Giáo trình Kiến trúc máy tính và quản lý hệ thống máy tính: Phần 2 - Trường ĐH Thái Bình

Giáo trình Kiến trúc máy tính và quản lý hệ thống máy tính phần 2 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: liên kết các thành phần chức năng bus; kiến trúc bộ nhớ; thiết bị ngoại vi của máy tính; bo mạch chủ; lắp ráp một máy tính cá nhân;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kiến trúc máy tính và quản lý hệ thống máy tính: Phần 2 - Trường ĐH Thái Bình Khoa CNTT - ắrường Đại học ắhái Bình Giáo trình KắMắ & QLHắMắ CH NGăVI. KI NăTRÚCăB ăNH 1. Bộ nhớ trong của máy tính Bộ nhớ đ ợc sử dụng để l u giữ mư lệnh của ch ơng trình vàădữ liệuăcần xử lý. Bộ nhớăđ ợc ghép nối trực tiếp với CPU qua BUS hệăthống vàălàănơi đầu tiên CPU truy xuất tới để lấyăthông tin khi kh i động hệ thống. Yêuăcầu đ t ra cho bộ nhớ là ph i cho phép truy xuất với tốc độ cao để đáp ứng k p th i các đòi hỏi của CPU. Chỉ có bộ nhớăbán dẫn mới đáp ứng đ ợc yêuăcầu cao vềătốc độ truy xuất cao (hàng trĕm đến hàng chục nsec). Bộ nhớă bán dẫn đ ợc chia ra hai lo i: Bộ nhớă chỉ đ c ROM ( Read Only Memory) và bộ nhớăătruy xuất ngẫu nhiên RAM (Random Access Memory). 1.1. Ph năt nh ,ăvi m ch nh ,ăt nh ăvƠ dung l ng b nh Phần tử nhớ Phần tửă nhớ thông th ng là một m ch điện có thể ghi l i và l u giữă một trong hai giá tr của một biến nh phân, ho c “0” ho c “1”, t ơng ứng với không có điện áp ho c có điện áp, đ ợc g i là bit. Trên m ch điện d ới đây (Hình V.1), trên dây D1 sẽ không có điện áp (do công tắc m ), trong khi dây D2 có điện áp (vì công tắc đóng, hay thông qua diode mắc theo chiều thuận), gần bằngăgiáătr ngu n nuôi Vcc, t ơng ứng với bit D1 = “0” và bit D2 = “1”. Hình VI.1 Mô phỏng phần tử nhớ M ch flip-flop RS (còn g i làătriger RS) đ ng bộ là một m ch có kh ănĕng l u giữ các giá tr “0” ho c “1” lối ra. Có thể dùng RS flip-flop làmămột m ch l u giữă tín hiệu vào R bằng cách chốt dữ liệu đó l i t i đầu ra Q (hình VI.2a). Các hưng chế t o thực hiện m ch nàyăbằng công nghệ cao, nên kích th ớc vô cùng nhỏ, có thể có 119 Khoa CNTT - ắrường Đại học ắhái Bình Giáo trình KắMắ & QLHắMắ hàng nhiều triệu phần tử nhớ trên một diện tích 1mm2. Các vi m ch nhớ thông th ng đ ợc chế t o với độ dài từănhớ và số l ợng từănhớ cốăđ nh. Số bit nhớ được liên kết tại một vị trí nhớ (có cùng địa chỉ) trong một chip nhớ đ ợc g i là từ nhớ của chip nhớ,ăth ng đ ợc ch n làă1, 4, ho c 8bit. Để t o đ ợc một từ nhớ c a bộ nhớ, tức là từ nhớ cóăđộădài (sốăbit trong một từ) chuẩn (theo chuẩn IBM là 8 bits), trong một sốă tr ng hợp nhất đ nh cần ph i tiến hành ghép cácă chip nhớă l i với nhau. Hình VI.2 a), b) và c) cho ta khái niệmă về kh nĕng t o một từ nhớ cơă b n (byte) khi từ nhớ của chip nhớ là 1bit, 2bits và 4 bits. Trong tr ng hợp độ dài từ nhớăcủa chip nhớ làă8 bits, việcăliên kết làăkhông cần thiết. Hình VI.2. a) Mạch Flip-flop RS như một phần tử nhớ giá trị nhị phân b)Chip nhớ RAM và chip nhớ ROM 120 Khoa CNTT - ắrường Đại học ắhái