kiến trúc máy tính

Hiện nay sự thay đổi nhanh về công nghệ máy tính phát triển rất nhanh chóng, từ kỹ thuật mạch tích hợp dùng để xây dựng nên các thành phần máy tính cho đến việc gia tăng sử dụng những k

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Số tiết : 60 tiết

Gv: Lê Minh Triết

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH

 Chương 1: Tổng quan về máy tính

 Chương 2: Giới thiệu về cấu trúc MT

 Hầu hết các máy tính hiện nay đều có chung cấu trúc và chức năng tổng quát như trên Do vậy chúng còn có tên gọi chung là các máy Von Neumann.

Hình: Cấu trúc của máy IAS

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH

Sơ đồ cấu trúc máy tính - Intel

 Xuất ra âm thanh

 Làm việc với máy tính khác

Sơ đồ cấu trúc máy tính - Intel

 Xuất ra âm thanh

 Làm việc với máy tính khác

 Thiết bị lưu trữ

 Đĩa từ tính

 Đĩa từ quang

 Đĩa quang học

Mainboard

Mainboard – SLOT 1

Mainboard Support Slot 1

Slot 1: Intel Pentium III (Chip Intel 820)

RAM: Rambus RD800

Mainboard Socket 370

Support: Intel Pentium III, Intel Celeron

Chipset Intel 815 - SD-RAM PC133

Mainboard – Socket A

Support: AMD AthlonXP Chip VIA KT333

DDR333, DDR266 (PC2700, PC2100)

Mainboard Socket 754

Support: AMD Athlon64, Sempron Chipset nForce 3 250GB - DDR400 (PC3200)

Mainboard Socket 939

Support: AMD Athlon64, Athlon FX Chip set VIA K8T800 - Dual DDR400 (PC3200)

CPU

CPU

CPU – Intel 8086 / 4.77 MHz

CPU – Intel 80386DX (16-32Mhz)

 CPU 32 Bit đầu tiên, không dùng tản nhiệt

CPU Những năm 1993 - 1997 Sockets 4, 5, 7 nền tảng cho

AMD và Intel

30 MHz

1993 Socket 4

Pentium MMX với nhiều cải tiến hơn so

với CPU Pentium cũ

CPU Những năm 1998 - 2000

Sockets 7

Mainboard Socket 7

Support: Intel Pentium, Pentium MMX,

AMD K6-2, K6-III, K6-III+

CPU Những năm 1997 - 2000

Slot 1

Mainboard Slot 1

Support: Intel Pentium III

Chip Intel 820 - Rambus RD800

Mainboard Slot 1

CPU Socket 370 gắn trên card

Adapter Slot 1

Mainboard Socket 370

Support: Intel Pentium III, Intel Celeron

Chipset Intel 815 - SD-RAM PC133

CPU Những năm 2000 - 2001

Socket 423

CPU Những năm 2001 - 2004

Socket 478

CPU Năm 2004 – Hiện nay

Socket 775

Mainboard Socket 775

Support: Intel Pentium 4 Chipset I

925XE Dual DDR2-533 to 711 (PC4300-

PC5700)

Các dòng CPU Intel gần đây

CPU – Intel Socket 370

CPU – Intel Socket 423

CPU – Intel Socket 478

CPU – Intel Socket 775

CPU AMD Năm 2003 – 2004

Socket 940

CPU Những năm 2003 - 2004

Socket 753

Mainboard Socket 754

Support: AMD Athlon64, Sempron Chipset nForce 3 250GB - DDR400 (PC3200)

CPU AMD Năm 2004 To Today

Socket 939

Mainboard Socket 939

Support: AMD Athlon64, Athlon FX Chip set VIA K8T800 - Dual DDR400 (PC3200)

Các dòng CPU AMD gần đây

CPU – AMD

Slot A

CPU – AMD Socket A

CPU – AMD

CÁC LOẠI RAM

 Hầu hết các loại Ram đều cần phải cung cấp nguồn điện liên tục.

CÁC LOẠI RAM

CÁC LOẠI RAM

DDRam

RDRam SDRam

EDORam

CÁC LOẠI RAM

800 Mhz 66

Slot cắm RAM

DDR & DDRII Slot

Chế độ Error Control - ECC

hay nhiều ô nhớ trong thanh RAM

bị lỗi

chữa lại được, nếu quá nhiều bit nhớ bị lỗi thì Byte nhớ đó sẽ bị mất dữ liệu

MÀN HÌNH - MONITOR

 Thiết bị giao tiếp giữa máy tính và người dùng

 Thông tin hiễn thị phát từ bảng mạch Video gắn trên Mainboard, gọi là Card màn hình.

