Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 3 - Hoàng Văn Hiệp

Bài giảng "Cấu trúc máy tính - Chương 3: Hệ thống máy tính" cung cấp cho người học các kiến thức: Cấu trúc và hoạt động cơ bản của máy tính, bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ máy tính, hệ thống vào ra, giới thiệu hệ điều hành. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu tham khảo phục vụ học tập và nghiên cứu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 3 - Hoàng Văn Hiệp Kiến trúc máy tínhChương 3HỆ THỐNG MÁY TÍNH 167 Nội dung chương 33.1. Cấu trúc và hoạt động cơ bản của máy tính3.2. Bộ xử lý trung tâm3.3. Bộ nhớ máy tính3.4. Hệ thống vào ra3.5. Giới thiệu hệ điều hành 168 Cấu trúc và hoạt động cơ bản của máy tính Cấu trúc cơ bản của máy tính Liên kết hệ thống Hoạt động cơ bản của máy tính Cấu trúc một máy tính cá nhân điển hình 169 3.1.1 Cấu trúc cơ bản của máy tính Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit) Bộ nhớ (Memory) Hệ thống vào-ra (Input-Output System) Liên kết hệ thống (System Interconnection) 170 Bộ xử lý trung tâm (CPU) Chức năng:  Điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống máy tính  Xử lý dữ liệu Nguyên tắc hoạt động cơ bản: CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính, bằng cách:  Nhận lần lượt từng lệnh từ bộ nhớ chính,  Sau đó tiến hành giải mã lệnh và phát các tín hiệu điều khiển thực thi lệnh.  Trong quá trình thực thi lệnh, CPU có thể trao đổi dữ liệu với bộ nhớ chính hay hệ thống vào-ra. 171 Cấu trúc cơ bản của CPUĐơn vị điều khiển Đơn vị số học và logic Tập các thanh ghi (CU) (ALU) (RF) Bus bên trong Đơn vị nối ghép bus (BIU) Bus bên ngoài 172 Các thành phần cơ bản của CPU Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU): điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn. Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic trên các dữ liệu cụ thể. Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU. Bus bên trong (Internal Bus): kết nối các thành phần bên trong CPU với nhau. Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU) kết nối và trao đổi thông tin với nhau giữa bus bên trong (internal bus) với bus bên ngoài (external bus). 173 Tốc độ của bộ xử lý Tốc độ của bộ xử lý:  Số lệnh được thực hiện trong 1 giây  MIPS (Millions of Instructions per Second)  Khó đánh giá chính xác Tần số xung nhịp của bộ xử lý:  Bộ xử lý hoạt động theo một xung nhịp (Clock) có tần số xác định  Tốc độ của bộ xử lý được đánh giá gián tiếp thông qua tần số của xung nhịp 174 Tốc độ của bộ xử lý (tiếp) Dạng xung nhịp: T0 T0: chu kỳ xung nhịp Mỗi thao tác của bộ xử lý mất một số nguyên lần chu kỳ T0  T0 càng nhỏ thì bộ xử lý chạy càng nhanh Tần số xung nhịp: f0=1/T0 gọi là tần số làm việc của CPU VD: Máy tính dùng bộ xử lý Pentium IV 2GHz Ta có: f0 = 2GHz = 2 x 109Hz  T0 = 1/f0 = 1 / (2 x 109) = 0,5 ns 175 Bộ nhớ máy tính Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:  Thao tác đọc (Read)  Thao tác ghi (Write) Các thành phần chính:  Bộ nhớ trong (Internal Memory)  Bộ nhớ ngoài (External Memory) 176 Các thành phần bộ nhớ máy tính Bộ nhớ Bộ nhớCPU ngoài trong 177 Bộ nhớ trong Chức năng và đặc điểm:  Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp  Tốc độ rất nhanh  Dung lượng không lớn  Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM và RAM Các loại bộ nhớ trong:  Bộ nhớ chính  Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh) 178 Bộ nhớ chính (Main Memory) Là thành phần nhớ tồn tại trên mọi hệ Néi dung §Þa chØ thống máy tính 00101011 0000 Chứa các chương trình và dữ liệu đang 11010101 0001 được CPU sử dụng 00001010 0010 01011000 Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh 0011 11111011 địa ...