bài giảng đầy đủ ktmt dh gtvt

 Thực hiện tuần tự các lệnh trong chương trình  Bộ nhớ xem như kho dữ liệu... Khối lưu trữ Khối nhớ trong RAM, ROM:  Làm việc trực tiếp với CPU  ROM: Read Only Memory  Vi mạch được

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Cẩm nang sửa chữa, nâng cấp và bảo trì máy tính cá nhân SCOTT MUELLER

 Cẩm nang sữa chữa và nâng cấp máy tính cá nhân” Tạp chí Maxium PC, ấn

Chương 1: HỆ THỐNG SỐ

 CÁC HỆ ĐẾM:

 Hệ thập phân: (Decimal number system)

 Hệ nhị phân: (Binary number system)

 Hệ thập lục phân (Hexadecimal number

system)

 Hệ bát phân (Octal number system)

Hệ thập phân: (Decimal number system)

 10 chữ số cơ bản: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.

 Ví dụ:

b: cơ số hệ đếm, a… là các chữ số cơ bản

0 1

10

* 5

0 0

1 1 0

1

a a

X  n n  n n   

2 4

8 2

* 0 2

* 1 2

* 1 2

* 1

3

16 1 * 16 12 * 16 2 * 16 0 * 16 7200 20

0 1

2

3 8

* 4 8

* 3 8

* 2 8

* 1 1234

C

A

0x0=0 0x1=0 1x0=0 1x1=1

0:1=0 1:1=1

 Ví dụ:

100011 1010110 1111001+

101 1100 0000 1100 111100

11011100+11001101=

1001x110=

Đổi số thập phân thành nhị phân

Đổi số nhị phân thành thập lục phân

Đổi từ các hệ số khác sang thập phân

0 0

1 1 0

1

a a

X  n n  n n   

 Một nhóm byte = 1 từ (word): 2,4,8 bytes

 Mỗi từ xác định bởi một địa chỉ (address)

Biểu diễn thông tin trong bộ nhớ

 số nguyên không dấu (unsigned interger)

 số nguyên có dấu (interger)

 số thực

 Ký tự

Biểu diễn số nguyên

Biểu diễn số âm

 Đổi số âm –n sang nhị phân: phương pháp bù 2:

 Biểu diễn số nguyên n

 Lấy phần bù (01; 1 0)

 Cộng 1

 Bit trái là 1: số âm

 Bit trái là 0: số dương

Biểu diễn ký tự

  thiết kế bộ mã

 1 ký tự đặt trưng một nhóm bít duy nhất

 bộ mã chuẩn ASCII (American Standards

for Information Institue)

 Dùng 7 bit biểu diễn ký tự  128 ký tự

 Lưu trữ 1 byte, bit dư dùng để biểu diễn ký

tự đặt biệt

 chữ hoa, chữ thường, số, khoảng trắng…

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

MÁY TÍNH

 Chương trình điều khiển bằng công tắc

Mô hình Von Neumann:

 Chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ

 Là nền tảng cho các máy tính ngày nay.

 Dữ liệu và lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ

 Thế hệ 5 (1990-)

 Công nghệ mật độ và tốc độ cao

 Công nghệ siêu luồng

 Mạng truyền thông, trí tuệ nhân tạo

KHỐI XUẤT/NHẬP (INPUT/OUTPUT)

 Thực hiện tuần tự các lệnh trong chương

trình

 Bộ nhớ xem như kho dữ liệu

Caáu truùc

Computer

Main Memory

Input Output

Systems Interconnection Peripherals

Communication

lines

Central Processing Unit

Computer

Khối xuất/nhập

 Thiết bị nhập:

 Nhập thông tin từ bên ngoài vào máy tính

 Bàn phím, scanner, mouse, canera…

 Thiết bị xuất:

 Xuất thông tin sau kho được máy tính xử lý.

Khối xử lý trung tâm

 Central Processing Unit –CPU

 Điều khiển tất cả các thiết bị khác

 Chi phối mọi hoạt động của máy tính

Khối lưu trữ

 Khối nhớ trong (RAM, ROM):

 Làm việc trực tiếp với CPU

 ROM: (Read Only Memory)

 Vi mạch được ghi sẵn chương trình

 chỉ đọc, không thể sửa đổi.

 Dung lượng nhỏ

Thông tin tồn tại khi mất điện

 RAM (Random Access Memory)

 Truy cập ngẫu nhiên

 Lưu trữ thông tin tạm thời

 Ghi, xoá , thay đổi nội dung

 Dung lượng lớn

 Thông tin sẽ mất khi mất điện

 Khối nhớ ngoài:

 Thiết bị lưu thông tin dài: ổ cứng, ổ mềm, CDROM…

 Sức chứa vô hạn.

