Bài giảng Hệ thống máy tính: Phần cứng - Lý Thị Huyền Châu

HỆ THỐNG MÁY TÍNHPHẦN CỨNGGiảng viên: LÝ THỊ HUYỀN CHÂUKhoa Công Nghệ Thông TinTrường ĐHDL Văn LangGIỚI THIỆUNỘI DUNGBộ nhớ lưu trữ (Memory)Kiến trúc Bộ xử lý (CPU)Cấu trúc bộ nhớBộ đĩa từ (Magnetic Disk Unit) Bộ băng từ (Magnetic Tape Unit) Đĩa cứng (Hardware)1. BỘ NHỚ (MEMORY) Phần tử lưu giữ được gọi là bộ nhớ bán dẫn hay bộ nhớ mạch tích hợp và nói chung chúng được chia thành RAM và ROM.1.1 RAM (Random Access Memory)RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) là bộ nhớ bán dẫn nó có thể đọc và ghi dữ liệu. Khi tắt máy tính đi, thì dữ liệu được lưu giữ tại đó cũng mất. 1.1 RAM (Random Access Memory)RAM được phân loại thành DRAM và SRAM.1.2 ROM (Read-Only Memory) ROM là bộ nhớ bán dẫn chỉ sử dụng để đọc. Từ đầu, những chương trình và dữ liệu được lưu giữ ở ROM, thông tin được lưu giữ không bị mất đi kể cả khi máy tính bị tắt đi. 1.2 ROM (Read-Only Memory) ROM được phân loại thành Mask ROM và ROM có thể lập trình theo yêu cầu người sử dụng.Mask ROM:ROM:Bài tập 1Các bộ nhớ bán dẫn, tùy theo mục đích sử dụng và đặc tính, được chia làm một số loại khác nhau. Loại thiết bị mà ngay cả khi bị ngắt điện nguồn, dữ liệu vẫn không bị mất và có thể ghi chồng lên bao nhiêu lần cũng được, là thiết bị nào dưới đây. a. Mask ROMb. SRAMc. DRAMd. Flash memorye. SIMMBài tập 2SRAM (Static RAM) là một loại RAM, có tốc độ truy cập rất nhanh, nếu không bị ngắt điện nguồn, dữ liệu sẽ không bao giờ bị mất. SRAM được tạo ra bằng cách sử dụng loại mạch nào dưới đây?a. Mạch ANDb. Mạch lật (flip-flop)c. Bộ cộng đầy đủ (full adder)d. Bộ cộng bán phần (half adder)e. Mạch NOT2. KIẾN TRÚC BỘ XỬ LÝCấu trúc của máy tính: 2. KIẾN TRÚC BỘ XỬ LÝControl unit và Operation unit đều được gọi là Processing unit (bộ xử lý) hoặc Central processing unit (CPU, bộ xử lý trung tâm). 2.1 Những phương thức xác định địa chỉPhương pháp xác định địa chỉ là phần địa chỉ của lệnh xác định địa chỉ bộ nhớ chính và thanh ghi cần cho xử lý.2.3 Xử lý đường ốngTrong kiến trúc xử lý đường ống, khi lệnh một đang được thực thực hiện, thì lệnh tiếp theo là đồng thời được đọc và xử lý.2.3 Xử lý đường ốngTừng bước thực hiện chương trình là:Chu kỳ lệnh (1): Lệnh được đọc từ bộ nhớ chínhChu kỳ lệnh (2): Lệnh được giải mã và địa chỉ được tính toánChu kỳ thực hiện (3): Việc đọc và ghi bộ nhớ chính được thực hiệnChu kỳ thực hiện (4): Các hành động được xác định bởi lệnh được thực hiện3. KIẾN TRÚC BỘ NHỚ Cấu trúc phân cấp của bộ nhớBài tập 3B (byte) là đơn vị thể hiện độ lớn về dữ liệu xử lý trong máy tính, 1B = 8bit. Vậy, 0.5GB bằng khoảng bao nhiêu bit?A 3,200,000 bitB 50,000,000 bitC 3,200,000,000 bitD 4,000,000,000 bitE 5,000,000,000 