Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 3 - Nguyễn Kim Khánh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 3 - Hệ thống máy tính. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Các thành phần cơ bản của máy tính, hoạt động cơ bản của máy tính, bus máy tính. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 3 - Nguyễn Kim Khánh

NKK-HUST Kiến trúc máy tính om .c Chương 3 ng co HỆ THỐNG MÁY TÍNH an th o ng du u cu Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2017 Kiến trúc máy tính 89 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nội dung học phần Chương 1. Giới thiệu chung om .c Chương 2. Cơ bản về logic số ng Chương 3. Hệ thống máy tính co Chương 4. Số học máy tính an Chương 5. Kiến trúc tập lệnh th Chương 6. Bộ xử lý o ng du Chương 7. Bộ nhớ máy tính u Chương 8. Hệ thống vào-ra cu Chương 9. Các kiến trúc song song 2017 Kiến trúc máy tính 90 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nội dung của chương 3 om .c 3.1. Các thành phần cơ bản của máy tính ng 3.2. Hoạt động cơ bản của máy tính co an 3.3. Bus máy tính th o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 91 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 3.1. Các thành phần cơ bản của máy tính n Bộ xử lý trung tâm (Central om Processing Unit – CPU) .c CPU Bộ nhớ chính n Điều khiển hoạt động của máy ng tính và xử lý dữ liệu co n Bộ nhớ chính (Main Memory) an Bus hệ thống n Chứa các chương trình đang th thực hiện o ng n Hệ thống vào-ra (Input/Output) du Hệ thống vào-ra n Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài u cu n Bus hệ thống (System bus) n Kết nối và vận chuyển thông tin 2017 Kiến trúc máy tính 92 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 1. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Chức năng: om n điều khiển hoạt động của máy tính .c n ng n xử lý dữ liệu co n Nguyên tắc hoạt động cơ bản: an CPU hoạt động theo chương trình nằm trong th n bộ nhớ chính. o ng du n Là thành phần nhanh nhất trong hệ thống u cu 2017 Kiến trúc máy tính 93 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Các thành phần cơ bản của CPU n Đơn vị điều khiển om n Control Unit (CU) .c Đơn vị điều khiển n Điều khiển hoạt động của máy tính ng theo chương trình đã định sẵn co Bus n Đơn vị số học và logic Đơn vị an số học và logic hệ thống n Arithmetic and Logic Unit (ALU) th n Thực hiện các phép toán số học và o ng phép toán logic Tập thanh ghi du n Tập thanh ghi n Register File (RF) u cu n Gồm các thanh ghi chứa các thông tin phục vụ cho hoạt động của CPU 2017 Kiến trúc máy tính 94 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 2. Bộ nhớ máy tính n Chức năng: nhớ chương trình và dữ liệu (dưới dạng nhị phân) om Các thao tác cơ bản với bộ nhớ: .c n n Thao tác ghi (Write) ng n Thao tác đọc (Read) co n Các thành phần chính: an n Bộ nhớ chính (Main memory) th n Bộ nhớ đệm (Cache memory) n o ng Thiết bị lưu trữ (Storage Devices) du u cu Các Bộ nhớ Bộ nhớ CPU thiết bị đệm chính lưu trữ 2017 Kiến trúc máy tính 95 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Bộ nhớ chính (Main memory) Nội dung Địa chỉ n Tồn tại trên mọi máy tính 0100 1101 00...0000 om n Chứa các lệnh và dữ liệu của 0101 0101 00...0001 1010 1111 00...0010 .c chương trình đang được thực hiện 0000 1110 00...0011 ng n Sử dụng bộ nhớ bán dẫn 0111 0100 00...0100 co 1011 0010 00...0101 n Tổ chức thành các ngăn nhớ 0010 1000 00...0110 an được đánh địa chỉ (thường đánh 1110 1111 00...0111 th địa chỉ cho từng byte nhớ) o ng . . Nội dung của ngăn nhớ có thể du n . thay đổi, song địa chỉ vật lý của u cu ngăn nhớ luôn cố định n CPU muốn đọc/ghi ngăn nhớ cần 0110 0010 11...1110 phải biết địa chỉ ngăn nhớ đó 0010 0001 11...1111 2017 Kiến trúc máy tính 96 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Bộ nhớ đệm (Cache memory) Bộ nhớ có tốc độ nhanh được đặt đệm giữa om n CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ CPU .c truy cập bộ nhớ ng Dung lượng nhỏ hơn bộ nhớ chính co n an n Sử dụng bộ nhớ bán dẫn tốc độ nhanh th n Cache thường được chia thành một số mức (L1, L2, L3) o ng du n Cache thường được tích hợp trên cùng chip bộ u xử lý cu n Cache có thể có hoặc không 2017 Kiến trúc máy tính 97 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Thiết bị lưu trữ (Storage Devices) n Còn được gọi là bộ nhớ ngoài om n Chức năng và đặc điểm .c n Lưu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính ng Được kết nối với hệ thống dưới dạng các thiết bị vào-ra co n Dung lượng lớn an n th n Tốc độ chậm n Các loại thiết bị lưu trữ o ng du n Bộ nhớ từ: ổ đĩa cứng HDD u Bộ nhớ bán dẫn: ổ thể rắn SSD, ổ nhớ flash, thẻ nhớ cu n n Bộ nhớ quang: CD, DVD 