 Màn hình có rất nhiều chuẩn (CGA, EGA, VGA…) nhưng hiện nay chủ yếu sử dụng SVGA.

 Kích thước được xác định theo đường chéo của vùng màn hình hiễn thị

 Giá cả của màn hình cao thấp tùy theo chất lượng, nhãn hiệu, cấu trúc.

MÀN HÌNH

 Màn hình thường sử dụng bóng CRT, cấu trúc gồm 1 ống phóng điện tử, màn hiễn thị phủ Phốtpho.

 Màn hình rung nhiều hay ít phụ thuộc nhiều vào tần số quét dọc và quét ngang Và VGA card cũng ảnh hưởng đến tốc độ quét Tốc độ càng cao giá thành càng cao (Ta lựa chọn màn hình có tốc độ quét khoảng 85Hz/1280x720 là tốt)

 Chất lượng màn hình được đánh giá dựa vào

độ phân giải, điểm ảnh, và chỉ số TCO hệ số TCO, MPRII, điểm ảnh càng nhỏ chất lượng

 Màu sắc có trung thực? Có chỉnh được độ

ấm của màu hiễn thị?

 Điểm ảnh lớn hay bé?

 Có dễ bị nhiễm từ hay không?

 Đầu nối của bàn phím:

 AT (dùng cho các Mainboard thế hệ cũ)

(5 chân)

 PS/2 (dùng cho Mainboard thế hệ mới)

(6 chân)

THIẾT BỊ NHẬP - CHUỘT

 Hỗ trợ tích cực cho các thao tác di chuyển

 Chuột được thiết kế đầu tiên cho hệ máy Macintos

 MicroSoft đã cải tiến lại và sử dụng cho hệ máy PC

 Chuột sử dụng cho PC thường 2-3 nút, thế

hệ mới có hõ trợ Scoll

 Kiểu RackMount: (Server nằm)

 Kiểu Desktop: (case nằm)

 Kiểu Tower: (Server tháp)

 Kiểu Mini Tower: (tháp nhỏ)

 Tùy thuộc vào bộ nguồn Case được chia

làm hai loại AT và ATX

Kiểu RackMount

Kiểu Desktop

Kiểu Tower

CASE

BỘ NGUỒN

 Nguồn không phải là sản phẩm kỹ thuật cao nhưng là thành phần khá quan trọng trong máy tính Sự hoạt động ổn định của máy tính phụ thuộc nhiều vào hoạt động của thiết bị này Bộ nguồn biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều DC: ± 12 Volt, ±

5 Volt để nuôi các mạch điện trong máy

BỘ NGUỒN

 Đối với nguồn AT, công tắc

nguồn nằm rời bên ngoài

(gồm 4 dây điện)

 Nguồn ATX, điện nguồn được

đưa trực tiếp vào Mainboard.

Để kích hoạt máy tính hoạt

động ta chỉ cần trập 2 chân

Power trên Mainboad.

 Nguồn ATX khắc phục được tình trạng tắt máy đột ngột do bất cẩn.

 Bộ nguồn ATX cho Pentium IV có thêm 1 cổng

BỘ NGUỒN

Cable

Cable

 Bộ vi xử lý lắp trên Card (GPU)

(Có ép xung tăng tốc hay không)

 Dung lượng bộ nhớ lắp trên Card

(SDRAM, SGRAM, DDRAM)

 Hãng sản xuất (ATI-nVIDIA dẫn đầu công nghệ sản xuất Chip xử lý đồ họa)

CARD MÀN HÌNH

CARD MÀN HÌNH

 Các chuẩn của Card màn hình:

 CGA, độ phân giải 640x200 Pixel hiễn thị 16 màu

 EGA, độ phân giải 640x350 Pixel hiễn thị đồ họa trên màn hình đơn sắc, màu hiễn thị tốt hơn

 XGA, đây là chuẩn tốt nhưng không thông dụng

 Hiện nay các nhà sản xuất đã nâng chuẩn VGA thành SVGA độ phân giải 1600x1200

CARD MÀN HÌNH

CARD MÀN HÌNH

CARD MÀN HÌNH

CÔNG NGHỆ SLI

NGUỒN ĐIỆN CHO CARD MÀN HÌNH

CARD MÀN HÌNH

& CÁC LOẠI ĐẦU NỐI IN/OUT

CARD MÀN HÌNH

& CÁC LOẠI ĐẦU NỐI IN/OUT

CARD MÀN HÌNH

 Thông tin được lưu trữ

trên hai bề mặt của đĩa

 Cách lưu trữ gần giống

cách lưu trữ trên ổ cứng.

