intTypePromotion=1

Giáo trình Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Trần Văn Chinh

Chia sẻ: Kim Cương KC | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

0
13
lượt xem
2
download

Giáo trình Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Trần Văn Chinh

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

"Giáo trình Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Trần Văn Chinh" trang bị cho người học tổng quan về máy tính điện tử; cơ sở và logic; tổ chức bộ xử lý trung tâm; bộ nhớ chính; quá trình vào ra và thiết bị ngoại vi; hợp ngữ.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Trần Văn Chinh

  1. Ch ng 1. T NG QUAN V MÁY TÍNH ĐI N T 1.1 Gi i thi u 1.1.1 L ch s phát triển 1.1.1.1 Máy tính c khí T xa x a con ng i đã luôn phải tính toán. Để nh s gia súc trong đàn, ng i ta đã đ m chúng và dùng s i dây có các gút các nút. Để tính toán ng i Trung Hoa đã s dụng bàn tính… Nhà khoa học thiên tài ng i Pháp Blaise Pascal năm 19 tu i (năm 1642) vì th ng cha (cha c a ông v n là m t nhân viên thu thu ) đã xây dựng m t máy đầu tiên thực hi n công vi c tính toán. Đây là thi t b hoàn toàn bằng c khí s dụng các bánh răng. Máy tính c a Blaise Pascal ch thực hi n đ c phép toán c ng bằng cách ấn vào phím các con s và dùng m t tay quay. Năm 1671 nhà toán học ng i Đ c Baron Gottfried Wilherm von Leibniz xây dựng m t máy c khí và hoàn thi n vào năm 1694. Chi c máy này không nh ng thực hi n phép tính c ng mà còn thực hi n đ c phép tính nhân bằng cách c ng và lần l c chuyển s . Năm 1820 Chales Xavier Thomas đã phát triển chi c máy tính c thành công v mặt th ng m i đầu tiên thực hi n đ c b n phép tính c ng tr nhân chia. Charles Babbage, giáo s toán học tr ng Cambridge c a Anh đ c nhi u ng i gọi là cha đẻ c a Computer nh hai phát ki n vĩ đ i c a ông v 2 kiểu máy tính c khác nhau. Ông đã thi t k và xây dựng máy sai phân (difference engine). Nó giải đ c ph ng trình đa th c bằng ph ng pháp sai phân. Năm 1834, Babbage thi t k và xây dựng máy phân tích (analytical engine). Máy phân tích có các thành phần c bản c a máy tính hi n đ i: Thành phần nhập (đầu đọc thẻ đục l ), b đi u khiển dùng để đi u khiển hay lập trình cho b x lý. B x lý (hay tính toán – calculator). B l u tr (b nh ), Thành phần xuất (in và đục l ). B tính toán có thể nhận các toán h ng t b l u tr , thực hi n phép toán c ng, tr , nhân hay chia chúng và trả k t quả v b l u tr . Tuy nhiên chi c máy này c a Ông không thể hoàn thành vì kỹ thuật ch t o th i đó không cho phép. Phát triển ti p theo c a máy phân tích là máy đa năng. Máy đọc l nh t các thẻ đục l và thực thi chúng. Bằng cách đục l m t ch ng trình khác trên thẻ nhập, máy phân tích có khả năng thực hi n các tính toán khác. Lập trình viên máy tính đầu tiên là Ada Lovelace đã t o ra 1
  2. phần m m cho máy phân tích. Vào nh ng năm 1930, Konrad Zuse xây dựng m t chu i các máy tính toán tự đ ng bằng cách s dụng các r le t . Sau đó, John Atanasoff và George Stibbitz đã thi t k các máy tính (calculator). Máy c a Atanasoff s dụng s nh phân và có các tụ đi n làm cho b nh đ c làm t i theo chu kỳ. Tuy nhiên, máy này b thất b i do công ngh phần c ng không t ng x ng v i ý t ng thi t k . Năm 1944, Aiken hoàn tất máy tính Mark 1, có tất cả 72 t , m i t 23 s thập phân và có th i gian m t chu kỳ là 6 giây. Vi c nhập và xuất thực hi n bằng các băng giấy đục l . 