 Thông tin không bị mất khi mất điện

 Thông tin được nạp vào bộ ngớ chính khi

xử lý.

Các yếu tố của HTMT

Hardware Architecture

Các thành phần của hệ thống:

 Hộp máy (Case)

 Là một khung để gắn bo

mạch chính , nguồn cung

cấp năng lượng , các ổ đĩa

các card chuyển đổi và bất

cứ thành phần nào khác

trong hệ thống

 Nguồn cung cấp năng

lượng (Power supply)

 Là nguồn nuôi mỗi thành

phần riêng trong máy tính

 Bo mạch chính

(Motherboard)

 Là bộ phận cốt lõi

của hệ thống Mọi

thứ đều được nối

với nó và nó kiểm

soát mọi thứ trong

hệ thống

 Bộ xử lí (Processor /CPU)

 Được xem như động cơ của

máy tính , còn được gọi là

CPU

 Bộ nhớ (Memory)

 Thường được gọi là Ram

Là bộ nhớ chính, lưu trữ

tất cả chương trình và dữ

liệu mà bộ xử lí sử dụng

tại một khoảng thời gian

qui định

 Thiết bị Lưu trữ (storage devices)

 Là bộ nhớ ngoài , lưu trữ các chương trình và dữ liệu

 Card video (Adapter

card)

 Điều khiển thông tin

nhình thấy trên màn

hình

 Màn hình (Display

device)

 Cổng và dây nối (Ports and cables)

 Liên kết với các thiết bị ngoại vi, nối kết các thành phần khác với bo mạch chính

CHƯƠNG 3: BO MẠCH CHÍNH

Mục Đích:

 Nhận diện một số dạng Mainboard ,các

thành phần trên Bo cũng như kiến trúc

Bus

Các thành phần trên Bo mạch chính

 Chipset

 Đế cắm RAM (Memory slot types)

 Các cổng (Communication ports)

 Đế cắm hoặc khe cắm cho CPU (Processor sockets)

 Cache memory

 Kiến trúc Bus (Bus architecture)

 BIOS

 Chipset có giao diện với CPU , phần điều

khiển bộ nhớ , điều khiển bus , điều khiển xuất nhập và các phần khác

 Điều khiển giao tiếp hay các liên kết giữa CPU và tất cả các bộ phận khác nên chipset sẽ cho biết loại CPU sử dụng, tốc độ, loại và dung

lượng bộ nhớ mà hệ thống có thể sử dụng

 Tên chipset: Mỗi chipsets đều có một tên

goi và số hiệu tương ứng mà thông qua đó chúng ta có thể biết một số thông tin: hãng sản xuất, onboard video, onboard

sound

 Chức năng của chipset có thể chia vào 2

nhóm chức năng chính Northbridge và

Southbridge

 Liên kết giữa bus bộ xử lí tốc độ cao

(66200 MHZ) và các Bus AGP (66

MHZ) , PCI (33MHZ) chậm hơn

 Frontsidebus (FSB) Bus truyền thông

giữa CPU và Bộ nhớ chính

 The backside bus: Bus truyền thông giữa CPU và level 2 cache memory

 Cầu nối giữa Bus PCI và Bus ISA (8 Mhz) chậm hơn

Memory:

 Hầu hết mainboard hỗ trợ bộ nhớ trên cơ sở tốc độ của frontside bus và hình dáng của bộ nhớ

 Các loại khe cắm bộ nhớ

 SIMM (Single Inline Memory Modules)

 DIMM (Dual Inline Memory Module)

 RIMM ( RamBus Inline Memory Module)

 SoDIMM : (Small

Outline DIMM )

 SoDIMMs có 2 loại

32-bit (72-pin) and 64-32-bit

(144-pin)

Cổng nối tiếp (Serial)

 Thông tin giữa máy tính với các thiết bị (modem, mouse, hoặc các máy tính

(DB-Cổng song song (Parallel)

 Truyền dữ liệu đồng bộ

 Truyền theo các đường dây song song

 Thường dùng gắn thiết bị (máy quét, máy in)

 Cáp dài bị nhiễu:

 LPT1, LPT2, LPT3

 Truyền 8 bit dữ liệu

USB (Universal Serial Bus)

