(24Mbit/sec)  Chuẩn giao tiếp IDE (Intelligent Drive Electronics)  Còn gọi ATA1,ATA2 ( AT Attachment), sử dụng cáp nguồn chân cáp liệu 40 chân  Chuẩn E-IDE (Enhanced IDE) chuẩn nâng cao IDE gồm: Các chuẩn giao diện ổ cứng Chuẩn (có thể có nhiều tên) Tốc độ Miêu tả IDE (ATA/ATA1) Tốc độ từ 2.1 MB/giây đến 8.3 MB/giây Là chuẩn cho ổ cứng IDE Độ lớn tối đa 528 MB Hỗ trợ chế độ truyền PIO DMA ATA-2/ Fast ATA Tốc độ tối đa 16.6 MB/giây Phá vỡ ngưỡng 528 MB Cho phép tối đa bốn ổ đĩa IDE Hỗ trợ chế độ truyền PIO DMA Ultra ATA Fast ATA-2 Ultra DMA DMA/33 Tốc độ tối đa 33.3 MB/giây Định nghĩa chế độ DMA hỗ trợ chế độ PIO chậm Ultra ATA/66 Ultra DMA/66 Tốc độ tối đa 66.6 MB/giây Sử dụng cáp 80 dây, cung cấp đường bổ sung để nâng cao tính tồn vẹn tín hiệu Ultra ATA/100 Tốc độ tối đa 100 MB/giây Sử dụng cáp 80 dây Ultra ATA/133 Tốc độ tối đa 133 MB/giây Sử dụng cáp 80 dây, hỗ trợ ổ cứng lớn 137GB ATA/ATAPI-6 Tốc độ tối đa 133 MB/giây Một phần chuẩn ATA/133, hỗ trợ ổ cứng lớn 137 GB  Chế độ PIO (Programme Input/Output) cho phép ổ đĩa điều khiển IDE sử dụng ghi xử lý để trao đổi liệu nhiều mức tốc độ khác  Chế độ DMA (Direct Memory Access) cho phép đĩa cứng trao đổi liệu trực tiếp với nhớ hệ thống Chuẩn cắm IDE Chuẩn giao tiếp IDE Đầu nối IDE bo mạch chủ Dây dẫn điện Cáp liệu IDE 40 chân Đầu nối cho ổ đĩa thứ hai Ổ cứng Hình 7-1 Một hệ thống ổ đĩa cứng máy tính cá nhân (PC – Personal Computer) IDE: Integrated Drive Electronics Các chuẩn giao diện ổ cứng  SATA (SERIAL ATA)  Vào năm 1999, số công ty gồm: APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum Seagate Technologies định hợp tác thiết kế chuẩn giao tiếp Serial Advanced Technology Attachment (Serial ATA) cho ổ cứng thiết bị ATA Packet Interface (ATAPI)  Serial ATA dùng điện áp thấp, đầu chân cắm nhỏ gọn dây  Serial ATA đạt tốc độ  SATA I: 150Mbps  SATA II: 300Mbps 600Mbps  Chuẩn SCSI (Small Computer System Interface)  Có tốc độ cao IDE phức tạp đắt tiền  SCSI có nhiều tốc độ 40, 80, 160, 320 MBps  Hiện phổ biến 160 320Mbps  Chủ yếu sử dụng SERVER Cáp ổ đĩa SATA Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ ổ đĩa cứng  Rotation Speed (Tốc độ quay): Đĩa quay nhanh tốc độ truyền cao đĩa ồn nóng  Sector per track (Số Sector Track): Các đĩa đại sử dụng cỡ Track khác Phần ngồi rìa đĩa có nhiều chỗ trống cho Sector phần  Seek time (Thời gian tìm kiếm): Thời gian tìm nhanh xuất đầu từ chuyển trực tiếp từ track sang track  Head switch time (Thời gian chuyển đầu từ): Đo thời gian trung bình ổ đĩa phải bỏ để chuyển số đầu từ đọc hay ghi liệu  Cylinder switch time (Thời gian chuyển từ trụ): thời gian tiêu tốn trung bình để chuyển đầu từ từ track sang track đọc hay ghi liệu  Rotation latency (Góc quay trễ): sau đầu từ đặt track xác định, phải đợi Sector yêu cầu Thời gian đợi gọi góc quay trễ đo ms Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ ổ đĩa cứng  Data access time (Thời gian truy cập liệu): Là tổng thời gian tìm, thời gian chuyển đầu từ, góc quay trễ Thời gian truy cập liệu đo ms  Bộ nhớ đệm (Cache) đĩa: Bộ nhớ đệm Cache thường dùng để ghi đọc liệu  Transfer rate (Tốc độ truyền): Dữ liệu ghi vật lý lên đĩa cứng số phương pháp khác  Interleaving (hệ số đan xen đĩa cứng): đánh số thứ tự cho sector,các nhà sản xuất không đánh số cách liên tục mà đan xen vào sector liên tiếp số sector, sau tiếp tục đánh số cho sector Set jumper RAID_Redundant Array of Independent Disks  Công nghệ cho phép tăng hiệu khả chịu lỗi hệ thống cách sử dụng nhiều đĩa cứng để lưu khơi phục liệu có cố  Tăng hiệu năng: Xắt lát" đĩa (disk stripping) - phân tán nhiều bytes nhiều nhóm bytes nhiều đĩa cứng, có nhiều đĩa cứng thực thao tác đọc (reading) ghi (writing) đồng thời  Tăng khả chịu lỗi: Tạo đĩa ảnh (disk mirroring) tái tạo liệu theo phương thức kiểm tra chẵn lẻ (parity checking) RAID_Redundant Array of Independent Disks  Công nghệ RAID sử dụng điều khiển đĩa đặc biệt có hỗ trợ chức RAID Khi ổ đĩa bị hư, ta thay ổ đĩa Bộ điều khiển RAID (RAID controller) tự động tái xây dựng liệu cho ổ đĩa  Công nghệ RAID ban đầu thiết kế chuyên dùng cho server (máy chủ) hệ thống lưu trữ chuyên biệt (Stand-alone disk storage system)  Ngày nay, tất máy tính để bàn (desktop PC) chuyển thành hệ thống RAID cách gắn thêm RAID Controller Card (Card Điều khiển RAID) số lượng thích hợp ổ đĩa cứng IDE SCSI Các mức RAID  RAID0  RAID1 …  RAID6 RAID  RAID mức hay gọi RAID0:  Dữ liệu phân tán nhiều đĩa (ít đĩa) nên không hỗ trợ khả chịu lỗi khơng có đĩa dự phịng RAID  RAID mức hay gọi RAID1:phương pháp tạo đĩa ảnh (mirroring)  Sử dụng đĩa cứng làm đĩa dự phịng cho đĩa chính, lưu tồn nội dung đĩa RAID ... sử phát triển máy tính vi xử lý  Lịch sử phát triển máy tính  Lịch sử phát triển vi xử lý (CPU) 2.1 Lịch sử phát triển máy tính  Thế hệ -1: Thời xa xưa (…-1642)  Thế hệ 0: Máy tính khí (1642-1945)... máy tính có chương trình lưu nhớ  Máy tính ông gồm có đơn vị điều khiển, đơn vị xử lý số học logic (ALU), nhớ chương trình liệu sử dụng số nhị phân thay số thập phân  Máy tính ngày có cấu trúc. ..Nôi dung cua chương 1.1 Những thành phần máy tính 1.2 Kiến trúc máy tính đơn giản 1.1 Những thành phần máy tính  Các hệ thống số thơng dụng  Hệ thập phân, nhị phân, bát