Bài giảng Lắp ráp cài đặt máy tính 1 - Bài 2: Kiến trúc máy tính

LẮP RÁP CÀI ĐẶTMÁY TÍNH 1Bài 2: KiẾN TRÚC MÁY TÍNHKiến trúc máy tínhKiến trúc cơ bản của máy tínhHệ thống BusBộ nhớCác phương pháp vào/ra dữ liệuCác thiết bị ngoại viKiến trúc cơ bản của máy tínhNhững thành phần cơ bản của máy tínhChức năng cơ bản của máy tínhXử lý dữ liệuLưu trữ dữ liệuDi chuyển dữ liệuĐiều khiểnKiến trúc cơ bản của máy tínhNhững thành phần cơ bản của máy tínhNhững thành phần cơ bản của máy tínhKiến trúc cơ bản của máy tínhNhững thành phần cơ bản của máy tínhNhững thành phần cơ bản của máy tínhĐơn vị xử lý‎‎ trung tâm (CPU): gồm hai phần chính: đơn vị điều khiển CU (Control Unit) và đơn vị số học-logic ALU (Arithmetic-Logic Unit). Bộ nhớ: Chức năng của bộ nhớ là lưu trữ thông tin.Thiết bị đầu vào: Thiết bị đầu vào thực hiện các chức năng nhập thông tin cho máy tính. Thiết bị đầu ra: Thiết bị đầu ra hiển thị các thông tin đưa ra từ máy tính, ở dạng người sử dụng có thể hiểu được.Kiến trúc cơ bản của máy tínhKiến trúc một máy tính đơn giảnKiến trúc cơ bảnĐơn vị xử lý trung tâm (CPU) Thanh ghi lệnh IR (Intruction Register) Đơn vị điều khiển CU (Control Unit)Bộ đếm chương trình PC (Program Counter)Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ MAR (Memory Address Register)Thanh ghi MBR (Memory Buffer Register)Đơn vị số học – logic ALU (Arithmetic – Logc Unit)Thanh chứa ACC (Accumulator) Thanh ghi tạm TMP (Temporary)Thanh ghi cờ FLAGSKiến trúc và nguyên tắc hoạt độngcủa máy tính đơn giản loại 4 bit Kiến trúc cơ bản của máy tínhKiến trúc một máy tính đơn giảnBộ nhớBộ nhớ là tập hợp các ô nhớ theo một trật tự nhất định, mỗi ô nhớ có một địa chỉ. Chức năng của bộ nhớ là chứa thông tin. Thao tác đọc bộ nhớ:CU đưa địa chỉ của ô nhớ cần đọc qua MAR ra BUS địa chỉ.CU đưa ra tín hiệu điều khiển đọc RD.Nội dung ô nhớ được đọc từ bộ nhớ vào MBR của đơn vị xử lý trung tâm.Kiến trúc cơ bản của máy tínhKiến trúc một máy tính đơn giảnBộ nhớThao tác ghi ô nhớ:CU đưa địa chỉ của ô nhớ cần ghi qua MAR ra BUS địa chỉ.CU đưa dữ liệu qua MBR ra BUS dữ liệu.CU đưa ra tín hiệu điều khiển ghi WR, dữ liệu từ đơn vị xử lý trung tâm được ghi vào bộ nhớ.Kiến trúc cơ bản của máy tínhKiến trúc một máy tính đơn giảnHoạt động của máy tính đơn giảnChức năng cơ bản của máy tính là thực hiện chương trình. Chương trình là một tập hợp các lệnh chứa trong bộ nhớ. Đơn vị xử lý trung tâm CPU thực hiện chương trình bằng cách tuần tự thực thi lệnh trong chương trình này.CPU nạp lệnh từ bộ nhớ và thực thi lệnh. Việc thực hiện chương trình thực chất là sự lập lại quá trình nạp lệnh và thực thi lệnh. Mỗi một lệnh được thực hiện trong một chu kỳ lệnh. Mỗi chu kỳ lệnh xảy ra trên nhiều chu kỳ nhịp đồng hồ của CPU. Mỗi lệnh được thực hiện theo nhiều giai đoạn, phụ thuộc loại lệnh. Việc thực hiện một lệnh thường trải qua năm giai đoạn: nhận lệnh, giải mã lệnh, tạo địa chỉ toán hạng, nhập toán hạng, thực thi lệnh. Kiến trúc cơ bản của máy tínhKiến trúc một máy tính đơn giảnTập lệnh của máy tính đơn giản: Các lệnh thường được phân theo các nhóm như: nhóm chuyển dữ liệu, nhóm lệnh số học/logic, nhóm lệnh điều khiển rẽ nhánh, nhóm lệnh thao tác bit, nhóm lệnh vào/ra dữ liệu v.v. Lệnh được biểu diễn dưới dạng mã nhị phân. Để thuận lợi hơn cho việc lập trình, người ta thường mô tả lệnh dưới dạng mã ngữ, ví dụ:Kiến trúc cơ bản của máy tínhKiến trúc một máy tính đơn giảnQuá trình thực hiện lệnh:Quá trình thực hiệnlệnh ADD xxx diễn ratheo các giai đoạn sau:Nhập lệnhGiải mã lệnhTạo địa chỉ toán hạngNhập toán hạngThực