 Khả năng dễ di chuyển.

Ổ ĐĨA CỨNG

 Các đĩa nền là những tấm khá nặng làm bằng nhôm, thủy tinh hoặc hỗn hợp ceramic

 Hai mặt được phủ một lớp vật liệu từ, mặt sau đó được phủ một lớp bảo vệ.

 Các đĩa nền được xếp chồng lại và gắn vào trục xoay.

 Một đĩa nền được chia ra nhiều rãnh (track)

 Mỗi rãnh chia ra nhiều đoạn (sector)

Ổ ĐĨA CỨNG

 Hình dạng đĩa nền

ĐĨA CỨNG &

CABLE NỐI GIAO TIẾP

SATA IDE/ATA ATA 33 ATA66 FDD ATA100

ĐĨA CỨNG &

ĐẦU NỐI GIAO TIẾP

SATA 150 IDE ATA33/66/100/133

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG

 Bản chất và những đặc trưng của các hệ thống máy tính hiện đại Bao gồm những đặc tính sau:

Tính đa dạng của máy tính (giá cả, kích thước, khả năng vận hành & ứng dụng) Máy tính ngày nay gồm rất nhiều chủng loại – từ các máy đơn chip giá chỉ vài đô la cho đến các siêu máy tính giá hàng triệu đô la, hiệu suất và ứng dụng thay đổi trên một phạm vi rộng lớn.

Hiện nay sự thay đổi nhanh về công nghệ máy tính phát triển rất nhanh chóng, từ kỹ thuật mạch tích hợp dùng để xây dựng nên các thành phần máy tính cho đến việc gia tăng

sử dụng những khái niệm về tổ chức song song trong việc xử

lý tính toán.

Mặc dù có sự hiện diện của tính đa dạng và thay đổi công nghệ trong lĩnh vực máy tính, nhiều khái niệm cơ bản trong thiết kế máy tính hiện nay vẫn được áp dụng

1.1 TỔ CHỨC & KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

máy tính:

Kiến trúc máy tính đề cập đến những thuộc tính hệ thống

các thuộc tính có ảnh hưởng trực tiếp đến việc thực thi một chương trình, ví dụ như tập chỉ thị của máy tính, số bit được

sử dụng để biểu diễn dữ liệu, cơ chế nhập/xuất, kỹ thuật định địa chỉ bộ nhớ, v.v

Tổ chức máy tính quan tâm đến các đơn vị vận hành và

sự kết nối giữa chúng nhằm hiện thực hóa những đặc tả về kiến trúc, chẳng hạn như về tín hiệu điều khiển, giao diện giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi, kỹ thuật bộ nhớ được

sử dụng, v.v

Để minh họa rõ hơn về hai khái niệm này, chúng ta hãy xét đến phép toán nhân.

 Việc máy tính có trang bị phép toán này hay không là vấn

đề thuộc về kiến trúc máy tính

 Trong khi đó, việc cài đặt phép toán thông qua một đơn vị nhân đặc biệt hay qua cơ chế sử dụng lập đi lập lại đơn vị cộng của hệ thống là vấn đề thuộc về tổ chức máy tính

 Ở đây sự chọn lựa sử dụng cơ chế nào phụ thuộc vào các yếu tố như tần số sử dụng phép toán, tốc độ tương đối của cả hai cách tiếp cận, giá cả và kích thước vật lý của một đơn vị nhân đặc biệt

 Kể từ lúc ngành công nghiệp máy tính ra đời cho đến nay,

sự phân biệt giữa kiến trúc và tổ chức máy tính là một yếu

tố quan trọng

 Nhiều hãng sản xuất máy tính cho ra đời cả một họ máy chỉ khác nhau về tổ chức còn kiến trúc hoàn toàn giống nhau Kết quả là các kiểu máy trong cùng một họ

có giá cả và hiệu suất vận hành khác nhau

 Hơn thế nữa, một kiến trúc máy có thể tồn tại qua nhiều năm liền trong khi tổ chức máy dựa trên đó sẽ thay đổi theo bước tiến của công nghệ