 Phát triển bởi Intel và Microsoft

 Thay thế cho việc có quá nhiều đầu nối

 USB 1.0: 12Mb/s

 USB 2.0 : 480Mb/s

 Cáp dài không quá 5m

Nối tối đa 127 thiết bị

66

Processor Sockets

 Nơi dùng để lắp đặt CPU

 Mỗi loại Mainboard chỉ hỗ trợ một số loại CPU nhất định được chỉ định thông qua

socket hay slot trên motherboard

 Socket 7: Pentium, Pentium MMX, AMD K5, AMD k6-2, AMDk6-3, Cyrix MIII

 Slot A: AMD Athlon

 Socket 370: PIII, Celeron

 Slot 2: PII/PIII Xeon

 Socket A: AMD Duron

 Socket 423: PIV

 Socket 478: PIV và Celeron

Cache Memory (Level 2)

 Là bộ nhớ tốc độ cao nằm giữa CPU và bộ nhớ chính lưu trữ các thông tin truy xuất

thường xuyên nhất nhằm hạn chế sự

chênh lệch tốc độ giữa CPU và bộ nhớ

chính

 Có 2 loại Cache memory: on-chip (Gọi là

internal hay L1 cache) and off-chip (Gọi là external hay L2 cache)

 Internal cache memory có trên Intel

Pentium, Pentium Pro và Pentium II

processors được thiết kế trên khuôn dạng CPU bao gồm 2 dạng : Một cho program instructions và một cho data

Bus Architectures

 Là một tập các đường dẫn cho phép thông tin và tín hiệu truyền giữa các thành phần bên trong và bên ngoài máy tính

 Có 3 dạng Bus bên trong Computer :

external bus, address bus, và data bus.

 Expansion Bus

 Expansion bus cho phép mở rộng cho việc sử dụng các Module ngoài

Các loại Bus

 Bus ISA 16 bit

 Bus EISA 16/32 bit

 Bus PC card (PCMCIA) 16 bit

 Bus Cardbus (PCMCIA) 32 bit

 Bus VESA 32 bit

Bus PCI 32/64 bit

ISA Industry Standard Architecture

 8/16-bit bus , có thể chạy 8MHz hoặc

10MHz

PCI Bus Peripheral Component

Interconnect

 16/32/64 bit bus có thể chạy 33Mhz,

66Mhz

AGP Bus Accelerated Graphics Port

 AGP Bus cho phép truyền nhiều khối dữ liệu trong một chu kì clock (Tất cả AGP cards chạy 66Mhz) AGP được quản lí bởi Northbridge

chipset do đó tốc độ cao hơn PCI

 1x 66MHz 266MBps

Disk Interfaces

 IDE/ATA disk drives: 40

pins

 Floppy drives: 34 pins

 SCSI : 50 hay 68 pins

 BIOS

Interrupt Lines (IRQ)

Interruptslà những đường nối trực tiếp tới

CPU Một thiết bị sử dụng Interrupt yêu

cầu CPU khi nó cần

 IRQ 0 System timer

 IRQ 1 Keyboard

 IRQ 2 Cascade to IRQ 9

 IRQ 4 COM 1 and 3

 IRQ 5 LPT2 (usually available)

 IRQ 6 Floppy controller

 IRQ 7 LPT1

 IRQ 8 Real Time Clock (RTC)

 IRQ 9 Cascade to IRQ 2

 IRQ 10 Available (often used for a sound card or NIC)

 IRQ 11 Available

 IRQ 12 PS/2 mouse port (available if not used)

 IRQ 13 Math coprocessor

 IRQ 14 Primary hard disk controller board

 IRQ 15 Secondary hard disk controller

DMA Channels

Cho phép thiết ghi thông tin trực tiếp tới bộ nhớ

(Direct Memory Access)

BỘ XỬ LÝ

CENTRAL PROCESSING UNIT

(CPU)

 Mục đích

 Tìm hiểu các dạng khác nhau của CPU

 Các thông số chính cũng như đặc tính hoạt động của chúng

 clock speed, internal/external cache

memory, voltages và hình dáng

Cache Memory

 Cache memory là bộ nhớ tốc độ cao dùng để nạp cacù chỉ thị và lệnh thường xuyên sử dụng nhằm làm tăng hiệu xuất của

máy

 Bao gồm level 1(L1) cache, level 2 (L2) cache (Nằm ngoài mạch CPU)

Bus

 Khả năng truyền thông của CPU với các thành phần khác dựa trên hệ thống

mạch hỗ trợ Hệ thống mạch mạch này

được gọi là BUS

 BUS để di chuyển thông tin vào và ra

CPU cũng như các thiết bị khác , cho

phép các thiết bị gắn kết với nhau thành một khối thống nhất

 Bus dữ liệu: 8/16/32/64 bit

 Bus dữ liệu càng lớn chuyển giao dữ

liệu càng nhanh.