2017 Kiến trúc máy tính 98 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 3. Hệ thống vào-ra n Chức năng: Trao đổi om thông tin giữa máy tính Bus Thiết bị .c vào-ra với thế giới bên ngoài hệ ng thống Mô-đun Các thao tác cơ bản: co n vào-ra Thiết bị Vào dữ liệu (Input) an n vào-ra th n Ra dữ liệu (Output) n Các thành phần chính: o ng du n Các thiết bị vào-ra Mô-đun Thiết bị u (IO devices) vào-ra vào-ra cu n Các mô-đun vào-ra (IO modules) 2017 Kiến trúc máy tính 99 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Các thiết bị vào-ra Còn được gọi là thiết bị ngoại vi (Peripherals) om n Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong .c n và bên ngoài máy tính ng co n Các loại thiết bị vào-ra: an n Thiết bị vào (Input Devices) th Thiết bị ra (Output Devices) n ng Thiết bị lưu trữ (Stotage Devices) o n du n Thiết bị truyền thông (Communication Devives) u cu 2017 Kiến trúc máy tính 100 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Mô-đun vào-ra n Chức năng: nối ghép các thiết bị vào-ra với om máy tính .c n Mỗi mô-đun vào-ra có một hoặc một vài cổng ng vào-ra (I/O Port) co Mỗi cổng vào-ra được đánh một địa chỉ xác an n th định n o ng Các thiết bị vào-ra được kết nối và trao đổi dữ du liệu với máy tính thông qua các cổng vào-ra u cu n CPU muốn trao đổi dữ liệu với thiết bị vào-ra, cần phải biết địa chỉ của cổng vào-ra tương ứng 2017 Kiến trúc máy tính 101 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 3.2. Hoạt động cơ bản của máy tính om n Thực hiện chương trình .c n Hoạt động ngắt ng co n Hoạt động vào-ra an th o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 102 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 1. Thực hiện chương trình n Là hoạt động cơ bản của máy tính om n Máy tính lặp đi lặp lại chu trình lệnh gồm .c hai bước: ng co n Nhận lệnh an n Thực hiện lệnh th n Hoạt động thực hiện chương trình bị dừng o ng nếu: du u n Thực hiện lệnh bị lỗi cu n Gặp lệnh dừng n Tắt máy 2017 Kiến trúc máy tính 103 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nhận lệnh n Bắt đầu mỗi chu trình lệnh, CPU nhận lệnh từ bộ om nhớ chính .c n Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) là ng thanh ghi của CPU dùng để giữ địa chỉ của lệnh co sẽ được nhận vào an th n CPU phát ra địa chỉ từ bộ đếm chương trình PC tìm ra ngăn nhớ chứa lệnh o ng du n Lệnh được đọc từ bộ nhớ đưa vào thanh ghi u lệnh IR (Instruction Register) cu n Sau khi lệnh được nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ đến lệnh kế tiếp. 2017 Kiến trúc máy tính 104 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Minh họa quá trình nhận lệnh om .c CPU lệnh 300 CPU lệnh 300 ng PC lệnh 301 PC lệnh 301 co 302 lệnh i 302 303 lệnh i 302 an lệnh i+1 303 lệnh i+1 303 th IR IR lệnh i+2 304 lệnh i lệnh i+2 304 o ng du u Trước khi nhận lệnh i Sau khi nhận lệnh i cu 2017 Kiến trúc máy tính 105 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Thực hiện lệnh n Bộ xử lý giải mã lệnh đã được nhận và om phát tín hiệu điều khiển thực hiện thao .c tác mà lệnh yêu cầu ng co n Các kiểu thao tác cơ bản của lệnh: an Trao đổi dữ liệu giữa CPU với bộ nhớ chính th n hoặc CPU với mô-đun vào-ra o ng du n Thực hiện các phép toán số học hoặc phép toán logic với các dữ liệu u cu n Chuyển điều khiển trong chương trình: rẽ nhánh hoặc nhảy đến vị trí khác 2017 Kiến trúc máy tính 106 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 2. Ngắt (Interrupt) n Khái niệm chung về ngắt: Ngắt là cơ chế cho om phép CPU tạm dừng chương trình đang thực .c hiện để chuyển sang thực hiện một chương ng trình con có sẵn trong bộ nhớ. co n Chương trình con xử lý ngắt (Interrupt handlers) an Các loại ngắt: th n n o ng Biệt lệ (exception): gây ra do lỗi khi thực hiện chương trình (VD: tràn số, mã lệnh sai, ...) du Ngắt từ bên ngoài (external interrupt): do thiết bị u n cu vào-ra (thông qua mô-đun vào-ra) gửi tín hiệu ngắt đến CPU để yêu cầu trao đổi dữ liệu 2017 Kiến trúc máy tính 107 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Hoạt động với ngắt từ bên ngoài n Sau khi hoàn thành mỗi một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt om .c n Nếu không có ngắt, bộ xử lý nhận lệnh tiếp theo ng của chương trình hiện tại co n Nếu có tín hiệu ngắt: an Tạm dừng (suspend) chương trình đang thực hiện th n n Cất ngữ cảnh (các thông tin liên quan đến chương trình o ng bị ngắt) du n Thiết lập bộ đếm chương trình PC trỏ đến chương trình u cu con xử lý ngắt tương ứng n Chuyển sang thực hiện chương trình con xử lý ngắt n Khôi phục ngữ cảnh và trở về tiếp tục thực hiện chương trình đang bị tạm dừng 2017 Kiến trúc máy tính 108 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt