KTMT Kiến Trúc Máy Tính - Bài Giảng 2: Hệ Thống Máy Tính. Môn Ngôn ngữ lập trình | Đại học Trường Đại học Phenika.

lOMoAR cPSD| 59561309 Computer Architecture
Kiến trúc máy tính (Lecture 2) Dr. Nguyen Cong Luong Faculty of Computer Science PHENIKAA University
Chương 2. Hệ thống máy tính
2.1. Các thành phần cơ bản của máy tính
2.2. Hoạt ộng cơ bản của máy tính 2.3. Bus mÆy t nh lOMoAR cPSD| 59561309
2.1. Thành phần cơ bản của máy tính
▪ Bộ xử l trung t m (CPU) ▪ Bộ nhớ (Memory)
▪ Hệ thống v o-ra (Input/Output System)
▪ Bus liŒn kết hệ thống (System Interconnection Bus)
2.1.1. Bộ xử lý trung tâm ▪ Chức năng:
- Điều khiển cÆc hoạt ộng của máy tính 2 lOMoAR cPSD| 59561309 - Xử l dữ liệu
▪ Nguyên tắc hoạt ộng cơ bản:
- CPU hoạt ộng theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính.
2.1.1. Bộ xử lý trung tâm
▪ Cấu trœc cơ bản: CU: Control Unit, ALU: Arithmetic
and Logic Unit, RF-Register File, BIU: Bus Interface Unit lOMoAR cPSD| 59561309
2.1.1. Bộ xử lý trung tâm ▪ Cấu trœc cơ bản: 4 lOMoAR cPSD| 59561309
- Đơn vị iều khiển (Control Unit-CU): iều khiển hoạt
ộng của mÆy t nh theo chư ng tr nh ã ịnh sẵn.
- Đơn vị số học v logic (Arithmetic and Logic
Unit-ALU): Thực hiện cÆc phØp toÆn số học v phØp toÆn logic.
- Tập thanh ghi (Register File-RF): Lưu giữ
cÆc th ng tin tạm thời phục vụ cho hoạt ộng của CPU .
- Đ n vị nối ghØp bus (Bus Interface UnitBU): Kết nối v trao ổi th ng
tin giữa bus bŒn trong (internal bus) v bus bŒn ngo i (external bus) pinv(A) 2.1.2. Bộ nhớ
▪ Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu.
▪ Các thao tác cơ bản với bộ nhớ: lOMoAR cPSD| 59561309 - Thao tÆc ghi (Write) - Thao tác ọc (Read) ▪ CÆc th nh phần ch nh:
- Bộ nhớ trong (Internal Memory)
- Bộ nhớ ngo i (External Memory) 2.1.1. Bộ nhớ ▪ CÆc th nh phần ch nh: 6 lOMoAR cPSD| 59561309 - Bộ nhớ trong: lưu tạm thời chương tr nh v dữ liệu trong quÆ tr nh mÆy t nh l m việc (RAM) (Internal Memory) - Bộ nhớ ngo i (External Memory): lưu l u d i chương tr nh v dữ liệu: ổ cứng v CD/DVD lOMoAR cPSD| 59561309 2.1.1. Bộ nhớ ▪ Bộ nhớ trong:
▪ Chức năng v ặc iểm: - Chứa cÆc th ng tin m CPU
c thể trao ổi trực tiếp
- Tốc ộ nhanh - Dung lượng
kh ng lớn - Sử dụng bộ nhớ bÆn dẫn: ROM v RAM
▪ CÆc loại bộ nhớ trong: - Bộ nhớ ch nh (main memory) - Bộ nhớ ệm (cache memory) 2.1.1. Bộ nhớ
▪ Bộ nhớ ch nh (main memory): 8 lOMoAR cPSD| 59561309 lOMoAR cPSD| 59561309 2.1.1. Bộ nhớ ▪ Truy cập bộ nhớ ch nh (main memory access) 10 lOMoAR cPSD| 59561309 2.1.1. Bộ nhớ ▪ Bộ nhớ ệm (cache memory)
- L bộ nhớ c tốc ộ nhanh ược
ặt ệm giữa CPU v bộ nhớ ch
nh nhằm tăng tốc ộ CPU truy cập bộ nhớ.
- Khi chạy ứng dụng, một phần dữ liệu c thể ược lưu sẵn ở cache
memory, v dụ khi chœng ta l m cÆc dự Æn video, cÆc clip videos,
audio ược tải từ bộ nhớ ch nh ra bộ nhớ ệm
- Dung lượng nhỏ hơn bộ nhớ ch nh - Tốc ộ nhanh hơn
- Cache c thể ược t ch hợp trŒn cøng chip bộ xử l ( ể tăng tốc ộ)
- Cache c thể c hoặc kh ng 2.1.1. Bộ nhớ
▪ Bộ nhớ ngo i (external memory)
▪ Chức năng và ặc iểm
- Lưu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính lOMoAR cPSD| 59561309
- Được kết nối với hệ thống dưới dạng các thiết bị vào-ra - Dung lượng lớn - Tốc ộ chậm
▪ CÆc loại bộ nhớ ngo i
- Bộ nhớ từ: ổ ĩa cứng
- Bộ nhớ quang: ĩa CD, DVD
- Bộ nhớ bÆn dẫn: Ổ nhớ flash, thẻ nhớ, ổ SSD
2.1.2. Hệ thống vào-ra
▪ Chức năng: Trao ổi thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài. ▪ Các thao tác cơ bản: - V o dữ liệu (Input) - Ra dữ liệu (Output) ▪ CÆc th nh phần ch nh: 12 lOMoAR cPSD| 59561309
- Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices)
- CÆc m -un vào-ra (IO Modules): kết nối giữa thiết bị ngoại vi và bus hệ thống
2.1.2. Hệ thống vào-ra
▪ Cấu trœc hệ thống v o-ra: lOMoAR cPSD| 59561309
2.1.2. Hệ thống vào-ra
▪ CÆc thiết bị ngoại vi:
- Chức năng: chuyển ổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính -
Các loại thiết bị ngoại vi cơ bản:
+ Thiết bị v o: b n ph m, chuột, mÆy quØt ...