hiện phép cộngKết quả (ACC) ≡ 1100Đơn vị xử lý trung tâm tiếp tục thực hiện lệnh tiếp theo với (PC)≡1000Hệ thống BusHệ thống busCPU thực hiện kết nối và trao đổi thông tin với các đơn vị chức năng khác thông qua hệ thống BUS.BUS là đường truyền thông tin trong máy tính. Là tập hợp các đường dây truyền tín hiệu điện. Các thiết bị được kết nối lên BUS, tín hiệu được phát ra bởi một thiết bị có thể được nhận bởi các thiết bị khác đang được kết nối (về mặt điện) lên BUS.Hệ thống BUS của máy vi tính gồm 3 loại BUS, mỗi loại BUS truyền một loại thông tin.Hệ thống Bus3 loại hệ thống bus:Bus địa chỉ (address)Bus điều khiển (control)Bus dữ liệu (data)Hệ thống Bus3 loại hệ thống bus:Bus địa chỉĐược dùng để truyền địa chỉ của ô nhớ hoặc thiết bị mà CPU lựa chọn và muốn truy cập. BUS địa chỉ là loại BUS một chiều. Độ rộng của BUS địa chỉ xác định kích thước vật lý tối đa có thể của bộ nhớ trong máy tính.Hệ thống Bus3 loại hệ thống bus:Bus điều khiểnTruyền tín hiệu điều khiển. Các tín hiệu điều khiển do CPU hoặc các thiết bị phát ra để điều khiển các quá trình trao đổi dữ liệu trong máy tính.BUS điều khiển là loại BUS hai chiều. Bus và các vấn đề truyền thông tin trong máy tính3 loại hệ thống bus:Bus dataDi chuyển dữ liệu giữa các module hệ thống. BUS dữ liệu thường có 8, 16, 32 hay 64 đường riêng biệt, số lượng các đường truyền dữ liệu được gọi là độ rộng của BUS dữ liệu. BUS dữ liệu là loại BUS hai chiều, dữ liệu có thể do CPU phát ra hay CPU nhận về từ bộ nhớ hoặc các thiết bị.Tại mỗi thời điểm, CPU chỉ làm việc hoặc với bộ nhớ hoặc với một thiết bị. Khi CPU muốn trao đổi thông tin với đối tượng nào thì CPU gửi địa chỉ của đối tượng đó lên BUS địa chỉ. Đối tượng (bộ nhớ hoặc thiết bị) có địa chỉ trùng với địa chỉ do CPU phát ra sẽ được kết nối lên BUS dữ liệu. Quá trình truyền dữ liệu được thực hiện và được điều khiển bởi các tín hiệu điều khiển.Hệ thống BusThiết bị 3 trạng tháiThiết bị ba trạng thái là phương tiện giúp cho việc điều khiển kết nối (về mặt điện) bộ nhớ và các thiết bị liên hệ thống BUS.Hệ thống BusThiết bị 3 trạng tháiBảng mô tả chức năng của thiết bị ba trạng thái Các đối tượng có địa chỉ không phù hợp thì tín hiệu Enable sẽ là “1”, thiết bị ba trạng thái có trạng thái trở kháng cao, nênkhông kết nốiđược lên BUS Hệ thống BusChu kỳ busLà khoảng thời gian được CPU dùng để thực hiện một thao tác truyền thông tin nhất định với một đối tượng nhất định.Mỗi một chu kỳ BUS kéo dài trên nhiều chu kỳ nhịp đồng hồ máy tính. Bộ nhớCác đặc trưng của hệ thống bộ nhớVị trí Dung lượngĐơn vị truyềnPhương thức truy cậpKiểu vật lýĐặc tính vật lýCách tổ chứcBộ nhớSự phân cấp bộ nhớMục tiêu:Giảm chi phí.Tăng dung lượng.Tăng thời giantruy cập.Giảm tần sốtruy cập bộnhớ bởi CPU Bộ nhớBộ nhớ chính bán dẫnBộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM).DRAMSRAMBộ nhớ chỉ đọc (ROM).ROMBộ nhớ chỉ đọc khả trình (PROM).Bộ nhớ chỉ đọc khả trình có thể xóa được (EPROM).Bộ nhớ chỉ đọc khả trình có thể xóa được về mặt điện tử (EEPROM).Bộ nhớ flash.Bộ nhớTổ chứcPhần tử cơ sở của một bộ nhớ bán dẫn là ô nhớ. Các ô nhớ bán dẫn có chung một số tính chất sau:Chúng thể hiện hai trạng thái ổn định (hay bán ổn định) biểu thị hai giá trị 1 và 0.Chúng có khả năng cho phép ghi (ít nhất một lần) để thiết lập trạng thái.Chúng có khả năng cho phép đọc để lấy trạng thái.Bộ nhớTổ chức Ghi và đọc một ô nhớBộ nhớBộ nhớ cacheBộ nhớ cache chứa bản sao của một phần bộ nhớ chính. Khi CPU cố gắng đọc một thông tin từ bộ nhớ, thông tin này sẽ được kiểm tra xem có trong cache hay