intTypePromotion=1

BÀI GIẢNG VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Chia sẻ: Nguyen Phuong Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

0
42
lượt xem
14
download

BÀI GIẢNG VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo cho giáo viên, học sinh chuyên ngành vi tính. Cung cấp cho các bạn những kiến thức về máy tính, giúp các bạn hiểu biết sâu hơn về máy tính.Tài liệu này rất hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: BÀI GIẢNG VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

  1. Chương 1: Giới thiệu chung Nội dung chương 1 Chương 1 1.1. Máy tính và phân loại GIỚI THIỆU CHUNG 1.2. Kiến trúc máy tính 1.3. Sự tiến hoá của máy tính Phạm Quang Dũng Bộ môn Khoa học máy tính - Khoa CNTT Trường Đại học Nông nghiệp I – Hà Nội website: www.hau1.edu.vn/it/pqdung ĐT: (04) 8766318 DĐ: 0988.149.189 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.2 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 1.1. Máy tính và phân loại Mô hình máy tính cơ bản 1. Máy tính † Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau: „ Nhận thông tin vào, „ Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên trong, „ Đưa thông tin ra. † Dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ để yêu cầu máy tính thực hiện công việc cụ thể được gọi là chương trình (program) Æ Máy tính hoạt động theo chương trình. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.3 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.4 1
  2. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Mô hình phân lớp của máy tính 2. Phân loại máy tính Người sử dụng (End User) Người lập trình † Phân loại truyền thống: (Programmer) „ Máy vi tính (Microcomputer) Các chương trình ứng dụng Người thiết kế HĐH „ Máy tính nhỏ (Minicomputer) (Application Programs) (OS Designer) „ Máy tính lớn (Mainframe Computer) Các phần mềm trung gian (Utilities) „ Siêu máy tính (Supercomputer) Hệ điều hành (Operating System) Phần cứng (Computer Hardware) † Phần cứng: hệ thống vật lý của máy tính † Phần mềm: các chương trình và dữ liệu Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.5 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.6 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Phân loại máy tính hiện đại Máy tính để bàn (Desktop) † Là loại máy tính phổ biến nhất † Máy tính để bàn (Desktop Computers) † Các loại máy tính để bàn „ Máy tính cá nhân (Personal Computer – PC) † Máy chủ (Servers) „ Máy tính trạm làm việc (Workstation Computer) † Máy tính nhúng (Embedded Computers) † 1981 Æ IBM giới thiệu máy tính IBM-PC sử dụng bộ xử lý Intel 8088 † 1984 Æ Apple đưa ra máy tính Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola 68000 † Giá thành: 300USD đến 10.000USD Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.7 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.8 2
  3. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Máy chủ (Server) Máy tính nhúng (Embedded Computer) † Thực chất là máy phục vụ † Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc † Dùng trong mạng theo mô hình † Được thiết kế chuyên dụng Client/Server (Khách hàng/Người phục vụ) † Ví dụ: † Tốc độ và hiệu năng tính toán cao „ Điện thoại di động † Dung lượng bộ nhớ lớn „ Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hoà nhiệt † Độ tin cậy cao độ † Giá thành: hàng chục nghìn đến hàng chục „ Router - bộ định tuyến trên mạng triệu USD. † Giá thành: Vài USD đến hàng trăm nghìn USD. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.9 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.10 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 1.2. Kiến trúc máy tính Kiến trúc tập lệnh Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh: Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm: † Kiến trúc tập lệnh (Intruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập trình. † Tập lệnh: tập hợp các chuỗi số nhị phân m㠆 Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu cấu hoá cho các thao tác mà máy tính có thể thực trúc phần cứng máy tính. hiện. Æ Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi rất nhanh. † Các kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu mà máy tính Ví dụ: Các máy tính PC dùng các bộ xử lý Intel 32-bit từ có thể xử lý. 80386 đến Pentium 4: „ Cùng chung kiến trúc tập lệnh (IA-32) „ Có tổ chức khác nhau Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.11 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.12 3