 Bus địa chỉ:

 Xác định vị trí I/O hoặc vị trí trong bộ nhớ

 số luợng các bit trong bus địa chỉ biểu thị

số lượng vật lý mà CPU có thể truy cập.

 Bus điều khiển:

 Đồng bộ hoá và phối hợp hoạt động CPU với các loại tín hiệu điều khiển.

 Các loại tín hiệu điều khiển:

 Chức năng đọc, ghi

 Các kênh ngắt

 Điều khiển và trọng tài bus

 Điều khiển DMA

Các thành phần trong CPU

 Khối ALU

 Khối điều khiển

 Các thanh ghi

 Bus Speed: Các Motherboard thường thiết

kế để có thể hỗ trợ nhiều dạng CPU với

nhiều tốc độ khác nhau Người dùng có thể thiết lập tốc độ BUS và hệ số nhân thông

Tốc độ BUS

Tốc độ CPU

Hệ số nhân

Tốc độ BUS

Các chế độ định địa chỉ

 Dùng để định địa chỉ bộ nhớ

 VD: CPU 8086 20 đường địa chỉ

 quản lý 220 Byte =1MB: Chương trình

DOS

 CPU > 20dòng địa chỉ: DOS bị giới hạn

 dùng phần mềm khác để mở rộng

 Để tương thích: CPU có thể vận hành 2 chế độ:

 Chế độ thực (Real mode):

 xử lý giống 8086 chỉ truy cập 1MB

 Dos và các chương trình Dos

 Chề độ bảo vệ: (Protected mode)

 Vận dụng tất cả các dòng địa chỉ

 bộ nhớ vật lý lớn và hỗ trợ bộ nhớ ảo

 Windows 98, Windows 2000…

Điện áp hoạt động (Voltages)

 Voltage Regulator Module (VRM): Cho

phép CPU chạy mức điện áp thấp hơn so với các mạch I/O

Hệ thống P-RATING [PR]

 Năm 1996

 Dùng để so sánh khả năng vận hành

với các CPU Intel

 VD: AMD 133Mhz Am5x86 đánh dấu

PR75 vận hành tương đương 1 Pentium

75 Mhz

CPU CISC và RISC

 CISC: (Complex Instruction Set

Computing):

 Tập lệnh phức tạp.

 Các CPU truyền thống

 Mạch phức tạp, bù lại khả năng vận hành CPU.

Tiên đoán nhánh

 Nạp lệnh kế tiếp trước khi hoàn tất chỉ lệnh trước  sai khi gặp lệnh nhảy

 Tiên đoán đúng đắn chỉ lệnh kế tiếp:

đoán sai phải xác định lại

Thực Hiện Siêu Hướng: ( Superscalar)

 Bổ xung nhiều ống lệnh xử lý nhiều lệnh trong 1 xung nhịp

 Pentium Pro dùng hai ống dẫn thi hành

 Kiến trúc siêu hướng thường được kết hợp với các chip cao cấp RISC (Reduced

Instrution Set Computer)

Thi hành động

 Cho phép xử lý đánh giá luồng chương trình và chọn thứ tự tốt nhất để xử lý các chỉ lệnh  vận hành tốt hơn các tài nguyên

Công Nghệ MMX

 Công Nghệ MMX là một bổ xung để cải tiến việc nén/ giải nén Video, thao tác

hình ảnh, mã hóa và xử lí I/O

 MMX bao gồm 2 cải tiến lớn về mặt cấu trúc BXL

 - Có Cache L1 lớn hơn

- Hỗ trợ thêm 57 lệnh mới , cùng với

SSE ( Streaming SIMD Extensions)

 SSE có 70 lệnh mới xử lí đồ họa và âm

thanh , cho phép tính toán dấu phẩy động với một đơn vị riêng biệt (nhược điểm

của MMX là chỉ xử lí số nguyên)

 Cho phép các phần mềm đồ họa khả năng xử lí và hiển thị hình ảnh với độ phân giải cao , chất lượng cao