bitBài tập 4 Bộ nhớ đặt nằm giữa bộ xử lý và bộ nhớ chính, có tác dụng giảm bớt sự chênh lệch về tốc độ giữa hai thiết bị trên là thiết bị nào dưới đây?a. Thanh ghib. Bộ nhớ đệm ẩnc. Bộ nhớ ngoàid. Bộ đệm đĩae. Kênh nội bộ (internal bus)Bài tập 5Kỹ thuật tăng tốc độ chạy của máy tính thể hiện ở sơ đồ dưới đây tương ứng với đáp án nào?a. Đường ống lệnhb. MIPSc. Tăng nhịp đồng hồ (clock-up)d. CISCe. CPU đa năng4. BỘ ĐĨA TỪ (Magnetic Disk Unit) Bề mặt ghi dữ liệu của đĩa từ4. BỘ ĐĨA TỪ (Magnetic Disk Unit) Rãnh và Trụ4. 1 Tính toán dung lượng lưu trữCông thức:Dung lượng lưu giữ của đĩa từ = Dung lượng của một rãnh  Số rãnh trên 1 trụ  Số trụ của đĩa từ4. 1 Tính toán dung lượng lưu trữVí dụ: Cho một đĩa từ với các đặc tả sau:Số trụ: 800 trụSố rãnh/số trụ: 19 rãnhDung lượng lưu giữ/rãnh: 20.000 byte Hãy tính dung lượng lưu trữ của đĩa từ trên.4. 1 Tính toán dung lượng lưu trữVí dụ :Dung lượng lưu giữ theo trụ là như sau:20.000 byte/rãnh  19 rãnh/cylinder = 380.000 bytes/cylinder = 380 kB (kilo bytes)Vì số trụ của đĩa này là 800 nên dung lượng đĩa từ này là:380 kB/cylinder  800 cylinders = 304,000 kB = 304 MB (Mega bytes)4. 2 Tính toán hiệu năngHiệu năng của bộ đĩa từ được đo theo thời gian truy nhập và dung lượng lưu giữ. 4. 2 Tính toán hiệu năngThời gian truy nhập:Thời gian định vị đầu từThời gian tìm kiếm dữ liệu Thời gian truyền dữ liệu 4. 2 Tính toán hiệu năngThời gian truy nhập:Thời gian định vị đầu từ:4. 2 Tính toán hiệu năngThời gian truy nhập:Thời gian tìm kiếm dữ liệu: 4. 2 Tính toán hiệu năngThời gian truy nhập:Thời gian truyền dữ liệu : Khoảng thời gian trôi qua từ khi đầu từ bắt đầu truy nhập dữ liệu và khi truyền dữ liệu hoàn thành được gọi là thời gian truyền dữ liệu.4. 2 Tính toán hiệu năngThời gian truy nhập:Thời gian truy nhập của bộ đĩa từ = Thời gian định vị đầu từ trung bình + Thời gian tìm dữ liệu trung bình + Thời gian truyền.4. 2 Tính toán hiệu năng Ví dụ:Cho một bộ đĩa từ với đặc tả sau: Dung lượng theo rãnh: 15.000 bytesTốc độ quay của đĩa: 3.000 vòng/phútThời gian định vị đầu từ trung bình: 20 milligiâyTính thời gian truy nhập của đĩa từ khi 9.000 byte của bản ghi được thực hiện.4. 1 Tính toán dung lượng lưu trữVí dụ :Trước hết, thời gian tìm kiếm trung bình được tính.3.000 vòng/phút  60 giây/phút = 50 vòng/s1 vòng  50 vòng/s = 0,02 giây/vòng = 20 msVì thời gian tìm dữ liệu trung bình là thời gian cần thiết cho ½ vòng quay, qua đó ta có:20 ms  2 = 10 msTốc độ truyền dữ liệu = 50 rãnh/s  15.000 bytes/rãnh = 750  10^3 byte/s(9  10^3 byte)  (750  10^3 byte/s) = 0,012 giây = 12msThời gian định vị đầu từ trung bình + thời gian tìm kiếm trung bình + thời gian truyền dữ liệu= 20ms + 10ms + 12ms = 42ms.Questions & Answers