Bài giảng Tin học đại cương - Chương 2: Cấu trúc máy tính - Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Nội dung text: Bài giảng Tin học đại cương - Chương 2: Cấu trúc máy tính - Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1. 03/02/2018 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NỘI DUNG 2.1. Giới thiệu 2.2. Chức năng và sơ đồ cấu trúc của máy tính 2.3. Các bộ phận cơ bản của máy tính Chương 2 CẤU TRÚC MÁY TÍNH 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 2 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.1. GIỚI THIỆU Máy tính ENIAC • ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) - Là máy tính điện tử đầu tiên (gọi tắt là máy tính) - Ra đời năm 1946 bởi John Mauchly và John Presper Eckert ở Đại học Pennsylvania - Nặng 30 tấn, kích thước 140m2 - Thực hiện được 5000 phép cộng/giây - Xử lý theo số thập phân - Bộ nhớ chỉlưu trữ dữ liệu - Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 3 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 4 1
2. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.1. GIỚI THIỆU 2.1. GIỚI THIỆU • Máy tính Von Neumann 4 thế hệ máy tính điện tử: - Ra đời năm 1952 tại Học viện Nghiên cứu tiên tiến - Sử dụng đèn điện tử (1943-1956) Princeton - Sử dụng transistor (1957-1965) - Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình được lưu trữ”, xử lý theo số nhị phân - Sử dụng vi mạch tích hợp (1966-1980) - Những nguyên lý của von Neumann đã trở thành mô - Sử dụng siêu vi mạch tích hợp (1981-nay) hình cơ bản của máy tính cho đến nay • Năm 1980, hãng IBM cho ra đời chiếc máy tính cá nhân đầu tiên, sử dụng bộ vi xử lý 8 bit 8085 của Intel 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 5 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 6 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2. CHỨC NĂNG VÀ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC 2.2.1. CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH MÁY TÍNH - Nhận thông tin vào (input) từ người sử dụng hoặc từ 2.2.1. Chức năng của máy tính máy tính khác thông qua các thiết bị vào 2.2.2. Sơ đồ cấu trúc chung của máy tính - Xử lý thông tin đã nhận theo dãy lệnh đã nhớ sẵn bên 2.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy tính trong - Đưa thông tin sau xử lý (output) tới người sử dụng hoặc tới máy tính khác thông qua các thiết bị ra - Lưu trữ thông tin dạng số hóa 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 7 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 8 2
3. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG CỦA MÁY TÍNH 2.2.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG CỦA MÁY TÍNH • Các khối chức năng: Bộ xử lý trung tâm, Bộ nhớ, Hệ thống Bộ xử lý trung tâm (CPU): vào-ra, Liên kết hệ thống • Chức năng - Điều khiển hoạt động của máy tính - Xử lý dữ liệu • Nguyên tắc hoạt động cơ bản: - CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính • Các thành phần chính - Đơn vị điều khiển (Control Unit) - Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit) - Tập các thanh ghi (Registers) 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 9 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 10 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG CỦA MÁY TÍNH 2.2.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG CỦA MÁY TÍNH Bộ nhớ: Hệ thống vào-ra: • Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu • Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính với thế • Các thao tác cơ bản với bộ nhớ: giới bên ngoài • Các thao tác cơ bản: - Đọc (Read) - Vào dữ liệu (Input) - Ghi (Write) - Ra dữ liệu (Output) • Các thành phần chính: • Các thành phần chính: - Bộ nhớ trong (Internal Memory) - Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices) - Bộ nhớ ngoài (External Memory) - Các môđun vào-ra (I/O Modules) 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 11 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 12 3
4. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Hình ảnh một chiếc máy vi tính Hình ảnh bên trong của một chiếc máy vi tính 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 13 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 14 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY TÍNH 2.2.3.1. NGUYÊN LÝ VON NEUMANN • Từ khi ra đời đến nay, các máy tính đều hoạt động • Nguyên lý điều khiển bằng chương trình: máy tính theo những nguyên lý được đề xuất từ năm 1946 bởi hoạt động theo chương trình được lưu trữ sẵn trong bộ nhà khoa học lỗi lạc người Mỹ gốc Hungary John Von nhớ Neumann (1903-1957) Đảm bảo cho máy tính có khả năng tự điều khiển, không cần có sự can thiệp của người sử dụng trong quá trình xử lý thông tin 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 15 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 16 4
5. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2.3.1. NGUYÊN LÝ VON NEUMANN 2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN LỆNH • Nguyên lý truy cập theo địa chỉ: các chương trình, dữ • Để xử lý thông tin tự động, mỗi máy tính cần được cài liệu trước, trong và sau khi xử lý đều được đưa vào bộ đặt sẵn một tập lệnh, thường đặt trong ROM nhớ trong những vùng nhớ được đánh địa chỉ, việc truy • Mỗi lệnh máy là một chuỗi số nhị phân, yêu cầu CPU cập dữ liệu là gián tiếp thông qua địa chỉ của nó trong thực hiện một thao tác đối với các toán hạng. Các lệnh bộ nhớ này phải chỉ ra đầy đủ các thông tin: Đảm bảo tính mềm dẻo trong xử lý thông tin: người - Thao tác cần thực hiện: chuyển dữ liệu, xử lý số học lập trình chỉ cần viết các yêu cầu một cách tổng quát với số nguyên/số dấu phẩy động, xử lý logic, điều khiển theo vị trí các đối tượng mà không cần biết giá trị cụ thể vào-ra, chuyển điều khiển (rẽ nhánh), điều khiển hệ của chúng thống, xử lý các dữ liệu chuyên dụng - Nơi đặt dữ liệu của lệnh và nơi đặt kết quả xử lý: tại bộ nhớ trong hoặc tại các thanh ghi trong CPU 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 17 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 18 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN LỆNH LỆNH • Cấu trúc chung của lệnh máy: • Một chương trình máy tính là một dãy các lệnh. Quá trình thực hiện một chương trình là quá trình thực Mã thao tác Địa chỉ các toán hạng hiện liên tiếp các lệnh • Thanh ghi PC (Program Counter - Bộ đếm chương Ví dụ: Một lệnh cộng trong tập lệnh MIPS32 trình) của bộ vi xử lý dùng để ghi địa chỉ của lệnh sẽ được thực hiện tiếp theo (giá trị khởi tạo của PC là địa chỉ lệnh đầu tiên trong chương trình) • Các lệnh cũng có địa chỉ, là địa chỉ byte đầu tiên của lệnh 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 19 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 20 5
6. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN LỆNH LỆNH • Quá trình thực hiện lệnh: • Quá trình thực hiện lệnh (tiếp): - Nhận lệnh (Fetch Instruction): Bộ điều khiển trong CPU - Nhận dữ liệu (Fetch Data): Nhận dữ liệu từ bộ nhớ gửi nội dung PC vào Bộ giải mã địa chỉ để đọc byte đầu hoặc các cổng vào-ra tiên của lệnh lên thanh ghi lệnh. Nếu không có lệnh - Xử lý dữ liệu (Process Data): Thực hiện phép toán số nhảy, PC sẽ tăng 1 đơn vị để bộ điều khiển chuẩn bị đọc học hay phép toán logic với các dữ liệu byte tiếp theo, nếu có lệnh nhảy PC sẽ được nạp vào địa - Ghi dữ liệu (Write Data): Ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay chỉ lệnh kế tiếp sẽ nhảy đến cổng vào-ra - Giải mã lệnh (Decode Instruction): Bộ điều khiển căn cứ vào mã lệnh để biết lệnh dài bao nhiêu byte nhằm đọc nốt các thông tin địa chỉ của lệnh và hoàn thành việc đọc lệnh, PC tiếp tục tăng theo số lượng byte đã đọc vào 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 21 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 