 Các trình ứng dụng đa phương tiện chất

lượng âm thanh, video MPEG-2 cao , mã hóa và giải mã động thời

 Có độ chính xác cao hơn và thời gian phản hồi nhanh hơn khi chạy các ứnh dụng

nhận dạng tiếng nói

3DNOW Và ENHANCED 3DNOW

 Trong các bộ xử lí AMD, tương tự SSE

của Intel

 Enhanced 3dnow bổ xung thêm 24 lệnh +

21 lệnh ban đầu

Pentium II 1997 7,500,000 0.35 233 MHz 64-bit bus32 bits ~300

Pentium III 1999 9,500,000 0.25 450 MHz 64-bit bus32 bits ~510

Pentium 4 2000 42,000,000 0.18 1.5 GHz 64-bit bus32 bits ~1,700

Chip Data Bus

Width (in Bits)

Address Bus Width (in Bits)

Speed (in MHz)

Transistor

s

Other Specifications

Pentium 64 32 60–200 3.3 million Superscalar

PentiumPro 64 32 150–200 5.5 million Dynamic execution

Pentium II 64 32 233–450 7.5 million 32KB of L1

cache dynamic execution, and MMX technology

Pentium II

Xeon 64 32 400–600 7.5 million version of Pentium IIMultiprocessor

Celeron 64 32 400–600 7.5 million Value version of

Pentium II

Pentium III 64 32 350–1000 9.5–28

million SECC2 package

Pentium III Xeon 64 32 350–1000 9.5–28

million

Multiprocessor version of Pentium III

Pentium 4 64 32 1200–3100 42 million 20KB L1

256–512KB L2 on chip

Processor Speed (in MHz) Socket Pins Voltage Cache

Pentium-P54C 75–200 5 hoặc 7 320 ,321 3.3V 16KB

Pentium III 450–1130 SECCII or 370 N/A 3.3V 32KB

Pentium 4 1300–3400+ 423 or 478 423 ,478 1.3–1.7 20KB

K6-III Super 7 400–600 21.3 million Pentium II

Athlon Classic Slot A 500–1000 22 million Pentium III

AthlonThunderbird Socket A 650–1400 37 million Pentium III

Athlon XPPalomino Socket A 1333–1733 37.5 million Pentium III–4

Athlon XPThoroughbred Socket A 1467–2250 37.2–37.6 million Pentium 4

BỘ NHỚ

Mục tiêu:

 Hiệu xuất máy tính phụ thuộc rất

nhiều vào tốc độ truy xuất của bộ nhớ (access time)

 Tốc độ bộ nhớ chậm hơn nhiều khi so

sánh với tốc độ CPU

 Quá trình xử lí có thể bị thắt cổ chai

bởi khả năng của hệ thống bộ nhớ

 Mục đích: Nghiên cứu các phương

pháp tổ chức bộ nhớ nhằm hạn chế phần nào những nhược điểm trên

 Tổ chức bộ nhớ và hiệu xuất

 Bộ nhớ nội và chức năng sử dụng

 Bộ nhớ ngoại và chức năng sử dụng

 Đơn vị truyền: Số thành phần dữ liệu được

truyền tại một thời điểm ( Số bit trong bộ nhớ chính hoặc khối trong bộ nhớ thứ cấp

 Transfer rate

Tốc độ (Access time):

 Đối với bộ nhớ truy xuất random (RAM) là thời gian xác định địa chỉ và thực hiện việc truyền

 Đối với bộ nhớ truy xuất “non-random” là thời gian để vị trí đầu đọc/ghi đặt tại vị trí truy xuất

Memory cycle time

 Là Access time cộng với thời gian được yêu

cầu trước khi một truy xuất kế được bắt đầu

Công nghệ truy xuất (Access technique)

 Truy xuất ngẫu nhiên (Random access)

 Mỗi ô nhớ có một địa chỉ vật lí phân biệt

 Mỗi ô nhớ có thể truy xuất ngẫu nhiên và

tất cả thời gian truy xuất là như nhau

 Ví dụ : Main memory ( bộ nhớ chính)

 Truy xuất tuần tự (Sequential

access):

 Mỗi dữ liệu không có một địa chỉ phân

biệt

 Phải đọc tất cả mục dữ liệu tuần tự cho

đến khi tìm thấy mục dự liệu

 Thời gian truy xuất có thể biến đổi được

 Nơi chứa mã chương trình và dữ liệu

 Với sự phát triển CPU, những phần mềm

phức tạp đòi hỏi bộ nhớ lớn và nhanh

hơn

 Bộ nhớ Cache, FPM RAM, EDORAM,

SDRAM, flash BIOS, DDR RAM, RDRAM…