Ta ví dụ trường hợp kiến trúc máy IBM System/370:

số kiểu máy khác nhau Khách hàng với nhu cầu khiêm tốn

có thể mua kiểu máy rẻ hơn, chậm hơn và nâng cấp lên kiểu máy đắt tiền hơn, nhanh hơn khi nhu cầu sử dụng tăng lên

không phải bỏ đi những phần mềm đang được sử dụng trên máy cũ của họ.

kiểu máy mới dựa trên công nghệ cải tiến nhằm thay thế những kiểu máy lỗi thời, mang lại cho khách hàng lợi ích về tốc độ và chi phí thấp, trong khi vẫn bảo toàn sự đầu tư của

họ về phần mềm nhờ có sự dùng chung một kiến trúc máy cho tất cả kiểu máy trong cùng một họ.

 Trong lớp các máy tính được gọi là máy vi tính, hai yếu tố tổ chức và kiến trúc có mối quan hệ rất gần gũi

 Những thay đổi về công nghệ không chỉ ảnh hưởng đến tổ chức mà còn dẫn đến sự ra đời của những kiến trúc mạnh hơn, phong phú hơn Do vậy, các quyết định thiết kế có tính kiến trúc và thiết kế có tính tổ chức thường có sự tương tác lẫn nhau.

1.2 CẤU TRÚC & CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH

 Máy tính là một hệ thống phức tạp với hàng triệu thành phần điện tử cơ sở có phân cấp.

 Ở đây có hai yếu tố được quan tâm đến là cấu trúc và chức năng:

 Cấu trúc: cách thức liên hệ với nhau các thành phần hệ thống.

 Chức năng: là hoạt động của mỗi thành phần riêng lẻ với tư cách là một phần của cấu trúc.

 Tiến trình nhập xuất dữ liệu

 Tiến trình truyền dữ liệu

 Điều khiển

 Xử lý dữ liệu: Dữ liệu có rất nhiều dạng và phạm

vi yêu cầu xử lý cũng rất rộng Tuy nhiên, ta sẽ thấy rằng chỉ có một số phương pháp cơ bản trong xử lý dữ liệu

 Lưu trữ dữ liệu: Ngay cả khi máy tính đang xử lý

dữ liệu, nó vẫn phải lưu trữ tạm thời tại mỗi thời điểm phần dữ liệu đang được xử lý Do vậy ít nhất chúng ta cần có chức năng lưu trữ ngắn hạn Tuy nhiên, việc lưu trữ dài hạn cũng có tầm quan trọng tương đương, vì dữ liệu cần được lưu trữ trên máy cho những lần cập nhật và tìm kiếm

kế tiếp.

 Di chuyển dữ liệu: Khả năng này được thể hiện thông qua việc di chuyển dữ liệu giữa máy tính với các thiết bị nối kết trực tiếp hay từ xa đến nó Tùy thuộc vào kiểu kết nối và cự ly di chuyển dữ liệu, chúng ta có tiến trình nhập xuất dữ liệu hay truyền dữ liệu:

 Tiến trình nhập xuất dữ liệu: thực hiện di chuyển dữ liệu trong cự ly ngắn giữa máy tính và thiết bị nối kết trực tiếp

 Tiến trình truyền dữ liệu: thực hiện di chuyển dữ liệu trong cự ly xa giữa máy tính và thiết bị nối kết từ xa

 Điều khiển: bên trong hệ thống máy tính, đơn vị điều khiển có nhiệm vụ quản lý các tài nguyên máy tính và điều phối sự vận hành của các thành phần chức năng phù hợp với yêu cầu nhận được từ người sử dụng

 Tương ứng với các chức năng tổng quát nói trên, có bốn loại hoạt động có thể xảy ra gồm:

 Máy tính được dùng như một thiết bị di chuyển dữ liệu: có nhiệm vụ đơn giản là chuyển dữ liệu từ bộ phận ngoại vi này sang bộ phận ngoại vi khác hay đường liên lạc này sang đường liên lạc khác

 Máy tính được dùng để lưu trữ dữ liệu: với dữ liệu được chuyển từ môi trường ngoài vào lưu trữ trong máy (quá trình đọc dữ liệu) và ngược lại (quá trình ghi

1.2.2 CẤU TRÚC

tương tác theo một cách thức nào đó với môi trường bên ngoài

loại thành các thiết bị ngoại vi hay đường liên lạc.

khiển hoạt động của máy tính và thực hiện các chức năng

xử lý dữ liệu CPU thường được gọi với tên bộ vi xử lý

máy tính và môi trường bên ngoài.

