Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 2

Chương 2 Hệ thống máy tính thuộc bài giảng cấu trúc máy tính, cùng tìm hiểu kiến thức chương này thông qua các nội dung cần nghiên cứu sau: các thành phần cơ bản của máy tính, hoạt động cơ bản của máy tính, liên kết hệ thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 2 Chương 2 H th ng máy tính 2.1 Các thành ph n cơ b n c a máy tính 2.2 Ho t ñ ng cơ b n c a máy tính 2.3 Liên k t h th ng C u trúc Máy tính 28 2.1 Các thành ph n cơ b n c a máy tính Mô hình cơ b n c a máy tính. Các mô hình máy tính hi n nay ñư c thi t k d a trên ki n trúc Von Neumann. Các ñ c ñi m ki n trúc c a Von Neumann: D li u và chương trình ch a trong b nh ñ c ghi. B nh ñư c ñánh ñ a ch cho các ngăn nh không ph thu c vào n i dung c a chúng. Máy tính th c hi n l nh m t cách tu n t . C u trúc Máy tính 29 2.1 Các thành ph n cơ b n c a máy tính Sơ ñ c u trúc cơ b n a máy tính B x lý trung tâm (CPU): Đi u khi n ho t ñ ng c a máy tính và x lý s li u H th ng nh : ch a chương trình và d li u ñang ñư c x lý. H th ng vào/ra (I/O: Input/Output) : trao ñ i thông tin gi a bên ngoài và bên trong máy tính Liên k t h th ng (Interconnection): k t n i và v n chuy n thông tin gi a các thành ph n v i nhau C u trúc Máy tính 30 1.B x lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) Ch cnăng: Đi u khi n toàn b ho t ñ ng c a máy tính. X lý d li u (vd: các phép toán s h c và logic) Nguyên t c ho t ñ ng: CPU ho t ñ ng theo chương trình n m trong b nh chính. C utrúccơb nCPU Đơn v ñi u khi n (CU:Control Unit): Đi u khi n ho t ñ ng c a máy tính theo chương trình ñã ñ nh s n. Đơn v s h c và logic (ALU: Arithmetic And Logic Unit): th c hi n các phép toán s h c và logic trên các d li u c th . T p thanh ghi (RF: Register File): Lưu tr các thông tin t m th i ph c v cho ho t ñ ng c a CPU. Đơn v n i ghép BUS(BIU: Bus Interface Unit): k t n i và trao ñ i thông tin gi a Bus bên trong và Bus bên ngoài CPU. C u trúc Máy tính 31 1.B x lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) B vi x lý ho t ñ ng theo xung nh p(clock) có t n s xác ñ nh. T c ñ vi x lý ñư c ñánh giá gián ti p thông qua t n s xung nh p. G i To : chu kỳ xung nh p, fo =1/To t n s xung nh p. M i thao tác c a b x lý c n kTo. To càng nh thì b x lý ch y càng nhanh Ví d : M t máy tính Pentium 4 t c ñ 2GHz Ta có fo=2GHz=2.109Hz To= 1/fo=1/2.109= 0.5ns C u trúc Máy tính 32 2. B nh máy tính Ch c năng: Lưu tr chương trình và d li u. Các thao tác cơ b n: Thao tác ñ c d li u (Read) Thao tác ghi d li u (Write) Các thành ph n chính B nh trong (Internal Memory) B nh ngoài (External Memory) C u trúc Máy tính 33 B nh trong(Internal Memory) Ch c năng và ñ c ñi m: Ch a thông tin mà CPU có th trao ñ i tr c ti p T c ñ r t nhanh Dung lư ng không l n S d ng b nh bán d n RAM, ROM Các lo i b nh B nh chính (Main memory) B nh Cache (Cache Memory) hay g i b nh ñ m C u trúc Máy tính 34 B nh chính (main memory) Ch a chương trình và d li u ñang ñư c s d ng b i CPU B nh chính ñư c t ch c thành các ngăn nh và ñư c ñánh ñ a ch Ngăn nh thư ng ñư c t ch c theo byte N i dung c a m t ngăn nh có th thay ñ i nhưng ñ a ch v t lý c a nó ñã ñư c ñánh là không thay ñ i C u trúc Máy tính 35 B nh ñ m nhanh(cache memory) Đây là b nh bán d n có t c ñ nhanh và chúng ñư c ñ t ñ m gi a CPU và b nh chính nh m tăng t c truy xu t c a CPU t i b nh chính. Dung lư ng nh hơn r t nhi u b nh chính T c ñ nhanh hơn r t nhi u l n Ngay nay Cache ñư c tích h p vào trong b vi x lý và nó trong su t v i ngư i s d ng. B nh Cache thông thư ng ñư c chia ra thành 2 m c. Cache có th có ho c không C u trúc Máy tính 36 2. B nh máy tính Chi ti t c u trúc b nh Cache C u trúc Máy tính 37 B nh ngoài(External memory) Ch c năng và ñ c ñi m Lưu tr tài nguyên ph n m m Máy tính. Đư c k t n i v i h th ng như thi t b vào ra. Dung lư ng r t l n (vài trăm GB) T c ñ ch m Các lo i b nh ngoài B nh t : Đĩa c ng, ñĩa m m,… B nh quang: CD, VCD, DVD,… B nh bán d n: flash Disk, memory Card, pen Disk,… C u trúc Máy tính 38 H th ng vào ra (Input/Output System) Ch c năng: trao ñ i thông tin gi a máy tính v i th gi i bên ngoài. Thao tác cơ b n Vào d li u (In) Ra d li u (Out) Các thành ph n chính Thi t b ngo i vi (Peripheral Devices) Các Module I/O (IO Module) C u trúc Máy tính 39 H th ng vào ra (Input/Output System) C u trúc vào ra cơ b n P o r t I /O Tb ngo i vi 1 Bus máy tính P o r t I /O Tb ngo i vi 2 Mo_ dule I/O P o r t I /O Tb ngo i vi n C u trúc Máy tính 40 Thi t b ngo i vi (Peripherals) Các thi t b ngo i vi (Peripherals) - Ch c năng: chuy n ñ i thông tin t bên ngoài thành d li u máy tính và ngư c l i. - Các thi t b ngo i vi cơ b n: Thi t b vào: bàn phím, chu t, … Thi t b ra: máy in, màn hình,… Thi t b nh : ñĩa t , quang,…. Thi t b truy n thông: Modem,… C u trúc Máy tính 41 Module vào ra Ch c năng: n i ghép thi t b ngo i vi v i máy tính M i Module có 1 hay nhi u c ng vào ra M i c ng ñư c ñánh ñ a ch xác ñ nh Các thi t b ngo i vi ñư c k t n i v i máy tính thông qua c ng vào ra (ví d : COM, LPT, USB, VGA,…) C u trúc Máy tính 42 2.2 Ho t ñ ng c a máy tính 1. Th c hi n chương trình Là ho t ñ ng cơ b n c a Máy tính. Máy tính l p ñi l p l i quá trình th c hi n l nh g m hai bư c cơ b n: Nh n l nh (Fetch) Th c hi n l nh (Execute) Th c hi n chương trình d ng khi: M t ngu n G p l nh d ng G p tình hu ng kh ...