  4. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Cấu trúc cơ bản của máy tính Các thành phần cơ bản của máy tính † Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu. † Bộ nhớ chính (Main Memory): Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng. † Hệ thống vào ra (Input/Output System): Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài. † Liên kết hệ thống (System Interconnection): Kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.13 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.14 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 1.3. Sự tiến hoá của máy tính 1. Máy tính dùng đèn điện tử † Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử † ENIAC - Máy tính điện tử đầu tiên chân không (1943-1956) „ Electronic Numerical Intergator And Computer † Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor „ Dự án của Bộ Quốc phòng Mỹ (1957-1965) „ Do John Mauchly và John Presper Eckert ở Đại † Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, học Pennsylvania thiết kế. MSI và LSI (1966-1980) „ Bắt đầu từ năm 1943, hoàn thành năm 1946 † Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI, SLSI (1981-nay) http://www.computerhistory.org/timeline/timeline.php Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.15 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.16 4
  5. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung ENIAC (tiếp) ENIAC (tiếp) † Nặng 30 tấn † Kích thước 140 m2 † 18000 đèn điện tử và 1500 rơle † 5000 phép cộng/giây † Xử lý theo số thập phân † Bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu † Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.17 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.18 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung ENIAC (tiếp) Máy tính von Neumann † Còn gọi là máy tính IAS: „ Princeton Institute for Advanced Studies „ Được bắt đầu từ 1947, hoàn thành 1952 „ Do John von Neumann thiết kế „ Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình được lưu trữ” (stored-program concept) của von Neumann/Turing (1945) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.19 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.20 5
  6. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Đặc điểm chính của máy tính IAS John von Neumann và máy tính IAS † Bao gồm các thành phần: đơn vị điều khiển, đơn vị số học và logic (ALU), bộ nhớ chính và các thiết bị vào ra. † Bộ nhớ chính chứa chương trình và dữ liệu. † Bộ nhớ chính được đánh địa chỉ theo từng ngăn nhớ, không phụ thuộc vào nội dung của nó. † ALU thực hiện các phép toán với số nhị phân. † Đơn vị điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện lệnh một cách tuần tự. † Đơn vị điều khiển điều khiển hoạt động của các thiết bị vào-ra. † Trở thành mô hình cơ bản của máy tính. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.21 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.22 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Các máy tính thương mại ra đời John Mauchly và UNIVAC † 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation † UNIVAC I (Universal Automatic Computer) † 1950s - UNIVAC II „ Nhanh hơn „ Bộ nhớ lớn hơn Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.23 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.24 6
  7. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung UNIVAC Hãng IBM † IBM – International Business Machine † 1952 – IBM 701 „ Máy tính lưu trữ chương trình đầu tiên của IBM „ Sử dụng cho tính toán khoa học † 1955 – IBM 702 „ Các ứng dụng thương mại Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.25 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.26 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung IBM 701 (1952) và IBM 702 (1955) 2. Máy tính dùng transistor † Máy tính PDP-1 của DEC (Digital Equipment IBM 701 Corporation) máy tính mini đầu tiên † IBM 7000 † Hàng trăm nghìn phép cộng trong một giây † Các ngôn ngữ lập trình bậc cao ra đời. IBM 702 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.27 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.28 7
  8. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung DEC's PDP-1 (1960) IBM 7030 (1961) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.29 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.30 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 3. Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI Luật Moore † Vi mạch (Integrated Circuit – IC): nhiều transistor † Gordon Moore - người đồng sáng lập Intel và các phần tử khác được tích hợp trên một chip † Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng bán dẫn. „ SSI (Small Scale Integratinon) † Giá thành của chip hầu như không thay đổi „ MSI (Medium Scale Integration) † Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn „ LSI (Large Scale Integration) † Kích thước nhỏ hơn dẫn tới độ phức tạp tăng lên „ VLSI (Very Large Scale Integration) (dùng cho máy † Điện năng tiêu thụ ít hơn tính hệ thứ tư) † Siêu máy tính xuất hiện: CRAY-1, VAX † Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, do đó † Bộ vi xử lý (microprocessor) ra đời tăng độ tin cậy „ Bộ xử lý đầu tiên Æ Intel 4004 (1971). Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.31 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.32 8