1.1.1.2 Máy tính dùng đèn đi n t - th h th nhất Năm 1943, máy tính s đi n t đầu tiên trên th gi i bắt đầu ho t đ ng, máy Colossus. Colossus do Alan Turing thi t k nhằm thực hi n giải mã các thông đi p đã mã hóa trong chi n tranh th gi i th 2. Cũng trong năm 1943, Mauchley và Presper Eckert bắt đầu ti n hành xây dựng máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). ENIAC g m 1800 đèn đi n t và 1500 r le, cân nặng 30 tấn, công suất tiêu thụ 140 KWh. Nó có tất cả 20 thanh ghi, m i thanh ghi có thể l u tr m t s thập phân 10 ch s . Sau đó, John Von Neumann thi t k máy IAS dựa c s trên máy EDVAC, là m t phiên bản nâng cao c a ENIAC. Máy von Neumman có 5 phần c bản: b nh , đ n v s học và logic (ALU – Arithmetich Logic Unit), đ n v đi u khiển ch ng trình, thi t b nhập và thi t b xuất. B nh có tất cả 4096 t , m i t l u tr 40 bit. M i t ch a 2 l nh 20 bit hay m t s nguyên có dấu 39 bit. M i l nh 20 bit g m có 8 bit xác đ nh lo i l nh và 12 bit xác đ nh 1 trong 4096 t nh . Vào cùng th i gian c a máy IAS, các nhà nghiên c u MIT cũng đang xây dựng m t máy tính, máy Whirlwind 1. Nó có chi u dài t là 16 bit và đ c thi t k để có thể đi u khiển v i th i gian thực. 1.1.1.3 Máy tính transistor – th h th hai Năm 1948, John Bardeen, Walter Brattain và William Shockley phát minh ra transistor đã làm cu c cách m ng trong lĩnh vực máy tính. Máy tính transistor đầu tiên đ c xây dựng t i MIT, máy TX-0 (Transistorized experimental computer 0), 2
  3. có 16 bit, t ng tự nh Whirlwind 1. Năm 1961, máy tính PDP-1 xuất hi n có 4KB b nh , chi u dài t là 18 bit và khoảng th i gian c a m t chu kỳ là 5 µs. Vài năm sau, PDP-8 ra đ i có 12 bit nh ng giá thành rẻ h n PDP-1 rất nhi u (16.000 USD so v i 120.000 USD). PDP-8 có m t đ i m i đó là hình thành m t bus đ n gọi là omnibus trong đó bus là tập h p các dây n i song song dùng để k t n i các thành phần c a máy tính. Trong khi đó, IBM xây dựng m t phiên bản c a 709 bằng transistor, đó là máy tính 7094 có th i gian m t chu kỳ là 2 µs và b nh 32KB và chi u dài t là 36 bit. Năm 1964, công ty CDC gi i thi u máy 6600 có t c đ nhanh h n 7094 do bên trong CPU có m t c ch song song. CPU có vài đ n v thực hi n phép c ng, các đ n v khác thực hi n phép nhân, phép chia và tất cả chúng đ u ho t đ ng song song. V i m t công vi c, máy có khả năng thực thi 10 l nh đ ng th i. 1.1.1.4 Máy tính IC – th h th ba Vi m ch (IC – Integrated Circuit) đ c phát minh cho phép đặt vài chục transistor trong m t chip đ n. Vi c này giúp cho các máy tính xây dựng trên IC tr nên nh h n, nhanh h n và rẻ h n so v i các máy tính transistor. Lúc này, IBM gi i thi u m t sản phẩm đ n, máy System 360, đ c thi t k dựa trên các vi m ch. Đ i m i quan trọng trong 360 là khả năng đa lập trình (multiprogramming), có vài ch ng trình trong b nh đ ng th i để khi m t ch ng trình đang ch xuất/nhập d li u thì ch ng trình khác có thể tính toán. M t đặc tr ng khác c a 360 là không 24 gian đ a ch l n (th i điểm lúc đó), v i 2 byte nh (16 MB). 1.1.1.5 Máy tính cá nhân và VLSI – th h th t Vào thập niên 80, vi m ch VLSI (Very Large Scale Integrate) có khả năng ch a vài chục ngàn, vài trăm ngàn và vài tri u transistor trên m t chip đ n đã đ c ch t o. Sự phát triển này dẫn đ n vi c sản xuất các máy tính nh h n và nhanh h n. Do đó, giá cả đã giảm xu ng đ n m c m t cá nhân có thể s h u m t máy tính. Các máy tính cá nhân th ng dùng cho vi c x lý t , các bảng tính và các ng dụng t ng h khác. Quy luật Moore: Năm 1965 Gordon Moore phát hiện ra một quy luật quan trọng trong xu hướng phát triển của máy tính. Ông nhận thấy trong 3