Bình Giáo trình KắMắ & QLHắMắ Do u điểmăt ơng thích tuyệt đối về kích th ớc, tiêu thụ nĕng l ợng thấpă và mức logic, đ c biệt là tốc độ truy nhập, nên bộ nhớ bán dẫn đ ợc sửădụng làm bộ nhớ chính (Main Memory) trong các hệ Vi xử lý cũng nh ătrong các máyătính PC, nhiều khi đ ợc ghép nối ngay trong bo m ch chính, ho c đ ợc thiết kế nh những vỉ nhỏ cắmăvào khe cắmăriêng trên bo m chăchính. Nh những tiến bộ v ợt bậc của công nghệ vi m ch, đ c biệtălà công nghệ cao (High Technology) các chip nhớ đ ợc chế t o ngàyă càng nhỏ và cóă dung l ợng t ơng đối lớn, tốc độ truy nhập rất cao và giá thành thấp. Hiện đư có các chip nhớ có dung l ợng hàng trĕm triệu từ nhớ, đ ợc cấu thành từă hàng chụcă tỷ transistor trên một một cấu trúcăcỡă1mm2. Bộ nhớ trong của một hệăVi xử lý g m hai lo i chính: Bộ nhớ ROM – là bộ nhớ chỉ đ c (Read Only Memory), thông th ng chứaăcác ch ơng trình giám sát (monitoring) các ho t động chức nĕng của hệ Vi xửălý: ch ơng trình thiết lập hệ thống, ch ơng trình vào/ra dữ liệu, qu n lý vàăphân phát bộ nhớ, qu n lýăcác thiết b vào/ra v.v…Đối với máy tính PC, đó là ch ơng trình hệă thống vào/ra cơă s (BIOS – Basic Input Output System). Đ c điểmă cơ b n nhất của bộ nhớ này là sựă b o toàn dữă liệu khi không cóă ngu n nuôi. Bộăănhớă RAM – là bộăănhớ ghi/đ c tuỳ tiện (ngẫu nhiên) (Random Access Memory). Vì có kh nĕng ghi/đ c tuỳă theo ng i dùng, nên bộ nhớ này đ ợc sửădụng để chứa dữă liệu, các ch ơng trình ứng dụng nhất th i của ng i dùng v.v… Trong máyătính PC, bộ nhớănày là nơi ch ơng trình hệ điều hành đ ợc n p khi kh i động máy, hay nơi chứa các ch ơng trình ứng dụng lúc nó đ ợc thực thi. Bộănhớănày b mất dữ liệu khi b mất ngu n nuôi. Trong các hệ Vi xử lý đơn gi n, hai bộ nhớ này th ng đ ợc thiết kếăvà lắp ráp từăcác chip nhớ riêng biệt thành một vỉ nhớ. Đ a chỉ đ ợc giải mã cho từng chip nhớ nh khối gi i mư, thông th ng là một vi m ch gi i mưăhay đ ợc xây dựng từ các m ch t hợp logic. Các tín hiệu điều khiển việc ghi/đ c bộ nhớ do CPU cung cấp. M ch triger RS đ ng bộ làămột m ch cóăkh nĕng l u giữ cácăgiáătr “0” ho c “1” lối ra. Có thể dùng RS flip-flop làmă một m ch l u giữ tín hiệu vào R bằng cách chốt dữ liệu đó l i t i đầu ra Q (hình VI.2) Bộă nhớă đ ợcă xâyă dựngă từă cácă chipă nhớ.ă Cácă chipă nhớă RAMă (SRAM ho că DRAM)ăth ngăcóăcácătừănhớăcóăđộădàiă1ăbit,ă4ăbitsăho că8ăbits.ăTừăcác chípănhớălo i nàyăcóăthểăxâyădựngăđ ợcăbộănhớăvớiămỗiăôănhớăchứaăđ ợcăbyteădữăliệuă(8ăbits). 121 Khoa CNTT - ắrường Đại học ắhái Bình Giáo trình KắMắ & QLHắMắ 1.2. Xơy d ng b ănh ăv i các chip SRAM Gi sử cần xâyă dựng một bộ nhớ kích th ớc 16Kbyte trên cơ s ă cácă chíp SRAM lo i 16Kx1bit. Bĕng nhớ SRAM 16Kbyte đ ợc xâyădựng trên cơ s 8 chip SRAM lo i 16K x 1bit, để có đ ợcăô nhớ có độ dài 8 bits (từ nhớ cơăb n). Để làmăđ ợc điều này ng i ta sắp đ t 8 chip SRAM lo i 16K x 1bit sao cho mỗi chip t i một v trí xác đ nh sẽ đ m nhiệm l u trữ bit dữ liệu có tr ng sốăt ơng ứng trong byteădữă liệu. ...