  9. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Tăng trưởng số transitor trong chip CPU IBM 360 Family (1964-1968) † Có từ model 20 minicomputer (bộ nhớ 24 KB) đến model 91 supercomputer được xây dựng cho hệ thống phòng thủ tên lửa Bắc Mỹ. http://www.beagle-ears.com/lars/engineer/comphist/ibm360.htm Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.33 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.34 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung IBM 360/40 IBM 360/67 † Dùng HĐH DOS/360 † Time sharing system † Phần cứng hỗ trợ virtual memory † Dùng HĐH CP-67 † 500 KB RAM Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.35 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.36 9
  10. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung IBM 360/91 PDP-11 (1972) † Được thiết kế để xử lý dữ liệu tốc độ cao cho các ứng dụng khoa học như khám phá không gian, vật lý nguyên tử, dự báo thời tiết toàn cầu. † 16.6 triệu phép cộng/giây → 1000 bài toán với 200 tỷ phép tính/ngày. † 2-6 MB main memory, CPU có 5 đơn vị xử lý đồng thời. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.37 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.38 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Siêu máy tính CRAY-1 (1976) 1977 - PC có tích hợp màn hình Saymour Cray ‰ HĐH Cray Operating System (COS), ‰ 100-160 triệu phép tính dấu chấm động/giây (megaflops) ‰ Xử lý dữ liệu vector ‰ 8 MB main memory Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.39 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.40 10
  11. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung VAX 11/780 (1978) - máy tính 32-bit Osborne 1 (1980) - máy tính khả chuyển † Máy tính "có thể di chuyển" đầu tiên, kích thước nhỏ, nặng 24 pound (10,9 kg) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.41 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.42 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 4. Máy tính dùng vi mạch VLSI Các hệ thống máy tính hiện đại Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI: † Máy tính nhúng † Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế tạo trên † Máy tính cá nhân (PC) một chip. † Máy trạm làm việc † Vi mạch điều khiển tổng hợp (chipset): một hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều chức năng † Máy chủ (Servers) điều khiển và nối ghép. † Mạng máy tính † Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory): ROM, † Internet - Mạng máy tính toàn cầu RAM † Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy tính chuyên dụng được chế tạo trên một chip. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.43 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.44 11
  12. Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Một số Hệ thống Máy tính nhúng Siêu máy tính Earth Simulator của NEC (2002) ‰ 5200 processor ‰ 35860-40960 GFlops Earth Simulator tại Cơ quan Khoa học và Công nghệ biển Nhật Bản (JAMSTEC), Yokohama, Japan Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.45 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.46 Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Siêu máy tính ASC Purple của IBM (2005) Siêu máy tính BlueGene L của IBM (2005) ‰ 131702 processor ‰ 10240 processor ‰ 32768 GB main memory ‰ 40960 GB main ‰ 280600-367000 GFlops memory ‰ 63390-77824 GFlops ASC Purple at Lawrence Livermore National Laboratory Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.47 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 1.48 12
  13. Chương 2: Hệ thống máy tính Nội dung chương 2 Chương 2 2.1. Các thành phần của máy tính HỆ THỐNG MÁY TÍNH 2.2. Hoạt động của máy tính 2.3. Liên kết hệ thống Phạm Quang Dũng Bộ môn Khoa học máy tính - Khoa CNTT Trường Đại học Nông nghiệp I – Hà Nội website: www.hau1.edu.vn/it/pqdung ĐT: (04) 8766318 DĐ: 0988.149.189 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.2 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính 2.1. Các thành phần của máy tính 1. Bộ xử lý trung tâm (CPU) † Chức năng † Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit) „ điều khiển hoạt động của máy tính † Bộ nhớ (Memory) „ xử lý dữ liệu † Hệ thống vào ra (Input/Output System) † Nguyên tắc hoạt động cơ bản: † Liên kết hệ thống (System Interconnection) CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.3 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.4 1
