Bài giảng Cấu trúc máy tính

Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 1 Tổng quan về máy tính. Nội dung chính của chương 1 gồm có: Máy tính và phân loại máy tính, lịch sử phát triển máy tính, số học máy tính. Mời các bạn cùng tham khảo. Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 1 Tổng quan về máy tính. Nội dung chính của chương 1 gồm có: Máy tính và phân loại máy tính, lịch sử phát triển máy tính, số học máy tính. Mời các bạn cùng tham khảo.

CẤU TRÚC MÁY TÍNH

GV: Đào Quốc Phương Email: daoquocphuong@gmail.com

Tài liệu tham khảo

Đề cương môn học

Cấu trúc máy tính

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH

Nội dung

1 Máy tính & phân loại

2 Lịch sử phát triển máy tính

3 Số học máy tính

1 Máy tính & Phân loại

Máy tính

công việc sau:

 Nhận thông tin vào

 Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên trong

 Đưa thông tin ra

(program)

Máy tính

Các thiết bị vào

(Input Devices)

Các thiết bị ra (Output Devices)

Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit)

Bộ nhớ máy tính (Main Memory)

Sơ đồ phân cấp của máy tính

Phần cứng & Phần mềm

cơ khí, điện tử tạo nên máy tính (ổ đĩa, màn hình…)

-> Hệ thống vật lý của máy tính

được thực thi trên phần cứng (HĐH, trình tiện ích, trình ứng dụng như MS Word, Excel…, ngôn ngữ lập trình như Pascal, C++, Java…)

-> Các chương trình và dữ liệu

Phân loại máy tính

Máy chủ (Server Computers)

Máy tính cá nhân PC

 Máy tính để bàn (Desktop)

 Máy tính xách tay (Laptop)

xử lý Intel 8088

Motorola 68000

2 Lịch sử phát triển máy tính

điện tử chân không

Máy tính dùng đèn điện tử

 ENIAC- Máy tính điện tử đầu tiên

 Electronic Numerical Intergator And Computer

ENIAC

Máy tính Von Neumann

 Do John von Neumann thiết kế

lưu trữ” (stored-program concept) của Von Neumann/Turing (1945)

Đặc điểm chính của máy tính IAS

 Bao gồm các thành phần: đơn vị điều khiển, đơn vị số học và logic (ALU), bộ nhớ chính và các thiết bị vào-ra

 Bộ nhớ chính chứa chương trình và dữ liệu

 Bộ nhớ chính được đánh địa chỉ theo từng ngăn nhớ, không phụ thuộc vào nội dung của nó

 ALU thực hiện các phép toán với số nhị phân

 Đơn vị điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện

lệnh một cách tuần tự

 Đơn vị điều khiển điều khiển hoạt động của các thiết bị vào-ra

John von Neumann và máy tính IAS

Máy tính dùng transistor

 Các ngôn ngữ lập trình bậc cao ra đời

Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI

 Vi mạch (Integrated Circuit - IC): nhiều transistor và các phần

tử khác được tích hợp trên một chip bán dẫn

 SSI (Small Scale Integration)

 MSI (Medium Scale Integration)

 LSI (Large Scale Integration)

 VLSI (Very Large Scale Integration) (thế hệ thứ tư)

 ULSI (Ultra Large Scale Integration) (thế hệ thứ năm)

 SoC (System on Chip)

 Siêu máy tính xuất hiện: CRAY-1, VAX

 Bộ vi xử lý (microprocessor) ra đời

Luật Moore

độ tin cậy

Tăng trưởng transistor trong CPU

Tăng trưởng transistor trong CPU

DEC PDP-1

Máy tính dùng vi mạch VLSI/ULSI

Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI/ULSI:

 Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế tạo trên một chip

 Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): một hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều chức năng điều

khiển và nối ghép

 Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy tính

80386 - bộ vi xử lý 32-bit đầu tiên của Intel

Intel Pentium (32-bit)

Intel Core 2 Dual

3 Số học máy tính

3.1 Các hệ đếm cơ bản

3.2 Mã hóa và lưu trữ dữ liệu trong máy tính

3.3 Biểu diễn số nguyên

3.4 Các phép toán số học với số hệ nhị phân

3.5 Biểu diễn ký tự

 dùng để viết gọn cho số nhị phân

3.1.1 Hệ thập phân

Dạng tổng quát của số thập phân

A = anan-1…a1a0,a-1….a-m

A = an10n+ an-110n-1+…+ a1101+ a0100+a-110-1+….+a-m10-m

3.1.2 Hệ nhị phân

nhau:

 00 000 = 0

 11 111 = 2n - 1

Dạng tổng quát của số nhị phân

A = anan-1…a1a0,a-1….a-m

A = an2n+ an-12n-1+…+ a121+ a020+a-12-1+….+a-m2-m

Chuyển đổi số nguyên thập phân sang nhị phân

 Phương pháp 1: chia dần cho 2 rồi lấy phần dư

 Phương pháp 2: Phân tích thành tổng của các số 2i  nhanh hơn

Phương pháp chia dần cho 2

Phương pháp phân tích thành tổng của các 2i

Chuyển đổi số lẻ thập phân sang nhị phân

 Ví dụ 1: chuyển đổi 0.25(10)

 Kết quả: 0.25(10) = 01(2)

Quan hệ giữa số nhị phân và số Hexa

3.2 Mã hóa và lưu trữ dữ liệu trong máy tính

 Nguyên tắc chung về mã hóa dữ liệu

được mã hóa thành số nhị phân

người

Mã hoá dữ liệu nhân tạo

 Mã hóa theo các chuẩn qui ước

 Dữ liệu số:

 Dữ liệu ký tự: mã hóa theo bộ mã ký tự

Độ dài từ dữ liệu

mã hóa loại dữ liệu tương ứng

Thứ tự lưu trữ các byte trong bộ nhớ chính

 Đầu nhỏ ( Little-endian ): Byte có ý nghĩa thấp được lưu trữ ở ngăn nhớ có địa chỉ nhỏ, byte có ý nghĩa cao được lưu trữ ở ngăn nhớ có địa chỉ lớn

 Đầu to ( Big-endian ): Byte có ý nghĩa cao được lưu trữ ở

ngăn nhớ có địa chỉ nhỏ, byte có ý nghĩa thấp được lưu trữ

ở ngăn nhớ có địa chỉ lớn

Ví dụ: Intel 80x86 và các Pentium: đầu nhỏ, Motorola

3.3 Biểu diễn số nguyên

3.3.1 Biểu diễn số nguyên không dấu

nguyên không dấu A:

Các ví dụ

sau đây bằng 8-bit:

Các ví dụ (tiếp)

biểu diễn bằng 8-bit như sau:

Với n = 16 bit, 32 bit, 64 bit

 n= 16 bit: dải biểu diễn từ 0 đến 65535 (216 – 1)

3.3.2 Biểu diễn số nguyên có dấu

Số bù một và Số bù hai (tiếp)

Ví dụ: với n = 8 bit, cho A = 0010 0110

 đảo các bit của A

Quy tắc tìm Số bù một và Số bù hai

 Số bù một của A = đảo giá trị các bit của A

 (Số bù hai của A) = (Số bù một của A) + 1

Biểu diễn số nguyên có dấu bằng mã bù hai

nguyên có dấu A:

an-1an-2…a1a0

diễn độ lớn như số không dấu

Biểu diễn số dương

Biểu diễn số âm

Các ví dụ

nguyên có dấu được biểu diễn dưới đây:

Với n = 16 bit, 32 bit, 64 bit

 Với n=16bit: biểu diễn từ -32768 đến +32767

3.3.3 Biểu diễn số nguyên theo mã BCD

Các kiểu lưu trữ số BCD

được lưu trữ trong 4-bit thấp của mỗi byte

trong 1 byte

Bài tập

một số thập phân thành số packed BCD

Các phép toán số học với hệ nhị phân

 Phép cộng: tương tự như với các số hệ thập phân

Các phép toán số học với hệ nhị phân

 Phép trừ tương tự như hệ thập phân

Ví dụ: 1111

- 1011

= 0100

 Phép nhân tương tự như hệ thập phân 0 x 0 = 0 1001

0 x 1 = 0 x 1101 1 x 0 = 0 1001

1 x 1 = 1 0000

1001

1001

3.5 Biểu diễn ký tự

Information Interchange)

 Các mã điều khiển định dạng văn bản

Các mã điều khiển truyền số liệu

mà in hoa các ký tự đầu của mỗi từ

Câu hỏi và bài tập

1 Phần cứng là gì? Phần mềm là gì?

2 Thế nào là mã BCD đóng gói, mã BCD không đóng gói

3 Đổi các số sau ở hệ thập phân sang hệ nhị phân và thập lục phân: 252,

65534, 16632

4 Đổi các số sau sang hệ nhị phân và hệ thập phân: 001FH, 2FE0H,

0FFFH

5 Biểu diển số nguyên sau sang hệ nhị phân bằng 8 bit: -24, +78, -892

6 Cho các số nguyên không dấu được biểu diễn bằng 8-bit như sau:

A = 0101 0010 B = 1001 1001 Xác định giá trị của chúng ?

7 Bộ mã 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit có thể mã hóa được bao nhiêu ký tự?