  4. vòng 18 đến 24 tháng thì năng lực tính toán, lưu trữ…của máy tính sẽ tăng gấp 2 lần. Trong 26 năm con số tranzitor trong 1 con chip đã tăng hơn 3.200 lần (từ 2.300 tranzitor ở chip 4004 năm 1971 tăng lên hơn 7,5 triệu tranzitor trên Pentium II). Quy luật này trở thành cơ sở cho rất nhiều dự báo về hiệu suất của ngành công nghiệp máy tính 1.1.2 Phân lo i máy tính Máy tính ngày nay có thể chia thành 5 lo i: Siêu máy tính, Mainframe, siêu máy tính mini, máy tính mini, máy tính cá nhân. Máy tính mini s dụng trong các ng dụng th i gian thực nh đi u khiển không l u hay tự đ ng hóa. Siêu máy tính mini dùng trong các h th ng chia sẻ th i gian, các máy ch . Mainframe dùng trong các nhóm công vi c l n hay đòi h i c s d li u l n, … Siêu máy tính đ c thi t k đặc bi t để cựa đ i hóa s các thao tác dấu chấm đ ng trong 1s (FLOP – floating point operations per second). Máy tính nào có t cđ d i 1 GF/s thì không đ c xem là siêu máy tính. Máy tính cá nhân có thể chia ra làm 3 lo i: Máy tính để bàn, máy tính xách tay và máy tính b túi. 1.2 T ch c h th ng máy tính 1.2.1 S đ cấu trúc chung 1.2.1.1 Nguyên lý máy Von Neumann Vào nh ng năm c a thập niên 40 c a th kỷ 20, máy tính đi n t s bắt đầu đ c s dụng. Có 2 dòng máy là máy Turing và máy Von Neumann. Đ i di n cho máy Turing có máy Colossus. Máy này do Alan Turing thi t k nhằm thực hi n vi c giải mã các thông đi p đã mã hóa trong chi n tranh th gi i th 2. Vào năm 1943, Mauchley và Presper Eckert bắt đầu ti n hành xây dựng máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). ENIAC g m 1800 đèn đi n t và 1500 r le, cân nặng 30 tấn, công suất tiêu thụ 140 KWh. Nó có tất cả 20 thanh ghi, m i thanh ghi có thể l u tr m t s thập phân 10 ch s . Dòng máy tính Von Neumann đ c k th a và phát triển hầu h t các th h máy tính sau này. Đ i di n cho máy Von neumann th i đó có máy IAS dựa c s trên máy EDVAC, là m t phiên bản nâng cao c a ENIAC. Máy IAS có b nh g m 4
  5. 4096 word, m i word l u tr 40 bit. M i word ch a 2 l nh 20 bit hay m t s nguyên có dấu 39 bit. M i l nh 20 bit g m có 8 bit xác đ nh lo i l nh và 12 bit xác đ nh 1 trong 4096 word nh . Máy Von Neumman có 5 phần c bản: b nh , b s học và logic (ALU – Arithmetich Logic Unit), đ n v đi u khiển ch ng trình, thi t b nhập và thi t b xuất. Hình 1.1 là s đ cấu trúc c a máy Von Neumann. B nh Thi b nhập (Input) Đ nv Đ n v làm Thi t b xuất (Output) đi u khiển toán (CU) (ALU) Hình 1.1: Máy Von Neumman Nguyên tắc ho t đ ng c a máy Von neumann: - Ch ng trình đi u khiển và x lý d li u cũng đ c xem là Data và đ cl u tr trong b nh và đ c xem là ch ng trình l u tr . - B nh chia làm nhi u ô, m i ô có 1 đ a ch để có thể chọn lựa trong quá trình đọc/ghi d li u (nguyên lý đ nh đ a ch ) - Các l nh đ c thực hi n tuần tự nh vào b đ m ch ng trình (thanh ghi l nh) nằm bên trong b x lý. - Ch ng trình có thể biểu di n d i d ng s và đặt vào trong b nh . 1.2.1.2 S đ t ch c t ng quát c a máy vi tính Hình 1.2 là s đ kh i ki n trúc chung c a m t máy vi tính 5
  6. B nh trong ROM RAM CPU BUS h th ng Giao ti p nhập Giao ti p xuất Thi t b nhập Thi t b xuất -Bàn phím -Màn hình -Mouse -Máy in -Máy quét -máy v - đĩa - đĩa Hình 1.2: Sơ đ kiến trúc chung của máy vi tính 1.2.2 Ch c năng c b n c a các b phận -CPU (Central Processing Unit): Là b não c a máy tính bao g m 2 thành phần đó là: b s học và logic (ALU) và b đi u khiển (CU): Bộ số học và logic (Arithmetic and logic unit – ALU): Hầu h t các ho t đ ng tính toán cuả máy tính đ c thực hi n t i b s học và logic. Mọi phép toán s học và logic nh : c ng; tr ; nhân; chia hay so sánh 2 s đ uđ c thực hi n t i ALU. Không phải tất cả các toán h ng cần cho vi c tính toán phải trong b nh chính. Vi x lý có nh ng phần t nh t c đ cao gọi là các thanh ghi (registers). Các thanh ghi dùng để l u gi nh ng toán h ng đ c dùng th ng xuyên trong khi tính toán. M i thanh ghi có thể l u gi m t word s li u. Th i gian truy xuất thanh ghi là t 5 đ n 10 ns (nhanh h n th i gian truy xuất b nh chính) -Bộ điều khiển (control unit - CU): B đi u khiển có ch c năng thực hi n vi c ph i h p ho t đ ng c a tất cả các b phận khác nh : B s học và logic, b nh , các thi t b ngo i vi…sao cho nh p nhàng, đ t hi u quả cao. B đi u khiển m t mặt g i các tín hi u đi u khiển đ n các b phận, mặt khác nó luôn luôn theo dõi tr ng thái c a các b phận đó để đ a ra 6