+ Thiết bị ra: m n h nh, mÆy in ...
+ Thiết bị nhớ: các ổ ĩa ...
+ Thiết bị truyền th ng: MODEM ... 14 lOMoAR cPSD| 59561309
2.1.2. Hệ thống vào-ra
- Chức năng: nối ghép các thiết bị ngoại vi
- Mỗi mô - un vào - ra có một hoặc một vài cổng vào - ra (I/O Port).
- Mỗi cổng vào - ra ược ánh một ịa chỉ
- Các thiết bị ngoại vi ược kết nối và trao
ổi dữ liệu với máy tính thông qua các ▪ Modules v o ra: lOMoAR cPSD| 59561309 với máy tính xác ịnh. cổng vào-ra.
2.2. Hoạt ộng máy tinh
▪ Thực hiện chương tr nh ▪ Hoạt ộng ngắt ▪ Hoạt ộng v o-ra 16 lOMoAR cPSD| 59561309
2.2.1. Thực hiện chương trình
▪ L một hoạt ộng th ng thường của máy tính
▪ Chương tr nh ang thực hiện phải nằm trong bộ nhớ ch nh của mÆy t nh
▪ Thực hiện chương tr nh l việc lặp i lặp lạ chu tr nh lệnh gồm 2 bước:
- Nhận lệnh: v dụ lệnh yŒu cầu thực hiện phØp cộng - Thực hiện lệnh
▪ Việc thực hiện chương tr nh bị dừng nếu như tắt mÆy t
nh, bị lỗi nghiŒm trọng khi thực thi lệnh hoặc gặp lệnh dừng chương tr nh.
2.2.1. Thực hiện chương trình ▪ Nhận lệnh:
- Bắt ầu mỗi chu tr nh lệnh, CPU nhận lệnh từ bộ nhớ ch nh ưa v o trong CPU lOMoAR cPSD| 59561309
- BŒn trong CPU c 2 thanh ghi liŒn quan trực tiếp ến quÆ tr nh nhận lệnh:
Note: thanh ghi là một bộ nhớ dung lượng nhỏ và rất nhanh, ược sử dụng ể tăng
tốc ộ xử lý của các chương trình máy tính bằng cách cung cấp các truy cập trực
tiếp ến các giá trị cần dùng. hoạt ộng theo nguyên lý chuyển dữ liệu từ bộ nhớ
chính vào các thanh ghi, tính toán trên chúng, sau ó chuyển kết quả vào bộ nhớ chính
+ Thanh ghi bộ ếm chương tr nh PC (Program Counter): chứa ịa
chỉ của lệnh sẽ ược nhận.
+ Thanh ghi lệnh IR (Instruction Register): lệnh ược nhận từ bộ
nhớ ch nh sẽ ược nạp v o IR.
2.2.1. Thực hiện chương trình ▪ Nhận lệnh: 18 lOMoAR cPSD| 59561309
-CPU phÆt ịa chỉ của lệnh
cần nhận từ PC ến bộ nhớ ch nh - CPU phÆt t n hiệu iều
khiển ọc bộ nhớ ch nh -
Lệnh từ bộ nhớ ch nh c chuyển v o thanh ghi lệnh IR
- Nội dung của PC tự ộng
tăng ể trỏ sang lệnh kế tiếp
ngay sau lệnh vừa c nhận
2.2.2. Hoạt ộng ngắt (Interrupt)
▪ KhÆi niệm chung về ngắt: Ngắt l cơ chế cho phØp CPU tạm
dừng chương tr nh ang thực hiện ể chuyển sang thực hiện một
chương tr nh khác, gọi l chư ng tr nh con phục vụ ngắt. ▪ CÆc loại ngắt:
- Ngắt do lỗi khi thực hiện chương tr nh, v dụ: tràn số, chia cho 0. lOMoAR cPSD| 59561309
- Ngắt do lỗi phần cứng, v dụ lỗi bộ nhớ RAM.
- Ngắt do m -unvào-ra phÆt t n hiệu ngắt ến CPU yŒu cầu trao ổi dữ liệu.
- Ngắt do bộ ịnh thời (TIMER) ngắt ịnh kỳ CPU ể phục vụ cho
chế ộ hoạt ộng a chương tr nh
2.2.2. Hoạt ộng ngắt (Interrupt)- Chu tr nh
▪ Sau khi ho n th nh mỗi một lệnh, bộ xử l CPU kiểm tra xem c
yŒu cầu ngắt gửi ến hay kh ng
▪ Nếu không có ngắt, bộ xử lý nhận lệnh tiếp theo của chương trình hiện tại
▪ Nếu c t n hiệu ngắt:
- Tạm dừng chương trình ang thực hiện
- Lưu/cất ngữ cảnh (các thông tin liên quan ến chương trình bị ngắt)
- Thiết lập PC trỏ ến chương trình con phục vụ ngắt 20