không. Nếu có, thông tin đó sẽ được cung cấp ngay cho CPU. Bộ nhớBộ nhớ cacheTổ chức bộ nhớ cacheBộ nhớBộ nhớ cacheCấu trúc bộ nhớ cacheBộ nhớBộ nhớ cacheĐọc bộ nhớ cacheCác phương pháp vào radữ liệuCấu trúc phần cứng của các hệ thống vào ra dữ liệuCác phương pháp vào radữ liệuCác phương pháp xuất nhập dữ liệuCó 4 phương pháp, nằm trong 2 nhómCác phương pháp vào radữ liệuCác phương pháp xuất nhập dữ liệuPhương pháp vào/ra theo định trìnhCác phương pháp vào radữ liệuCác phương pháp xuất nhập dữ liệuPhương pháp vào/ ra có thăm dò Các phương pháp vào radữ liệuCác phương pháp xuất nhập dữ liệuPhương pháp vào/ ra có thăm dò (tt) Các phương pháp vào radữ liệuCác phương pháp xuất nhập dữ liệuPhương pháp vào/ra theo ngắt cứng Các phương pháp vào radữ liệuCác phương pháp xuất nhập dữ liệuPhương pháp vào ra theo ngắt cứng Phân bố chức năng các yêu cầu ngắt và số ngắt trong máy PC Các phương pháp vào radữ liệuCác phương pháp xuất nhập dữ liệuPhương pháp vào – ra dữ liệu kiểu truy nhập trực tiếp bộ nhớ (phương pháp DMA – Direct Memory Access) Các thiết bị ngoại viBàn phímCông tắc phím và phương pháp tạo mã quét Các thiết bị ngoại viBàn phímHệ thống bàn phím của máy vi tính Các thiết bị ngoại viMàn hìnhMàn hình ống tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) Các thiết bị ngoại viMàn hìnhMột số khái niệm về thông số kỹ thuật trong màn hìnhĐiểm ảnh Mặt nạ chắnĐộ phân giảiQuét ngang và quét dọcVấn đề quét xen kẽ dòng trong MonitorBăng thông (Band Width) của màn hìnhCác lưới của đèn hình (Grid)Các thiết bị ngoại viMàn hìnhHiển thị ở chế độ văn bản Các thiết bị ngoại viMàn hìnhBộ điều khiển màn hình CRTC Các thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từNguyên lý lưu trữ thông tin trên đĩa từCác thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từThiết bị đĩa mềmỔ đĩa mềmThiết bị giao diện đĩa mềm FDC (Floppy Disk Controller)Các thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từThiết bị đĩa cứng và giao diện IDEỔ đĩa cứngCác thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từThiết bị đĩa cứng và giao diện IDEGiao diện IDEGiao diện IDE (Intergrated Drive Electronic – mạch điện tử tích hợp trên thiết bị) là giao diện được dùng để kết nối thiết bị đĩa cứng với BUS hệ thống của máy tính. IDE là thuật ngữ dùng để mô tả việc mạch điện tử điều khiển giao diện HDC được gắn ngay cùng với ổ đĩa HDD trong thiết bị đĩa cứng. Các thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từTổ chức lưu trữ thông tin ở mức vật lýCác thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từ Tổ chức lưu trữ thông tin ở mức luận lýCác thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từ Tổ chức lưu trữ thông tin ở mức luận lýBảng FAT (File Allocation Table)Các thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từ Tổ chức lưu trữ thông tin ở mức luận lýThư mục gốc (Root Directory) Lối vào thư mục có cấu trúc như sau Các thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từ Tổ chức lưu trữ thông tin ở mức luận lýVùng chứa tập tin và thư mục conMối quan hệ giữa thư mục, bảng FAT và cluster Các thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từ Bảng phân khu (partition table)Cấu trúc cung khởi động chínhCác thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từBảng phân khu (partition table)Cấu trúc bảng phân khu chínhCác thiết bị ngoại viThiết bị đĩa từ Bảng phân khu (partition table)Cấu trúc của một “lối vào” (entry) phân khuCác thiết bị ngoại viThiết bị lưu trữ quang học Các loại thiết bị lưu trữ quang họcCDDVDKẾT THÚC