Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 1
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 1
NKK-HUT
Kiến trúc máy tính
Chương 2
HỆTHỐNG MÁY TÍNH
Nguyễn Kim Khánh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 2
NKK-HUT
Nội dung giáo trình
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 2. Hệthống máy tính
Chương 3. Sốhọc máy tính
Chương 4. Bộxử lý trung tâm
Chương 5. Bộnhớmáy tính
Chương 6. Hệthống vào-ra
Chương 7. Kiến trúc máy tính tiên tiến
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 3
NKK-HUT
2.1. Các thành phần của máy tính
2.2. Hoạt động của máy tính
2.3. Liên kết hệthống
Nội dung của chương 2
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 4
NKK-HUT
2.1. Các thành phần của máy tính
Bộxửlý trung tâm (Central Processing Unit)
Bộnhớ(Memory)
Hệthống vào ra (Input/Output System)
Liên kết hệthống (System Interconnection)
Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 2
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 5
NKK-HUT
Chức năng:
điều khiển hoạt động của máy tính
xửlý dữliệu
Nguyên tắc hoạt động cơ bản:
CPU hoạt động theo chương trình nằm trong
bộnhớchính.
1. Bộxửlý trung tâm (CPU)
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 6
NKK-HUT
Cấu trúc cơ bản của CPU
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 7
NKK-HUT
Đơn vị điều khiển(Control Unit - CU): điều
khiển hoạt động của máy tính theo chương trình
đã định sẵn.
Đơn vịsốhọc và logic (Arithmetic and Logic
Unit - ALU): thực hiện các phép toán sốhọc và
phép toán logic.
Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữcác
thông tin tạm thời phục vụcho hoạt động của
CPU.
Đơn vịnối ghép bus (Bus Interface Unit -BIU)
kết nối và trao đổi thông tin giữa bus bên trong
(internal bus) và bus bên ngoài (external bus).
Các thành phần cơ bản của CPU
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 8
NKK-HUT
Tốc độ của bộxửlý
Tốc độ của bộxửlý:
Sốlệnh được thực hiện trong 1 giây
MIPS (Million of Instructions per Second)
Khó đánh giá chính xác
Tần sốxung nhịp của bộxửlý:
Bộxửlý hoạt động theo một xung nhịp
(Clock) có tần sốxác định
Tốc độ của bộxử lý được đánh giá gián
tiếp thông qua tần sốcủa xung nhịp
Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 3
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 9
NKK-HUT
Tốc độ bộxửlý (tiếp)
T0: chu kỳxung nhịp
Tần sốxung nhịp: f0= 1/T0
Mỗi thao tác của bộxửlý cần kT0
T0 càng nhỏÆbộxửlý chạy càng nhanh
Ví dụ: Máy tính dùng bộxửlý 2GHz
Ta có f0= 2GHz = 2x109Hz
ÆT0= 1/f0= 1/(2x109) = 0,5 ns.
Dạng xung nhịp
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 10
NKK-HUT
2. Bộnhớmáy tính
Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ
liệu.
Các thao tác cơ bản với bộnhớ:
Thao tác ghi (Write)
Thao tác đọc (Read)
Các thành phần chính:
Bộnhớtrong (Internal Memory)
Bộnhớngoài (External Memory)
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 11
NKK-HUT
Các thành phần của bộnhớmáy tính
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 12
NKK-HUT
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
Sửdụng bộnhớbán dẫn: ROM và RAM
Các loại bộnhớtrong:
Bộnhớchính
Bộnhớcache (bộnhớ đệm)
Bộnhớtrong
Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 4
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 13
NKK-HUT
Bộnhớchính (Main Memory)
Chứa các chương trình và dữ
liệu đang được CPU sửdụng.
Tổchức thành các ngăn nhớ
được đánh địa chỉ.
Ngăn nhớ thường được tổ
chức theo byte.
Nội dung của ngăn nhớcó thể
thay đổi, song địa chỉvật lý
của ngăn nhớluôn cố định.
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 14
NKK-HUT
Bộnhớcache
Bộnhớcó tốc độ nhanh được đặt đệm
giữa CPU và bộnhớchính nhằm tăng
tốc độ CPU truy cập bộnhớ
Dung lượng nhỏ hơn bộnhớchính
Tốc độ nhanh hơn
Cache thường được chia thành một số
mức
Cache có thể được tích hợp trên chip vi
xửlý.
Cache có thểcó hoặc không
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 15
NKK-HUT
Bộnhớngoài (External Memory)
Chức năng và đặc điểm
Lưu giữtài nguyên phần mềm của máy tính
Được kết nối với hệthống dưới dạng các
thiết bịvào-ra
Dung lượng lớn
Tốc độ chậm
Các loại bộnhớngoài
Bộnhớtừ: đĩa cứng, đĩa mềm
Bộnhớ quang: đĩa CD, DVD
Bộnhớbán dẫn: Flash disk, memory card
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 16
NKK-HUT
3. Hệthống vào-ra (Input-Output)
Chức năng: Trao đổi thông tin giữa máy
tính với thếgiới bên ngoài.
Các thao tác cơ bản:
Vào dữliệu (Input)
Ra dữliệu (Output)
Các thành phần chính:
Các thiết bịngoại vi (Peripheral Devices)
Các mô-đun vào-ra (IO Modules)
Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 5
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 17
NKK-HUT
Cấu trúc cơ bản của hệthống vào-ra
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 18
NKK-HUT
Các thiết bịngoại vi
Chức năng: chuyển đổi dữliệu giữa
bên trong và bên ngoài máy tính
Các loại thiết bịngoại vi cơ bản
Thiết bịvào: bàn phím, chuột, máy quét ...
Thiết bịra: màn hình, máy in ...
Thiết bịnhớ: các ổ đĩa ...
Thiết bịtruyền thông: MODEM ...
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 19
NKK-HUT
Mô-đun vào-ra
Chức năng: nối ghép các thiết bịngoại vi
với máy tính
Mỗi mô-đun vào-ra có một hoặc một vài
cổng vào-ra (I/O Port).
Mỗi cổng vào-ra được đánh một địa chỉ
xác định.
Các thiết bịngoại vi được kết nối và trao
đổi dữliệu với máy tính thông qua các
cổng vào-ra.
18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 20
NKK-HUT
2.2. Hoạt động của máy tính
Là hoạt động cơ bản của máy tính
Máy tính lặp đi lặp lại hai bước:
Nhận lệnh
Thực hiện lệnh
Thực hiện chương trình bịdừng nếu
thực hiện lệnh bịlỗi hoặc gặp lệnh dừng.
1. Thực hiện chương trình
chu trình lệnh