  7. nh ng tín hi u đi u khiển h p lý. Ví dụ vi c chuyển s li u gi a b nh và các thi t b ngo i vi phải đ c đi u khiển b i b đi u khiển. B đi u khiển t o ra tín hi u th i gian để các hành đ ng c a các b phận xảy ra đúng vào th i điểm mong đ i. Có thể nói rằng b đi u khiển là m t đ n v đ c lập và nó đi u khiển tất cả các b phận khác trong máy. Trên thực t , m ch đi n cuả b đi u khiển đ c phân b đ n khắp n i trong máy. M t tập h p các đ ng dây đi u khiển (control bus) mang các tín hi u th i gian. Các tín hi u này dùng để đ ng b ho t đ ng cuả tất cả các b phận trong máy. ALU và b đi u khiển th ng là các thành phần có t c đ ho t đ ng nhanh h n các thành phần khác n i v i máy tính. Đi u này cho phép s dụng ch m t vi x lý để đi u khiển m t s l n các thi t b ngo i vi có t c đ ho t đ ng khác nhau nh b nh ngoài, màn hình, máy in … -Bộ nhớ (memory) Ch c năng cuả b nh là l u gi s li u và ch ng trình. Có 2 lo i b nh : b nh s cấp (b nh chính hay còn gọi là b nh trong - Primary Memory – Main Memory- Internal Memory) và b nh th cấp (b nh ngoài hay còn gọi là b nh phụ -Secondary Memory - Auxiliary Memory - External Memory). B nh s cấp hay b nh chính (Main memory) có t c đ rất nhanh. B nh chính bao g m m t s l n các ô nh bán dẫn. M i ô nh ch a đ c m t bit thông tin. Vi c đọc hoặc vi t thông th ng đ c ti n hành v i 1 nhóm ô nh gọi là t nh hay word nh (memory word). B nh chính đ c t ch c sao cho n i dung c a m t word (n bit) có thể đ c truy xuất bằng l nh đọc hoặc vi t b nh . S các bit trên m t word nh gọi là đ dài word (word length) c a máy tính. Đ dài word c a các máy tính có thể là 8,16, 32 hoặc 64 bit. T ng s ô nh trên b nh gọi là dung l ng (capacity) b nh . Dung l ng b nh trong c a PC có thể là vài MB đ n hàng trăm MB. Hi n nay đã là TB. Để có thể truy xuất t i mọi word nh trên b nh , m i word nh đ c gán m t đ a ch (Address) riêng bi t. Word nh trong b nh có thể đ c truy xuất bằng cách ch ra đ a ch và l nh đọc vi t t ng ng. S li u đ c x lý theo m t word, 7
  8. b i c a word hoặc m t phần c a word. Khi b nh đ c truy xuất, thông th ng m t word c a s li u đ c đọc t b nh ra hoặc đ c vi t vào b nh . Ch ng trình phải nằm trên b nh khi đang thi hành. L nh và s li u có thể đ c vi t vào b nh hay đọc ra d i sự đi u khiển c a vi x lý. Th i gian cần thi t để truy xuất t i m t v trí nh trong b nh gọi là th i gian truy xuất b nh (memory access time = Tacc). Các b nh có Tacc không phụ thu c v trí nh gọi là b nh truy xuất ngẫu nhiên (Random Access Memories = RAM). Tacc có giá tr vài chục ns (nano second) trong các máy tính hi n đ i. Mặc dù b nh chính rất quan trọng, nh ng giá thành l i quá cao. Vì vậy ng i ta dùng thêm b nh phụ (secondary memory) khi mu n l u gi m t l ng l n thông tin không s dụng th ng xuyên. B nh phụ có thể là đĩa t (magnetic disks) hay đĩa quang (Compact Disc), băng t … -Thiết bị nhập (input device) Máy tính nhận thông tin đã đ c mã hóa thông qua thi t b nhập. Quá trình này gọi là đọc s li u. Thi t b nhập th ng dùng nhất là bàn phím (key board). Key board đ c n i sao cho khi m t phím đ c nhấn, ký tự hoặc s t ng ng đ c tự đ ng chuyển thành mã nh phân và đ c g i trực ti p t