  14. Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Cấu trúc cơ bản của CPU Các thành phần cơ bản của CPU † Đơn vị điều khiển (Control Unit – CU): điều khiển hoạt Đơn vị Đơn vị số học Tập các động của máy tính theo chương trình đã định sẵn. điều khiển và logic thanh ghi † Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit – (CU) (ALU) (RF) ALU): thực hiện các phép toán số học và các phép toán bus bên trong logic trên các dữ liệu cụ thể. † Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU. Đơn vị phối ghép bus (BIU) † Đơn vị nối ghép bus (Bus interface Unit - BIU): kết nối và trao đổi thông tin giữa bus bên trong (internal bus) bus điều khiển bus dữ liệu bus địa chỉ và bus bên ngoài (external bus) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.5 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.6 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Tốc độ của bộ xử lý Tốc độ của bộ xử lý (tiếp) † Tốc độ của bộ xử lý: † Dạng xung nhịp: „ Tính bằng số lệnh được thực hiện trong 1 giây „ MIPS (Millions of Instructions per Second) „ Khó đánh giá chính xác † T0 - chu kỳ xung nhịp † Tần số xung nhịp: f0 = 1/T0 † Tần số xung nhịp của bộ xử lý: † Mỗi thao tác của bộ xử lý cần kT0 „ Bộ xử lý hoạt động theo một xung nhịp (Clock) † T0 càng nhỏ Æ bộ xử lý chạy càng nhanh có tần số xác định † Ví dụ: Máy tính dùng bộ xử lý Pentium IV 2GHz „ Tốc độ của bộ xử lý được đánh giá gián tiếp Ta có f0 = 2 GHz = 2x109 Hz thông qua tần số của xung nhịp. Æ T0 = 1/f0 = 1/(2x109) = 0,5 ns. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.7 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.8 2
  15. Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính 2. Bộ nhớ máy tính (Memory) Các thành phần của bộ nhớ máy tính † Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu. † Các thao tác cơ bản với bộ nhớ: „ Đọc (Read) „ Ghi (Write) † Các thành phần chính: „ Bộ nhớ trong (Internal Memory) „ Bộ nhớ ngoài (External Memory) Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.9 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.10 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Bộ nhớ trong (Internal memory) Bộ nhớ chính (Main memory) Nội dung Địa chỉ † Chức năng và đặc điểm: † Chứa các chương trình và dữ 00101011 0000 „ Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực liệu đang được CPU sử dụng. 11010101 0001 00001010 0010 tiếp † Tổ chức thành các ngăn nhớ 01011000 0011 11111011 0100 „ Tốc độ rất nhanh được đánh địa chỉ. 00001000 0101 11101010 0110 „ Dung lượng không lớn † Ngăn nhớ thường được tổ chức 00000000 0111 10011101 1000 „ Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM, RAM theo byte. 00101011 1001 11101011 1010 † Các loại bộ nhớ trong: † Nội dung của ngăn nhớ có thể 00101000 1011 11111111 1100 „ Bộ nhớ chính thay đổi, song địa chỉ vật lý của 10101010 1101 00101011 1110 „ Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh) ngăn nhớ luôn cố định. 01010101 1111 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.11 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.12 3
  16. Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Bộ nhớ đệm nhanh (Cache memory) Bộ nhớ ngoài (External memory) † Bộ nhớ có tốc độ nhanh được đặt đệm giữa † Chức năng và đặc điểm: CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ CPU „ Lưu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính „ Được kết nối với hệ thống dưới dạng các thiết bị truy nhập bộ nhớ vào-ra † Dung lượng nhỏ hơn bộ nhớ chính „ Dung lượng lớn † Tốc độ nhanh hơn „ Tốc độ chậm † Cache thường được chia thành một số mức † Các loại bộ nhớ ngoài: „ Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩa mềm † Cache có thể được tích hợp trên chip vi xử lý. „ Bộ nhớ quang: đĩa CD, DVD † Cache có thể có hoặc không. „ Bộ nhớ bán dẫn: Flash disk, memory card Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.13 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.14 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính 3. Hệ thống vào-ra (Input/Output System) Cấu trúc cơ bản của hệ thống vào-ra † Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính Cổng Thiết bị với thế giới bên ngoài. vào- ngoại vi ra † Các thao tác cơ bản: Cổng Thiết bị „ Vào dữ liệu (Input) Nối ghép với vào- ngoại vi CPU và bộ ra „ Ra dữ liệu (Output) nhớ chính Môđun † Các thành phần chính: vào-ra „ Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices) Cổng Thiết bị vào- ngoại vi „ Các môđun vào-ra (IO Modules) ra Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.15 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.16 4
  17. Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Các thiết bị ngoại vi Môđun vào-ra † Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong † Chức năng: nối ghép các TBNV với máy tính. và bên ngoài máy tính. † Mỗi môđun vào-ra có một hoặc một vài cổng † Các loại thiết bị ngoại vi (TBNV) cơ bản: vào-ra (I/O Port). „ Thiết bị vào: bàn phím, chuột, máy quét … † Mỗi cổng vào-ra được đánh một địa chỉ xác „ Thiết bị ra: màn hình, máy in … định. „ Thiết bị nhớ: các ổ đĩa … † Các TBNV được kết nối và trao đổi dữ liệu với „ Thiết bị truyền thông: MODEM … máy tính thông qua các cổng vào-ra. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.17 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.18 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính 2.2. Hoạt động của máy tính Chu trình lệnh 1. Thực hiện chương trình Bắt đầu † Là hoạt động cơ bản của máy tính † Máy tính lặp đi lặp lại hai bước: Nhận lệnh „ „ Nhận lệnh Thực hiện lệnh } chu trình lệnh Thực hiện lệnh † Thực hiện chương trình bị dừng nếu thực hiện lệnh bị lỗi hoặc gặp lệnh dừng. Dừng Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.19 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.20 5