 Máy tính có thể có một hoặc nhiều thành phần trên.

Ví dụ một hoặc nhiều CPU Trước đây đa phần máy tính chỉ

có một CPU, nhưng gần đây có sự gia tăng sử dụng nhiều CPU trong hệ thống máy đơn CPU luôn luôn là đối tượng quan trọng cần được khảo sát vì đây là thành phần phức tạp nhất của hệ thống

 Cấu trúc của CPU với các thành phần chính gồm:

 Đơn vị điều khiển: điều khiển hoạt động của CPU và hoạt động của máy tính

 Đơn vị luận lý và số học (ALU – Arithmetic and Logic Unit): thực hiện chức năng xử lý dữ liệu của máy tính

 Tập thanh ghi: cung cấp nơi lưu trữ bên trong CPU

 Thành phần nối kết nối CPU: cơ chế cung cấp khả năng liên lạc giữa đơn vị điều khiển, ALU và tập thanh ghi

 Trong các thành phần con nói trên của CPU, đơn vị điều khiển giữ vai trò quan trọng nhất Các đơn vị này là nền tảng trong chế tạo bộ vi xử lý máy tính.

 Tổ chức bên trong một đơn vị điều khiển với ba thành phần chính gồm:

 Bộ lập dãy logic

 Bộ giải mã và tập các thanh ghi điều khiển

 Bộ nhớ điều khiển

CHƯƠNG 3: LỊCH SỬ MÁY TÍNH

 Máy tính thường được phân loại dựa trên công nghệ phần cứng cơ sở được sử dụng trong quá trình chế tạo Lịch sử phát triển máy tính có thể chia làm 4 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: từ 1945 đến 1958, với máy tính thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ đèn chân không

Giai đoạn 2: từ 1958 đến 1964, với máy tính thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ chất bán dẫn

Giai đoạn 3: từ 1964 đến 1974, với máy tính thế hệ thứ

ba sử dụng công nghệ mạch tích hợp

Giai đoạn 4: từ 1974 đến nay, với máy tính thế hệ thứ

tư sử dụng công nghệ mạch tích hợp vô cùng lớn/siêu

MÁY TÍNH THẾ HỆ ZERO

Máy tính ENIAC

John Mauchly và John Presper Eckert (đại học Pensylvania, Mỹ) thiết kế và chế tạo, là chiếc máy số hoá điện tử đa năng đầu tiên trên thế giới.

1943 Đây là một nỗ lực nhằm đáp ứng yêu cầu thời chiến của BRL (Ballistics Research Laboratory – Phòng nghiên cứu đạn đạo quân đội Mỹ) trong việc tính toán chính xác và nhanh chóng các bảng số liệu đạn đạo cho từng loại vũ khí mới.

Năm 1642 Pascal phát minh

ra máy tính đầu tiên với 2

phép tính + và

-MÁY TÍNH THẾ HỆ ZERO

Máy tính cơ học (1642-1945)

2 Năm 1672 Gotfrid vilgelm

Lejbnits chế tạo ra máy tính

với 4 phép tính cơ bản (+ - * /)

3 1834 Bebbidzh (Anh) – máy tính có 4 bộ phận: bộ nhớ, bộ tính toán,thiết bị nhập, thiết bị xuất

4 1936 К Zus (Đức) máy trên

cơ sở rơle (relay)

2.1 MÁY TÍNH THẾ HỆ THỨ NHẤT

(1945 – 1958)

Máy tính ENIAC

John Mauchly và John Presper Eckert (đại học Pensylvania, Mỹ) thiết kế và chế tạo, là chiếc máy số hoá điện tử đa năng đầu tiên trên thế giới.

1943 Đây là một nỗ lực nhằm đáp ứng yêu cầu thời chiến của BRL (Ballistics Research Laboratory – Phòng nghiên cứu đạn đạo quân đội Mỹ) trong việc tính toán chính xác và nhanh chóng các bảng số liệu đạn đạo cho từng loại vũ khí mới.