i b nh hoặc vi x lý. Có m t s thi t b nhập khác nh : chu t (mouse), máy quét (scanner)... -Thiết bị xuất (output device) Thi t b xuất làm vi c theo nguyên tắc ng c l i v i thi t b nhập. Ch c năng c a thi t b xuất là g i các k t quả đã đ c x lý ra ngoài. M t s thi t b nh màn hình, máy in (printer), máy v … Tóm l i, ho t đ ng t ng quát cuả m t máy tính có thể tóm tắt nh sau: • Máy tính nhận thông tin d i d ng ch ng trình và s li u thông qua thi t b nhập. Thông tin đ c l u gi trong b nh máy tính. • Thông tin đ c l u gi trong b nh đ c lấy vào ALU d i sự đi u khiển cuả ch ng trình. T i ALU, thông tin đ c x lý. • Thông tin đã đ c x lý đ c đ a ra ngoài thông qua thi t b xuất. • Tất cả các ho t đ ng bên trong máy tính đ c ch dẫn b i b đi u khiển. 8
  9. -Bus hệ thống: tập h p các đ ng dây kim lo i dẫn đi n để CPU có thể liên k t v i các b phận khác. 1.2.3 Quá trình thực hi n l nh 1.2.3.1 Chu kỳ l nh Máy tính đ c đi u khiển b i các l nh (instructions). Để thực hi n m t nhi m vụ cho tr c, m t ch ng trình t ng ng bao g m m t tập các l nh s đ cl u gi trong b nh chính. Các l nh riêng r s đ c đọc t b nh vào vi x lý. M i l nh s thực hi n m t thao tác đã đ nh sẳn. S li u l u gi trên b nh đ cs dụng nh các toán h ng (operands). Vi c chuyển s li u gi a b nh chính và vi x lý đ c bắt đầu bằng vi c vi x lý g i đ a ch c a ô nh cần truy xuất và tín hi u đi u khiển h p lý t i b nh . S li u sau đó s đ c chuyển gi a b nh và vi x lý m t cách t ng ng. Cùng v i ALU và b đi u khiển, vi x lý còn có các thanh ghi dùng cho vi c l u tr t m th i s li u. Thanh ghi l nh (IR - Instruction Register) gi l nh đang đ c thực hi n. B đ m ch ng trình (PC - Program Counter) ch a đ a ch b nh c a l nh s đ c thực hi n. Sau khi thực hi n l nh, n i dung cuả thanh PC s đ c cập nhật t i đ a ch c a l nh ti p theo. Bình th ng n i dung cuả PC s tăng lên 1 n u ch ng trình không b m t l nh nhảy hay l nh ngắt nào khác. 1.2.3.2 Ti n trình x lý l nh Có hai thanh ghi dùng để giao ti p v i b nh là: Thanh ghi đ a ch b nh (MAR Memory Address Register) và thanh ghi s li u b nh (MDR Memory Data Register). MAR ch a đi ch cuả ô nh cần truy xuất, còn MDR gi n i dung c a s li u cần chuyển (gi a Vi x lý và b nh ). Các b c ho t đ ng c bản khi thực hi n 1 ch ng trình nh sau: Ch ng trình ch a trong b nh chính. Vi c thực thi ch ng trình bắt đầu khi PC ch t i v trí nh mà l nh đầu tiên c a ch ng trình đ c l u gi . N i dung c a PC đ c chuyển t i MAR và m t tín hi u đi u khiển đọc đ c g i t i b nh . Sau th i gian cần cho vi c truy xuất b nh , n i dung c a t (word) nh (l nh đầu tiên c a ch ng trình) đ c đọc vào MDR. Ti p theo, n i dung c a MDR đ c chuyển đ n IR. T i th i điểm này l nh đã sẳn sàng cho vi c giải mã và thực hi n . N u l nh là m t phép toán mà ALU phải tính thì cần phải lấy 9
  10. các toán h ng cần thi t. N u toán h ng đã có sẵn bên trong b nh (các toán h ng cũng có thể đ c ch a trong các thanh ghi dùng chung) thì nó phải đ c đọc vào ALU bằng cách g i đ a ch toán h ng t i MAR và kh i t o chu trình đọc (read cycle). Toán h ng sau đó đ c đọc t b nh vào MDR r i chuyển t i ALU. Sau khi m t hoặc nhi u toán h ng đ c đọc theo cách này, ALU có thể thực hi n phép toán. N u k t quả phép toán đ c l u tr trong b nh thì nó đ c g i t i MDR. Đ a ch ô nh t i đó k t quả đ c l u tr s đ c g i t i MAR và chu trình vi t (write cycle) s đ c bắt đầu. Trong khi m t l nh đang đ c thực hi n, n i dung cuả PC s tăng lên sao cho nó ch t i đ a ch c a l nh k ti p. Ngay sau khi l nh hi n hành đ c hoàn tất, l nh m i s đ c lấy vào vi x lý để giải mã và thực hi n. Cùng v i vi c chuyển s li u gi a b nh chính và vi x lý, máy tính truy xuất s li u t các thi t b vào và g i k t quả đ n thi t b ra. Do đó có m t s l nh máy cho phép chuyển s li u vào ra. Vi c thực hi n m t ch ng trình có thể b ngắt n u m t hoặc nhi u thi t b ngo i vi yêu cầu đ c phục vụ. Tín hi u ngắt đ c t o ra b i các thi t b ngo i vi để yêu cầu vi x lý phải phục vụ chúng. Ngắt cũng đ c t o ra b i l nh INT trong các ch ng trình. Vi x lý s cung cấp m t d ch vụ theo yêu cầu bằng cách thi hành m t ch ng trình con phục vụ ngắt (Interrupt service routine). Tr c khi phục vụ ngắt, tr ng thái bên trong c a vi x lý phải đ c cất gi vào b nh . Bình th ng, n i dung cuả PC, các thanh ghi đa ch c năng và m t s thông tin đi u khiển phải đ c cất gi . Khi ch ng trình con phục vụ ngắt k t thúc, tr ng thái c a ch ng trình chính s đ c phục h i sao cho ch ng trình chính đã b ngắt có thể ti p tục. 1.3 Gi i thi u t ch c bên trong c a máy vi tính 1.3.1 S đ Hình 1.3 là s đ cấu trúc c a 1 máy vi tính 10
  11. B nh trong RAM B nh trong ROM BIOS CPU Chipset Chipset Giao ti p IDE CU ALU bắc nam ( đĩa) B ngu n Khe cắm card đ họa Khe cắm m r ng PCI Hình 1.3: Sơ đ cấu trúc máy vi tính 1.3.2 Cấu hình và các đặc tr ng kỹ thuật Tuỳ theo công vi c mà ng i ta chọn máy tính có cấu hình phù h p. M t máy tính th ng đ c chú ý b i các thành phần sau: - Mainboard: Là lo i mainboard có chipset h tr các lo i CPU nào, t c đ đ ng h máy là bao nhiêu? - CPU: Các thông s th ng đ c chú ý: Hãng sản xuất, lo i CPU, cache n i, t cđ … - RAM: B nh trong th ng đ c chú ý b i các tham s : Lo i RAM; dung l ng; t c đ - đĩa c ng: Các thông s th ng đ c chú ý: Hãng sản xuất; dung l ng; t c đ quay… - đĩa quang: G m có các lo i CD; DVD…Các thông s th ng đ c chú ý là: Hãng sản xuất; t c đ đọc ghi… - Màn hình: Các thông s th ng đ c chú ý: Là lo i màn hình; đ r ng; đ phân giải; hãng sản xuất. - Bàn phím: Các thông s th ng đ c chú ý: Lo i bàn phím; Hãng sản xuất - Chu t: Các thông s : Lo i chu t; hãng sản xuất 11
  12. Ch ng 2. C S S VÀ LOGIC 2.1. Các h th ng s dùng trong máy tính đi n t Trong máy tính ng i ta th ng s dụng các h đ m sau: - H hai (C s 2) hay còn gọi là h nh phân: Các con s c a h nh phân đ c biểu di n b i 2 ký s là: 0; 1. -H m i (C s 10) hay còn gọi là h thập phân: Các con s trong h thập phân đ c biểu di n b i 10 ký s là: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9. -H m i sáu (C s 16) hay còn gọi là h thập lục phân: Các con s c a h thập lục phân đ c biểu di n b i 16 ký s là: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; A; B; C; D; E; F. Các h đ m trên đ u là h đ m theo v trí dựa trên c s c a các ký s . Giá tr c a m t con s đ c biểu di n b i 1 dãy các ký s , trong đó giá tr c a 1 ký s tuỳ thu c vào v trí c a nó trong dãy. Công th c t ng quát tính giá tr c a 1 con s trong 1 h đ m: N u gọi: - x là giá tr c a con s ; C là c s ; K là ký s - i là v trí c a ký s tính t i dấu ngăn cách thập phân; n đ c tính cho phần nguyên; m đ c tính cho phần lẻ. n1 Ta có: x = C i  m i * Ki Để phân bi t các s trong các h đ m, ng i ta quy c nh sau: - Con s c a h thập phân k t thúc bằng D hoặc d hoặc có thể b qua - Con s c a h nh phân k t thúc bằng B hoặc b - Con s c a h thập lục phân k t thúc bằng H hoặc h. Máy tính s dụng hai tr ng thái ng v i 0 và 1, nh vậy để biểu di n 1 s cần quá nhi u ký s , cho nên ng i ta th ng dùng 1 ký s c a h thập lục phân để biểu di n 1 nhóm 4 ký s c a h nh phân. Bảng t ng ng gi a nhóm 4 ký s c a h nh phân và h thập phân và h thập lục phân: 12
  13. Decimal Hexa Binary Decimal Hexa Binary 0 0 0000 8 8 1000 1 1 0001 9 9 1001 2 2 0010 10 A 1010 3 3 0011 11 B 1011 4 4 0100 12 C 1100 5 5 0101 13 D 1101 6 6 0110 14 E 1110 7 7 0111 15 F 1111 2.2 Biểu di n thông tin trong máy tính đi n t Máy tính s (Computer) là m t m ng đi n ph c t p, ho t đ ng trên nguyên tắc có hay không có dòng đi n ch y trong t ng đo n m ch trong m ng đi n đó. D li u đ c ghi nh bằng các m ch đi n có khả năng thể hi n m t s tr ng thái xác đ nh. M i m ch đi n nh vậy là m t tr ng thái nh căn bản. S giá tr m t phần t nh căn bản có thể biểu di n cũng chính là s tr ng thái m ch đi n t o nên nó. Do khả năng ch t o m ch, hi n nay các phần t nh trên máy tính th ng đ c thi t lập t các m ch đi n có hai tr ng thái xác đ nh b i m c đi n áp cao và thấp. T ng ng v i hai tr ng thái c a m ch đi n, m i phần t nh mang m t trong hai giá tr là 0 hoặc 1. M t phần t nh nh vậy đ c gọi là 1 bit. Bằng các thi t b đi n t ng i ta có thể ch t o các m ch thực hi n các phép toán logic NOT, AND, OR, XOR v i bảng sự thật c a 2 phần t A và B có các tr ng thái 0 hoặc 1 nh sau: A B NOT A A AND B A OR B A XOR B 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 Trong máy tính để biểu di n đ c nhi u tr ng thái h n, ng i ta th ng dùng 1 nhóm các bit và có tên gọi nh sau: - Nhóm 4 bit đ c gọi là nibble 13
  14. - Nhóm 8 bit đ c gọi là Byte - Nhóm 16 bit đ c gọi là Word - Nhóm 32 bit đ c gọi là double word (dword) 2.3 Các m ch đi n t s trong máy tính 2.3.1 B đ o pha. Ký hi u trên bản v cho b đảo pha nh hình 2.1. Trong đó hình a) có hình thù phân bi t, phần b) thể hi n các hình vuông góc. 1 1 a) Các ký hi u có hình a) Ký hi u nét vuông góc phân bi t v i ch th âm v i ch th phân cực Hình 2.1: Các ký hiệu logic tiêu chu n cho bộ đảo pha + Dụng cụ ch th âm và ch th phân cực: Dụng cụ ch th âm có hình bọt bóng ch sự đảo pha khi nó xuất hi n đầu vào hoặc đầu ra c a phần t logic. Đầu ra có bọt bóng có nghĩa là m c 0 đang ho t đ ng hoặc tr ng thái đầu ra đ c xác nhận. N u không có bọt bóng đầu vào hoặc đầu ra có nghĩa là m c 1 đang ho t đ ng hoặc tr ng thái đ c xác nhận. Chi u phân cực hoặc dụng cụ ch th đ nh m c là 1 hình tam giác nh hình b ch ra sự đảo pha khi nó xuất hi n đầu vào hoặc đầu ra. Khi nó xuất hi n đầu vào có nghĩa là m c thấp đang ho t đ ng hoặc tr ng thái đầu vào đã đ c xác nhận. Khi xuất hi n đầu ra thì có nghĩa là m c thấp đang ho t đ ng hoặc tr ng thái đầu ra đã đ c xác nhận. + Thực hi n đảo pha: Hình 2.2 thể hi n đầu ra c a 1 b đảo pha v i đầu vào là 1 xung và xung nhận đ c đầu ra 14
  15. t1 t2 t1 t2 Xung đầu vào Xung đầu ra Hình 2.2: Bộ đảo pha với xung đầu vào xung và xung đầu ra + Bảng sự thật c a b đảo pha: Đầu vào Đầu ra Thấp (0) Cao (1) Cao (1) Thấp (0) + M t ng dụng c a b đảo pha: Hình 2.3 cho thấy 1 ng dụng c a 1 b đảo pha thực hi n vi c lấy phần bù c a 1 s nh phân 8 bit. Các bit c a s nh phân đ c đ a vào t i đầu vào và đầu ra ta s có phần bù c a s nh phân đó. Đầu vào Đầu ra Hình 2.3: Mạch đảo pha 8 bit 2.3.2 C ng AND. + C ng AND đ c s dụng để thực hi n phép toán logic AND. C ng AND có thể có nhi u đầu vào và ch có 1 đầu ra. Hình 2.4 là ký hi u c ng AND có 2 đầu vào. A X B Hình 2.4: Ký hiệu c ng AND 2 đầu vào và 1 đầu ra 15
  16. + Phép toán logic c a c ng AND: C ng AND t i đầu ra là m c cao (1) khi tất cả đầu vào đ u là m c cao (1); trong tất cả các tr ng h p còn l i thì đầu ra là m c thấp (0). + Bảng sự thật c a c ng AND 2 đầu vào: Đầu vào Đầu ra A B X 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 + Ví dụ: Hai d ng sóng A và B đ c đ a vào đầu vào c a 1 c ng AND hình 2.5 và d ng sóng t i đầu ra c a nó Cao Thấp A Cao Thấp B Cao Thấp X Hình 2.5: Dạng sóng đầu vào và đầu ra của c ng AND 2 đầu vào 2.3.3 C ng OR. A X B Hình 2.6: Ký hiệu c ng OR 2 đầu vào + C ng OR đ c s dụng để thực hi n các phép toán logic OR. C ng OR có thể có nhi u đầu vào nh ng ch có 1 đầu ra. Hình 2.6 là ký hi u c a 1 c ng OR có 2 đầu vào. + Các phép toán trên c ng OR: C ng OR có giá tr đầu ra là thấp (0) khi tất cả tất cả các đầu vào là thấp; tất cả các tr ng h p khác đầu cho đầu ra là cao. 16
  17. + Bảng sự thật c a c ng OR có 2 đầu vào: X = A + B Đầu vào Đầu ra A B X=A+B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 2.3.4 C ng NAND. + C ng NAND là vi t tắt c a Not AND và bao hàm m t hàm AND và m t đầu ra bù. C ng NAND có thể có nhi u đầu vào và ch có 1 đầu ra. Hình 2.7 là ký hi u c a c ng NAND 2 đầu vào. A X B Hình 2.7: Ký hiệu c ng NAND 2 đầu vào + Các phép toán logic c a c ng NAND: C ng NAND có giá tr đầu ra m c thấp khi tất cả các giá tr đầu vào là cao; trong tất cả các tr ng h p còn l i đầu ra c a nó có giá tr cao. + Bảng sự thật c a c ng NAND có 2 đầu vào: X = A.B Đầu vào Đầu ra A B X= A..B 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 2.3.5 C ng NOR. + C ng NOR là vi t tắt c a Not OR; nó bao hàm 1 hàm OR và m t đầu ra bù. C ng NOR có thể có nhi u đầu vào, nh ng ch có 1 đầu ra. Hình 2.8 là ký hi u c a 1 c ng NOR có 2 đầu vào. 17
  18. A X B Hình 2.8: Ký hiệu c ng NOR 2 đầu vào + Các phép toán logic c a c ng NOR: C ng NOR có giá tr đầu ra m c cao n u tất cả các giá tr c a đầu vào đ u là thấp; trong tất cả các tr ng h p còn l i đầu ra s có giá tr thấp. + Bảng sự thật c a c ng NOR 2 đầu vào: X = A  B Đầu vào Đầu ra A B X= A  B 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 2.3.6 C ng XOR. + C ng OR-lo i tr (Vi t tắt là XOR) đ c dùng để thực hi n phép toán XOR. C ng XOR ch có 2 đầu vào và 1 đầu ra. Hình 2.9 là ký hi u c a c ng XOR. A X B Hình 2.9: Ký hiệu c ng XOR + Các phép toán trên c ng XOR: Đầu ra c a c ng XOR là cao n u t i 2 đầu vào c a nó có giá tr đ i ngh ch nhau; trong các tr ng h p còn l i thì đầu ra c a nó có giá tr thấp. + Bảng sự thật c a phép toán XOR Đầu vào Đầu ra A B X 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 18
  19. 2.3.7 C ng XNOR. + C ng XNOR là c ng NOR-lo i tr . C ng XNOR ch có 2 đầu vào và 1 đầu ra. Hình 2.10 là ký hi u c a c ng XNOR. A X B Hình 2.10: Ký hiệu c ng XNOR + Các phép toán trên c ng XNOR: Đầu ra c a c ng XNOR là cao n u cả 2 đầu vào cùng giá tr ; trong các tr ng h p còn l i thì đầu ra có giá tr thấp. + Bảng sự thật c a c ng XNOR: Đầu vào Đầu ra A B X 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 2.3.8 Các phép tính trên h nh phân Các phép tính trên s nh phân nh : C ng (+); tr (-); nhân (*); chia (/) đ c thực hi n v i các quy tắc gi ng nh trên h thập phân. Trên máy tính các s nh phân đ c l u tr b i 1 s bit xác đ nh (4bit/8bit/16bit/32bit…), do vậy nó có chi u dài không đ i. 2.3.8.1 Phép c ng nh phân: Quy tắc: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1 + 1 = 0 nh 1 (10) Ví dụ: Giả s có 8 bit để l u tr . Ta có: 19
  20. 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 + + 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1  Bit tràn 2.3.8.2 Phép tr nh phân Quy tắc: 0-0=0 1-1=0 1–0=1 0 – 1 = 1 nh 1 Ví dụ: 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 - - 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 2.3.8.3 Phép nhân nh phân Quy tắc: 0*0=0 1*0=0 0*1=0 1*1=1 Ví dụ: 1 0 0 1 S b nhân (9) x 0 1 1 0 S nhân (6) 0 0 0 0 Thành phần th 1 c a t ng tích luỹ 1 0 0 1 Thành phần th 2 c a t ng tích luỹ 1 0 0 1 Thành phần th 3 c a t ng tích luỹ 0 0 0 0 Thành phần th 4 c a t ng tích luỹ 0 1 1 0 1 1 0 T ng tích lũy (54) 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2