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

Chia sẻ: ảnh ảo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

Kiến trúc máy tính Chƣơng 3 HỆ THỐNG MÁY TÍNH 167
Nội dung chƣơng 3 3.1. Cấu trúc và hoạt động cơ bản của máy tính 3.2. Bộ xử lý trung tâm 3.3. Bộ nhớ máy tính 3.4. Hệ thống vào ra 3.5. 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 chƣơng trình nằm trong bộ nhớ chính, bằng cách:  Nhận lần lƣợt 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 CPU Đơn 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 chƣơng 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): lƣu 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 đƣợc 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 đƣợc 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: lƣu trữ chƣơng 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 nhớ CPU 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 lƣợng 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 chƣơng trình và dữ liệu đang 11010101 0001 đƣợc CPU sử dụng 00001010 0010 01011000  Tổ chức thành các ngăn nhớ đƣợc đánh 0011 11111011 địa chỉ 00001000 0100 0101  Ngăn nhớ thƣờng đƣợc tổ chức theo Byte 11101010 0110  Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, 00000000 0111 song địa chỉ vật lý của ngăn nhớ luôn cố 10011101 1000 định 00101010 1001 11101011 1010  Thông thƣờng, bộ nhớ chính bao gồm 2 00000010 1011 phần: 00101011 1100  Bộ nhớ RAM 00101011 1101  Bộ nhớ ROM 11111111 1110 10101010 1111 179
Bộ nhớ đệm nhanh (Cache memory)  Là thành phần nhớ tốc độ nhanh đƣợc đặt đệm giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ truy cập bộ nhớ của CPU.  Tốc độ của cache nhanh hơn bộ nhớ chính nhƣng dung lƣợng nhỏ hơn.  Cache thƣờng đƣợc chia ra thành một số mức: cache L1, cache L2, ...  Hiện nay cache đƣợc tích hợp trên các chip vi xử lý.  Cache có thể có hoặc không. 180
Bộ nhớ ngoài  Chức năng và đặc điểm:  Lƣu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính, bao gồm: hệ điều hành, các chƣơng trình và các dữ liệu  Bộ nhớ ngoài đƣợc kết nối với hệ thống dƣới dạng các thiết bị vào-ra  Dung lƣợng lớn  Tốc độ chậm  Các loại bộ nhớ ngoài:  Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩa mềm  Bộ nhớ quang: đĩa CD, DVD  Bộ nhớ bán dẫn: Flash disk, memory card 181
Hệ thống vào-ra (Input-Output)  Chức năng: Trao đổi thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài.  Các thao tác cơ bản:  Vào dữ liệu (Input)  Ra dữ liệu (Output)  Các thành phần chính:  Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices)  Các mô-đun nối ghép vào-ra (IO Modules) 182
Cấu trúc cơ bản của hệ thống vào-ra Cæng ThiÕt bÞ vµo- ngo¹i vi ra Cæng ThiÕt bÞ nèi ghÐp vµo- ngo¹i vi víi CPU ra vµ M«-®un bé nhí vµo-ra chÝnh Cæng ThiÕt bÞ vµo- ngo¹i vi ra 183
Các thiết bị ngoại vi  Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính  Các loại thiết bị ngoại vi cơ bản:  Thiết bị vào: bàn phím, chuột, máy quét ...  Thiết bị ra: màn hình, máy in ...  Thiết bị nhớ: các ổ đĩa ...  Thiết bị truyền thông: modem ... 184
Mô-đun vào-ra  Chức năng: nối ghép thiết bị ngoại vi với máy tính  Khái niệm cổng vào-ra:  Trong mỗi mô-đun vào-ra có một hoặc một vài cổng vào- ra (I/O Port).  Mỗi cổng vào-ra cũng đƣợc đánh một địa chỉ xác định.  Thiết bị ngoại vi đƣợc kết nối và trao đổi dữ liệu với bên trong máy tính thông qua các cổng vào-ra. 185
Liên kết hệ thống  Luồng thông tin trong máy tính  Cấu trúc bus cơ bản  Phân cấp bus trong máy tính 186