22 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.1. Bộ xử lý trung tâm • Bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) hay Bộ vi xử lý (microprocessor, processor) 2.3.2. Bộ nhớ - Là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được 2.3.3. Thiết bị vào-ra thiết lập trước, dạng mạch tích hợp phức tạp gồm 2.3.4. Liên kết hệ thống hàng triệu transistor trên một bảng mạch nhỏ - Là thành phần quan trọng nhất, được xem như bộ não, và thường là đắt nhất của một máy tính - Hai nhà sản xuất CPU lớn nhất hiện nay: Intel và AMD (Advanced Micro Devices) 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 23 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 24 6
7. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM • Những chức năng của bộ xử lý trung tâm: - Nhận lệnh, giải mã lệnh, và điều khiển các khối khác thực hiện lệnh - Thực hiện các phép tính số học, logic và các phép tính khác - Sinh ra các tín hiệu địa chỉ để truy nhập bộ nhớ Một số bộ xử lý trung tâm 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 25 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 26 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM • Các thành phần của bộ xử lý trung tâm: - Khối điều khiển (CU - Control Unit): có chức năng điều khiển sự hoạt động của máy tính theo chương trình định sẵn - Khối số học và logic (ALU - Arithmetic and Logic Unit): gồm các mạch chức năng để thực hiện các phép toán cơ sở như phép toán số học, phép toán logic, phép tạo mã, - Các thanh ghi (Registers): được dùng như những bộ nhớ nhanh, có thể tương tác trực tiếp với các mạch xử lý của CPU; gồm các thanh ghi ghi địa chỉ lệnh sắp thực hiện, thanh ghi ghi lệnh đang thực hiện, thanh ghi ghi dữ liệu, thanh ghi ghi kết quả xử lý, 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 27 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 28 7
8. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM • Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ vi xử lý: trung tâm (tiếp): • Tốc độ đồng hồ - Đồng hồ trong bộ vi xử lý (clock): là thiết bị thiết lập • Tốc độ bus bước thực hiện lệnh; mạch xung nhịp đồng hồ dùng • Kích thước từ nhớ để đồng bộ các thao tác xử lý trong và ngoài CPU • Dung lượng cache theo các khoảng thời gian không đổi. Khoảng thời • Tập lệnh gian chờ giữa hai xung gọi là chu kỳ xung nhịp. Xung • Số lượng lõi nhịp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn thời gian • Các kỹ thuật xử lý gọi là tốc độ xung nhịp – tốc độ đồng hồ tính bằng triệu/tỷ đơn vị mỗi giây (MHz/GHz) 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 29 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 30 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM • Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý trung tâm (tiếp): • Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý trung tâm (tiếp): - Bộ vi xử lý nhiều lõi (multi-core processor): gồm nhiều hơn một đơn vị xử lý, có hiệu năng xử lý nhanh hơn. Ví - Dung lượng Cache: CPU cache là bộ nhớ đệm tốc độ dụ: bộ vi xử lý i5-520M 2.4 GHz có 2 lõi, hiệu năng rất cao, cho phép bộ vi xử lý truy cập dữ liệu nhanh tương đương 4.8 GHz; bộ vi xử lý i7-720QM 1.6 GHz có hơn từ bộ nhớ RAM; dung lượng cache lớn làm tăng 4 lõi, hiệu năng tương đương 6.4 GHz hiệu năng của máy tính; cache L1 (mức 1) có tốc độ - Tốc độ Bus: Bus là đường truyền dữ liệu đến và ra khỏi nhanh nhất; cache L2, L3 có tốc độ chậm hơn nhưng bộ vi xử lý; bus tốc độ cao giúp chuyển dữ liệu nhanh, vẫn nhanh hơn tốc độ truy nhập bộ nhớ chính (RAM) cho phép CPU hoạt động với công suất lớn nhất; tốc độ hay các đĩa; dung lượng cache thường được đo bằng bus được đo bằng megahertz (một triệu chu kỳ/giây); các megabytes (MB) máy tính ngày nay có tốc độ bus từ 1000-1600 MHz 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 31 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 32 8
9. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM • Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý • Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý trung tâm (tiếp): trung tâm (tiếp): - Tập lệnh: Bộ VXL có tập lệnh phức tạp sử dụng công - Kích thước từ nhớ: là số bit mà bộ vi xử lý có thể xử nghệ CISC (complex instruction set computer); bộ lý được mỗi lần, ví dụ, bộ vi xử lý 64-bit có các thanh VXL có tập lệnh rút gọn gồm các lệnh đơn giản sử ghi 64-bit và xử lý mỗi lần 64 bit; kích thước từ nhớ dụng công nghệ RISC (reduced instruction set computer); bộ VXL RISC thực hiện hầu hết các lệnh lớn giúp cho bộ vi xử lý có khả năng xử lý nhiều dữ nhanh hơn so với bộ VXL CISC nhưng nó có thể cần liệu hơn trong mỗi chu kỳ làm tăng hiệu năng của nhiều lệnh đơn giản để hoàn thành một tác vụ so với bộ máy tính; các máy tính cá nhân hiện nay thường có VXL CISC; đa số bộ VXL trong các máy tính cá nhân bộ vi xử lý 32-bit hoặc 64-bit hiện nay sử dụng công nghệ CISC, các bộ VXL trong các thiết bị cầm tay như iPod, Droid, BlackBerry thường là ARM (advanced RISC machine) 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 33 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 34 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.2. BỘ NHỚ • Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý trung tâm (tiếp): Dung lượng tăng dần, tốc độ giảm dần, giá thành/1 bit giảm dần - Các kỹ thuật xử lý lệnh của CPU: + Serial processing (xử lý tuần tự): bộ VXL phải hoàn thành tất cả các bước của chu kỳ lệnh trước khi bắt đầu thực hiện lệnh kế tiếp + Pipelining (kỹ thuật đường ống lệnh): bộ VXL có thể bắt đầu thực hiện một lệnh trước khi nó hoàn thành lệnh trước đó + Parallel processing (xử lý song song): bộ VXL có thể thực hiện nhiều lệnh cùng một lúc Sơ đồ hệ thống nhớ 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 35 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 36 9
10. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG • Khái niệm: • Cấu tạo của bộ nhớ trong: - Là bộ nhớ có thời gian truy cập nhỏ, được dùng để - Bộ nhớ trong được cấu tạo từ các phần tử vật lý có 2 nạp hệ điều hành, ghi chương trình và dữ liệu trong trạng thái đối lập: một trạng thái dùng để thể hiện bit thời gian xử lý 0, trạng thái kia thể hiện bit 1 - Gồm các mức bộ nhớ mà CPU có thể truy cập trực - Có nhiều kỹ thuật chế tạo các phần tử có 2 trạng thái tiếp như dùng từ tính, dùng mạch bán dẫn; hiện nay, người - Bộ nhớ trong gồm các loại: Cache, RAM và ROM ta dùng các bộ nhớ bán dẫn là các mạch bán dẫn điều - Bộ nhớ Cache và RAM là các bộ nhớ có thể đọc và khiển được có 2 trạng thái đóng/mở để thể hiện các ghi dữ liệu, bị mất thông tin khi mất nguồn nuôi bit; các bộ nhớ bán dẫn mới có thể được chế tạo là các - ROM là bộ nhớ chỉ cho phép đọc, dữ liệu không bị vi mạch tích hợp (vài cm2) có dung lượng vài gigabyte xóa khi mất nguồn (GB) 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 37 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 38 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG • Tổ chức của bộ nhớ trong: • Tổ chức của bộ nhớ trong: (tiếp) - Tổ chức như một dãy liên tiếp các byte nhớ được - Mỗi byte nhớ có 2 đặc trưng: đánh số thứ tự 0, 1, 2, là địa chỉ của byte nhớ. Mỗi + Địa chỉ: là thứ tự của vị trí byte nhớ trong byte gồm 8 bit, mỗi bit được thiết lập bằng 0 hoặc 1 Bộ nhớ trong; địa chỉ của mỗi byte nhớ là cố định - Byte là đơn vị thông tin thuận lợi cho xử lý dữ liệu vì + Nội dung: là giá trị số dạng mã nhị phân, nó có thể chứa vừa đủ một ký tự mã hóa theo bảng được lưu trữ bằng các trạng thái vật lý 8 mã ASCII hay một số nguyên nhỏ hơn 256 (= 2 -1). trong byte nhớ; nội dung byte nhớ có thể Để thể hiện các dữ liệu dài hơn như một ký tự mã hóa thay đổi theo bảng mã Unicode cần 2 byte, một số nguyên lớn - Việc truy cập tới dữ liệu trong từng byte hơn cần 2 hoặc 4 byte, một số thực cần 4, 6, 8 hoặc nhớ không phụ thuộc vào các byte nhớ 10 byte liền nhau khác (do mỗi byte nhớ có một địa chỉ riêng) 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 39 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 40 10
11. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG • Đọc/ghi với bộ nhớ trong: • Bộ nhớ cache: - Quá trình đọc thông tin từ bộ nhớ trong: - Là bộ nhớ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính (RAM) + CPU gửi địa chỉ của vùng nhớ thông qua bus địa - Có tốc độ rất cao, cho phép CPU truy cập dữ liệu chỉ tới một mạch gọi là bộ giải mã địa chỉ nhanh hơn từ bộ nhớ chính + CPU gửi một tín hiệu điều khiển qua bus điều khiển - Cache thường được đặt trên chip của CPU tới kích hoạt bộ giải mã địa chỉ - Khi CPU cần đọc dữ liệu, nó tìm dữ liệu trong cache trước, nếu không thấy thì mới tìm trong bộ nhớ chính + Bộ giải mã địa chỉ mở mạch điện thực hiện chức rồi đưa dữ liệu đó vào cache để tăng tốc độ xử lý dữ năng sao chép dữ liệu trong vùng nhớ đưa ra bus dữ liệu trong các lệnh kế tiếp liệu, CPU ghi nhận dữ liệu vào các thanh ghi - Cache được làm từ RAM tĩnh (SRAM, Static RAM): - Quá trình ghi xảy ra theo chiều ngược lại, dữ liệu đi các bit được lưu trữ bằng các Flip-Flop, có cấu trúc từ CPU đến bộ nhớ phức tạp và giá thành cao 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 41 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 42 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG • RAM (Random Access Memory): - Là cách gọi tắt của loại RAM động phổ biến hiện nay (DRAM, Dynamic RAM): có cấu trúc đơn giản, tốc độ chậm hơn và giá thành thấp hơn SRAM - Các bit được lưu trữ trên tụ điện; khi tụ điện được tích điện, nó biểu diễn bit 1; ngược lại, khi tụ điện xả hết sẽ biểu diễn bit 0 - Được dùng để nạp vào hệ điều hành khi khởi động máy tính, để chứa các lệnh của chương trình ứng Cache đệm giữa CPU và Bộ nhớ chính dụng, để lưu trữ dữ liệu tạm thời chờ được CPU đọc hoặc ghi RAM là “phòng đợi” cho CPU 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 43 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 44 11
12. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG RAM (Random Access Memory) (tiếp): • RAM (Random Access Memory) (tiếp): - Các máy tính cá nhân ngày nay thường có 2-8 GB RAM; lượng RAM mà máy tính cần phụ thuộc vào phần mềm sử dụng, dung lượng RAM yêu cầu thường được ghi trên nhãn của các gói phần mềm. Ví dụ: cài hệ điều hành Windows 7 nên có ít nhất 1GB RAM, các ứng dụng/trò chơi đồ họa, video cần tối thiểu 2GB RAM, - Đa số các máy tính cá nhân ngày nay sử dụng SDRAM DDR3-SDRAM - SDRAM được phân lớp tiếp thành DDR, DDR2, DDR3 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 45 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 46 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG 2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG • ROM (Read Only Memory): • ROM (Read Only Memory) (tiếp): - ROM là loại bộ nhớ có nội dung cố định, chỉ cho phép người dùng/máy tính đọc dữ liệu nhưng không cho phép ghi vào - Dữ liệu thường được ghi vào ROM trong lúc chế tạo, là tập các lệnh cốt lõi để khởi động máy tính như cách truy cập đĩa cứng, tìm hệ điều hành, và nạp vào RAM; tập lệnh này được gọi là BIOS (Basic Input/Output System) 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 47 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 48 12
13. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.2. BỘ NHỚ NGOÀI 2.3.2.2. BỘ NHỚ NGOÀI • Khái niệm: • Đặc điểm cơ bản của bộ nhớ ngoài: - Bộ nhớ ngoài (storage devices): gồm các loại bộ nhớ - Thông tin không được định vị bằng địa chỉ giống như mà CPU không thể truy cập trực tiếp, thông tin lưu trữ bộ nhớ trong mà được tổ chức theo từng khối logic gọi không bị xóa khi mất nguồn, có dung lượng lớn hơn bộ là tệp (file) nhớ trong nhưng tốc độ truy cập thấp hơn - CPU không thể làm việc trực tiếp với dữ liệu ở bộ nhớ - Bộ nhớ ngoài gồm các loại đĩa từ tính (đĩa cứng từ, đĩa ngoài mềm), đĩa quang (CD/DVD/Bluray), bộ nhớ flash (các - Trước khi sử dụng, dữ liệu ở các file được chuyển dần loại thẻ nhớ, thanh nhớ usb, ổ cứng thể rắn), vào bộ nhớtrong để CPU có thể xử lý 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 49 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 50 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.2. BỘ NHỚ NGOÀI 2.3.2.2. BỘ NHỚ NGOÀI • Một số hình ảnh bộ nhớ ngoài: • Đặc điểm cơ bản của bộ nhớ ngoài (tiếp): - Dữ liệu không được ghi theo dạng số 0/1 theo nghĩa đen. Thay vào đó, các bit 0 và 1 phải được chuyển thành dạng nào đó thể hiện được trên bề mặt của các phương tiện lưu trữ - Có 3 công nghệ được dùng để chế tạo bộ nhớ ngoài là: từ tính, quang, thể rắn 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 51 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 52 13
14. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA • Thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices) hay thiết bị • Các thiết bị vào/ra cơ sở: vào/ra (I/O - Input/Output devices), có chức năng: - Thiết bị vào: trao đổi dữ liệu/thông tin giữa máy tính và môi trường bên ngoài - Bàn phím (keyboard) - Chuột (mouse) - Vào: chuyển dữ liệu từ bên ngoài vào bộ nhớ trong - Thiết bị ra: - Ra: chuyển thông tin từ bộ nhớ trong ra môi trường - Màn hình (display hoặc monitor) bên ngoài • Một số thiết bị vừa là thiết bị vào vừa là thiết bị ra: • Hệ thống vào/ra bao gồm màn hình cảm ứng, modem, ổ đọc và ghi đĩa, - Thiết bị ngoại vi - Ghép nối vào/ra (các cổng vào/ra, ) 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 53 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 54 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA • Bàn phím (keyboard) • Bàn phím (keyboard) (tiếp): - Dùng để đưa vào máy tính các lệnh điều khiển, dữ liệu - Thiết kế giao diện tương tự như các máy đánh chữ, có ưu điểm là tránh sự mắc kẹt cơ khí của các phím (giao diện QWERTY) - Khi ta ấn một phím, tín hiệu được truyền cho máy tính thông qua bộ lập mã, tương ứng với ký tự của phím 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 55 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 56 14
15. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA • Bàn phím (keyboard) (tiếp): • Chuột (mouse): - Bàn phím có khoảng 104 phím, được chia thành 4 - Là thiết bị chỉ định điểm làm việc trên màn hình phổ nhóm: biến nhất + Nhóm phím chữ: gồm các phím chữ cái, chữ số, các - Hoạt động theo nguyên lý phát hiện chuyển động dấu theo hai hướng so với bề mặt bên dưới + Nhóm phím chức năng: để thực hiện nhanh một số - Chuyển động của chuột trên bề mặt được phiên dịch yêu cầu nào đó như: F1, F2, , F12 thành chuyển động của một con trỏ trên màn hình + Nhóm phím điều khiển: xác định một số chức năng giao diện đồ họa đặc biệt như Esc (Escape), Caps Lock, Shift, Ctrl - Dạng phổ biến nhất của chuột là gồm 2 nút bấm và 1 (Control), Alt (Alternate), Insert, nút cuộn; nút trái dùng cho thao tác lựa chọn, đặt vị + Nhóm phím điều khiển con trỏ màn hình: gồm các trí của con trỏ màn hình; nút phải để hiện menu ngữ phím mũi tên lên, xuống, trái, phải, Home, End, Page cảnh gồm các lệnh có thể thực hiện với đối tượng tại Up, Page Down, vị trí con trỏ 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 57 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 58 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA • Chuột (mouse) (tiếp): • Chuột (mouse) (tiếp): - Chuột quang: - Chuột bi: - Chụp ảnh liên tiếp bề mặt bên - Sử dụng cơ chế cơ học: dưới chuột, so sánh để phát một viên bi hình cầu được hiện ra sự chuyển dịch đặt ở dưới chuột, khi chuột di chuyển sẽ truyền - Thường dùng đi-ốt phát quang chuyển động vào 2 trụ đặt hoặc phát laze hồng ngoại để vuông góc được gắn với chiếu sáng bề mặt bên dưới thiết bị đếm xung để tính - Ưu điểm: độ phân giải cao hơn vị trí dịch chuyển của con nên cho kết quả chính xác hơn, trỏ màn hình hoạt động tốt trên nhiều loại bề - Nhược điểm: dễ bị kẹt do mặt khác nhau bẩn • Chuột cảm ứng 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 59 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 60 15
16. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA • Màn hình (display hoặc monitor): • Màn hình (display hoặc monitor) - Là thiết bị hiển thị chữ hay ảnh bằng cách tạo ra lưới (tiếp): các điểm ảnh (pixel) rất nhỏ có màu sắc khác nhau - 2 loại màn hình phổ biến: - Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh: + CRT: sử dụng đèn tia âm cực (đèn + Kích thước màn hình CRT) – loại đèn dùng cho tivi, + Khoảng cách giữa các điểm ảnh (dot pitch) + Độ rộng góc nhìn loại màn hình này nặng, có độ + Tốc độ đáp ứng dầy lớn, chiếm nhiều diện tích + Độ sâu màu sắc + LCD: loại màn hình mỏng, nhẹ, + Độ phân giải dùng công nghệ tinh thể lỏng (LCD – liquid crystal display) hoặc plasma 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 61 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 62 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA • Máy in (printer): • Máy in (printer) (tiếp): - Máy in là thiết bị cho phép in chữ hay ảnh ra giấy. Có - Máy in laze (laser printer): là loại máy in dùng kỹ ba loại: thuật laze; cho chất lượng ảnh rất cao, tốn ít mực hơn nên được dùng rất rộng rãi + Máy in kim (dot matrix printer): là loại ra đời đầu tiên, hiện vẫn khá phổ biến ở các quầy thanh toán và trong các ngân hàng + Máy in phun (ink jet printer): tạo các điểm trên giấy bằng cách phun tia mực siêu nhỏ; cho chất lượng bản in tốt, nhưng tốn nhiều mực, giá hộp mực khá cao 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 63 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 64 16
17. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA 2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA • Một số thiết bị vào/ra khác: - Máy quét ảnh (scaner): nhập dữ liệu bằng cách quét hình ảnh - Thiết bị quay số (điện thoại): Scaner Barcode Reader + Modem (Modulation-Demodulation) - Các thiết bị mạng: + Network Inteface Card (NIC) + Wireless Adapter - Bút điện tử (light pen) Modem - Máy ảnh số, quay phim số (digital camera) - Optical Charater Reader (OCR): nhận dạng chữ - Barcode Reader: đọc mã vạch Camera Light pen NIC 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 65 08/02/2017 Chương 2: Cấu trúc máy tính 66 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.4. LIÊN KẾT HỆ THỐNG Các thành phần kết nối hệ thống trên bo mạch chủ • Các thiết bị máy tính được liên kết với nhau thông qua các đường bus, các khe cắm mở rộng, hoặc các loại cổng kết nối; các thành phần này thường được thiết kế trên một bo mạch chủ 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 67 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 68 17
18. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.4. LIÊN KẾT HỆ THỐNG 2.3.4. LIÊN KẾT HỆ THỐNG • Bus: • Các khe cắm mở rộng (expansion slot) được dùng để - Là các tuyến đường để thông tin (dữ liệu, lệnh, địa chỉ) cắm các loại card điều khiển thiết bị vào-ra như card “chạy” trên đó đồ họa, card âm thanh, modem - Gồm những đường mạch trên bo mạch chủ (ví dụ: nối • Các cổng (port) dùng để kết nối máy tính với các thiết giữa CPU và RAM) hoặc các loại cáp mở rộng (ví dụ: bị vào-ra, gồm nhiều loại: cáp nối ổ đĩa cứng với bo mạch chủ) - PS/2 kết nối chuột và bàn phím - VGA kết nối màn hình - LPT kết nối máy in - RJ45 kết nối modem - USB kết nối nhiều thiết bị giao tiếp qua chuẩn USB - Các cổng âm thanh - Cổng đọc thẻ nhớ - 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 69 08/02/2017Chương 2: Cấu trúc máy tính 70 18