  18. Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Quá trình nhận lệnh Minh họa quá trình nhận lệnh † Bắt đầu mỗi chu trình lệnh, CPU nhận lệnh từ bộ nhớ chính. † Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) của CPU giữ địa chỉ của lệnh sẽ được nhận. † CPU nhận lệnh từ ngăn nhớ được trỏ bởi PC. † Lệnh được nạp vào thanh ghi lệnh IR (Instruction Register) † Sau khi lệnh được nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.21 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.22 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Quá trình thực hiện lệnh 2. Ngắt (Interrupt) † Bộ xử lý giải mã lệnh đã được nhận và phát tín † Khái niệm: Ngắt là cơ chế cho phép CPU tạm hiệu điều khiển thực hiện thao tác mà lệnh yêu dừng chương trình đang thực hiện để chuyển cầu. sang thực hiện một chương trình khác, gọi là † Các kiểu thao tác của lệnh: chương trình con phục vụ ngắt. „ Trao đổi dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ chính † Các loại ngắt: „ Trao đổi dữ liệu giữa CPU và môđun vào-ra „ Ngắt do lỗi khi thực hiện chương trình, ví dụ: „ Xử lý dữ liệu: thực hiện các phép toán số học tràn số, chia cho 0 … hoặc phép toán logic với các dữ liệu „ Ngắt do lỗi phần cứng, ví dụ: lỗi bộ nhớ RAM „ Điều khiển rẽ nhánh „ Ngắt do môđun vào-ra phát tín hiệu ngắt đến „ Kết hợp các thao tác trên CPU yêu cầu trao đổi dữ liệu. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.23 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.24 6
  19. Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Hoạt động ngắt Hoạt động ngắt (tiếp) Chương trình † Sau khi hoàn thành một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu đang thực hiện ngắt. Chương trình con † Nếu không có ngắt Æ bộ xử lý nhận lệnh tiếp theo của lệnh phục vụ ngắt chương trình hiện tại. lệnh lệnh lệnh † Nếu có tín hiệu ngắt: lệnh lệnh „ Tạm dừng chương trình đang thực hiện Ngắt ở đây lệnh i lệnh „ Cất ngữ cảnh (các thông tin liên quan đến chương trình bị lệnh i+1 . ngắt) lệnh . . „ Thiết lập PC trỏ đến chương trình con phục vụ ngắt . RETURN . „ Chuyển sang thực hiện chương trình con phục vụ ngắt . „ Cuối chương trình con phục vụ ngắt, khôi phục ngữ cảnh và lệnh tiếp tục chương trình đang bị tạm dừng. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.25 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.26 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Chu trình lệnh với ngắt Xử lý với nhiều tín hiệu yêu cầu ngắt Bắt đầu † Xử lý ngắt tuần tự „ Khi một ngắt đang được thực hiện, các ngắt khác sẽ bị cấm Nhận lệnh „ Bộ xử lý sẽ bỏ qua các ngắt tiếp theo trong khi đang xử lý một ngắt „ Các ngắt vẫn đang đợi và được kiểm tra sau khi ngắt Thực hiện Dừng đầu tiên được xử lý xong lệnh „ Các ngắt được thực hiện tuần tự † Xử lý ngắt ưu tiên N Kiểm tra Y Chuyển đến „ Các ngắt được định nghĩa mức ưu tiên khác nhau có ngắt hay chương trình con „ Ngắt có mức ưu tiên thấp hơn có thể bị ngắt bởi ngắt không? phục vụ ngắt ưu tiên cao hơn Æ xảy ra ngắt lồng nhau Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.27 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.28 7
  20. Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính 3. Hoạt động vào-ra 2.3. Liên kết hệ thống † Hoạt động vào-ra: là hoạt động trao đổi dữ liệu 1. Khái niệm chung về bus giữa TBNV với bên trong máy tính. † Bus: tập hợp các đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin giữa các thành phần của máy † Các kiểu hoạt động vào-ra: tính với nhau. „ CPU trao đổi dữ liệu với môđun vào-ra † Độ rộng bus: là số đường dây của bus có thể „ Môđun vào-ra trao đổi dữ liệu trực tiếp với bộ truyền các bit thông tin đồng thời (chỉ dùng nhớ chính. cho bus địa chỉ và bus dữ liệu) † Phân loại cấu trúc bus: „ Cấu trúc đơn bus „ Cấu trúc đa bus Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.29 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.30 Chương 2: Hệ thống máy tính Chương 2: Hệ thống máy tính Bus đồng bộ và bus không đồng bộ 2. Cấu trúc đơn bus † Bus đồng bộ „ Bus có đường tín hiệu Clock „ Các sự kiện trên bus được xác định bởi xung nhịp Clock. † Bus không đồng bộ „ Không có đường tín hiệu Clock „ Kết thúc một sự kiện này trên bus sẽ kích hoạt cho một sự kiện tiếp theo. Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.31 Phạm Quang Dũng Bài giảng Kiến trúc máy tính 2.32 8

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản