0
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ
*****
GIÁO TRÌNH
KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH
Dùng cho sinh viên Đại học – Ngành Công nghệ thông tin
(Tài liệu lưu hành nội bộ)
LỜI NÓI ĐẦU
Môn học Kỹ thuật ghép nối máy tính là một môn học tổng hợp nhiều
kiến thức trong chương trình đào tạo kỹ sư công nghệ thông tin. Để có thể xây
dựng được hệ thống phần cứng cần sử dụng các kiến thức về kỹ thuật điện tử,
kỹ thuật vi xử lý, kiến trúc máy tính. Để xây dựng được phần mềm điều khiển
phần cứng, cần các kỹ năng lập trình bằng các ngôn ngữ lập trình. Trong
nhiều trường hợp còn cần tới kỹ năng lập trình qua mạng máy tính.
Nhằm hướng dẫn sinh viên học môn học này một cách có hiệu quả và ít
tốn công sức, ngoài các vấn đề lý thuyết chung trong giáo trình này chúng tôi
chú trọng đến các ví dụ đơn giản, cơ bản mà người học là các sinh viên đại
học và cao đẳng Công nghệ thông tin có thể tự thực hiện dễ dàng trong quá
trình học tập.
Giáo trình “Kỹ thuật ghép nối máy tính” được biên soạn làm tài liệu
giảng dạy và học tập cho giảng viên và sinh viên hệ Đại học, Cao đẳng ngành
Công nghệ thông tin tại trường Đại học Sao Đỏ, đồng thời cũng là tài liệu
tham khảo cho những ai đam mê ngành công nghệ thông tin.
Trong quá trình biên soạn giáo trình, mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc
chán không thể tránh khỏi sai sót. Chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến
đóng góp của đồng nghiệp, của các em sinh viên và bạn đọc để tài liệu được
hoàn thiện hơn.
1
A. LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1
CẤU TRÚC CHUNG MÁY TÍNH
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Lịch sử phát triển và phân loại
Nhiều thế hệ trôi qua con người đã thực hiện các phép toán với các con
số chủ yếu bằng tay hay bằng các công cụ tính thô sơ (bảng tính, máy tính,..)
Năm 1943, John Mauchley và các học trò của ông đã chế tạo ra chiếc
máy tính điện tử đầu tiên ở Mĩ- chiếc máy tính được đặt tên là ENIAC
(Electronic Numerial Itergrator And Caculator). Nó gồm 18000 đèn điện tử,
15000 rowle, nặng gần 30 tấn, tiêu thụ công suất điện 140KW. Chiếc máy
tính này mục đích phục vụ quân đội trong chiến tranh thế giới lần thứ hai
nhưng đến năm 1946 nó mới hoàn thành.
Cho đến ngày nay máy tính đã có những sự phát triển vượt bậc, ứng
dụng hầu hết các hoạt động của xã hội với rất nhiều chủng loại, thế hệ tùy
theo công việc. Tuy nhiên từ đó đến nay có thể phân tích máy tính ra thành
các thế hệ sau:
Thế hệ 1 (1950-1959):
- Về kỹ thuật: Linh kiện dung đèn điện tử, độ tin cậy thấp, tổn hao năng
lượng. Tốc độ tính toán từ vài nghìn đến vài trăm nghìn phép tính/giây.
- Về phần mềm: Chủ yếu dung ngôn ngữ máy tính để lập trình.
- Về ứng dụng: Mục đích nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
Thế hệ 2 (1959-1964):
- Về kỹ thuật: Linh kiện bán dẫn chủ yếu là transistor. Bộ nhớ có dung
lượng khá lớn.
- Về phần mềm: Đã bắt đầu xử dụng một số ngôn ngữ lập trình bậc cao:
Fortran, Algol, Cobol…
- Về ứng dụng: Tham gia giải các bài toán kinh tế xã hội.
Thế hệ 3 (1964-1974):
- Về kỹ thuật: Linh kiện chủ yếu được sử dụng là các mạch tích hợp
(IC), các thiết bị ngoại vi được cải tiến, đĩa từ được sử dụng rộng rãi. Tốc độ
tính toán đạt vài triệu phép toán trên giây,s dung lượng bộ nhớ đạt vài MB
(Megabytes).
2
- Về phần mềm: Xuất hiện nhiều hệ điều hành khác nhau. Xử lý song
song, phần mềm đa dạng, chất lượng cao, cho phép khai thác máy tính theo
nhiều chế độ khác nhau.
- Về ứng dụng: Tham gia trong nhiều lĩnh vực của xã hội.
Thế hệ 4 (1974-đến nay):
- Về kỹ thuật: Xử dụng mạch tích hợp cỡ lớn (Very large scale
intergration) VLSI, thiết kế các cấu trúc đa xử lí. Tốc độ đạt tới hang chục
triệu phép tính/giây).
1.1.2. Biểu diễn thông tin trong máy tính
1.1.2.1. Hệ đếm
a. Hệ đếm bất kỳ
Bất kỳ một hệ đếm nào đều biểu diễn một số nguyên theo nguyên tắc
sau:
(1.1)
Trong đó N là một số nguyên có n chữ số. Chữ số ai tại vị trí i (i=0...n-
1) được gọi là trị số (hay còn gọi là trọng số). Giá trị s là cơ số của hệ đếm.
Hệ đém được đặt tên theo giá trị cơ số s. Chẳng hạn, với s=2 ta có hệ đếm cơ
số 2, với s=10 ta có hệ đếm cơ số 10. Giá trị s cũng xác định số ký tự cần
dung để biểu diễn trị số. Chẳng hạn với s=2 hệ đếm sẽ cần hai ký tự để biểu
diễn, vì thế ta có khái niệm hệ nhị phân. Tương tự như vậy, hệ đếm 10 được
gọi là hệ thập phân.
b. Hệ đếm thập phân
Định nghĩa: là hệ đếm quen thuộc nhất của nhân loại. Có lẽ hệ đếm này
bắt nguồn từ việc người tiền sử dùng mười đầu ngón tay để đếm các đồ vật
xung quanh. Ngày nay toàn thế giới thống nhất sử dụng những ký tự số Ả Rập
để biểu diễn hệ thập phân. Các ký tự số đó là: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Việc phát
minh ra số 0 mới có khả năng biểu diễn số nguyên theo đúng nguyên tắc đã
nêu trong phương trình (1.1).
Ngoài ra như chúng ta đã biết một số nền văn minh khác cũng phát
minh ra hệ đếm của mình như Trung Quốc, La Mã cổ…Tuy nhiên vì không
có ký tự số 0 nên các hệ đếm này đều cần nhiều hơn 10 ký tự để biểu diễn số
nguyên.
3
Ví dụ biểu diễn số nguyên:
N=1547D=1.103+5.102+3.101+7.100
c. Hệ đếm nhị phân
Được hình thành trên cơ sở đại số logic Boole, xuất hiện từ cuối thế kỷ
19. Hệ đếm này và các môn toán liên quan đến nó thực sự phát huy được sức
mạnh khi có mạch điện hai trạng thái. Với hai con số 0,1 có thể biểu diễn một
số nguyên bất kỳ. Mỗi ký tự (hay mỗi số) của hệ nhị phân được gọi là một bit
(binary digit). Đối với máy tính điện tử các bit được biểu diễn bằng một hiệu
điện thế tương ứng: mức 0 (0V-1V), mức 1 (2V-5V).
Để giản tiện trong việc sử dụng số nhị phân, người ta còn đặt nhiều bội
số của hệ nhị phân như sau:
+) 4 bit là một nibble.
+) 8 bit là một byte.
+) 16 bit là một từ (word).
+) 32 bit là một từ kép (double word)
+) 210 bit là một kilobit (Kbit).
+) 220 bit là một Megabit (Mbit).
+) 230 bit là một Gigabit (Gbit).
Ví dụ: biểu diễn một số nguyên:
N=1011B=1.23+0.22+1.21+1.20=11D
1.1.2.2. Chuyển đổi giữa các hệ đếm
a. Chuyển đổi số từ hệ nhị phân sang thập phân
Một số thuộc hệ đếm nhị phân có giá trị trong hệ đếm thập phân là:
Trong đó:
- ai = {0, 1} và được gọi là 1 ký tự hay còn gọi là 1 bít.
- a0: là số có trọng số nhỏ nhất của phần nguyên
- an-1: Là số có trọng số lớn nhất của phần nguyên
- a-1: Là số có trọng số lớn nhất của phần thập phân
Ví dụ: Chuyển số (10011,001)2 sang hệ 10.
Từ công thức trên ta có:
(10011,001)2=1.24+0.23+0.22+1.21+1.20+0.2-1+0.2-2+1.2-3
4