Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Chương 4: Hệ thống máy tính

Unit - ALU): thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic trên các dữ liệu cụ thể..  Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữ[r]

Ki N TR C MÁY TÍNH VÀ  Ế Ứ

H P NG Ợ Ữ

CH ƯƠ NG 4: H  TH NG MÁY  Ệ Ố TÍNH 

N i dung ch ộ ươ ng 4

 4.1 Cấu trúc và hoạt động cơ bản của máy tính

 4.2 Bộ xử lý trung tâm

 4.3 Bộ nhớ máy tính

 4.4 Hệ thống vào ra

 4.5 Giới thiệu hệ điều hành

2

4.1. C u trúc và ho t đ ng c  b n c a máy  ấ ạ ộ ơ ả ủ tính

 4.1.1 Cấu trúc cơ bản của máy tính

 4.1.2 Liên kết hệ thống

 4.1.3 Hoạt động cơ bản của máy tính

 4.1.4 Cấu trúc một máy tính cá nhân

điển hình

3

 4.1.1 C u trúc c  b n c a máy tính ấ ơ ả ủ

 Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit)

 Bộ nhớ (Memory)

 Hệ thống vào-ra (Input-Output System)

 Liên kết hệ thống (System

Interconnection)

4

B  nh  máy tính ộ ớ

5

4.2 B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

 Ch c năng:  ứ

 Điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống máy tính

 Xử lý dữ liệu

 Nguyên t c ho t đ ng c  b n: CPU ho t  ắ ạ ộ ơ ả ạ

đ n g  t h e o   ộ

 chương trình nằm trong bộ nhớ chính, bằng cách:

 Nhận lần lượt từng lệnh từ bộ nhớ chính,

 Sau đó tiến hành giải mã lệnh và phát các tín hiệu điều khiển thực thi lệnh

 Trong quá trình thực thi lệnh, CPU có thể trao đổi dữ liệu với bộ nhớ chính hay hệ thống vào-ra

 C u  t rú c  c  b n  c a  CPU ấ ơ ả ủ

6

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

7

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

8

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

9

10

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

 Các thành ph n c  b n c a CPU ầ ơ ả ủ

 Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU): điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn

 Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thực hiện các phép toán số học

và các phép toán logic trên các dữ liệu cụ thể

 Tập thanh ghi (Register File - RF): lưu giữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU

 Bus bên trong (Internal Bus): kết nối các thành phần bên trong CPU với nhau

 Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU) kết nối và trao đổi thông tin với nhau giữa bus bên trong (internal bus) với bus bên ngoài (external bus)

11

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

12

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

 Tốc độ của bộ xử lý:

 Số lệnh được thực hiện trong 1 giây

 MIPS (Millions of Instructions per Second)

 Khó đánh giá chính xác

 Tần số xung nhịp của bộ xử lý:

 Bộ xử lý hoạt động theo một xung nhịp (Clock) có tần số xác định

 Tốc độ của bộ xử lý được đánh giá gián tiếp thông qua tần số của xung nhịp

13

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

 Dạng xung nhịp:

14

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

 Dạng xung nhịp:

15

B  x  lý trung tâm (CPU) ộ ử

 T0: chu kỳ xung nhịp

 Mỗi thao tác của bộ xử lý mất một số

nguyên lần chu kỳ T0 T0 càng nhỏ thì

bộ xử lý chạy càng nhanh

 Tần số xung nhịp: f0=1/T0 gọi là tần số làm việc của CPU

 VD: Máy tính dùng bộ xử lý Pentium IV 2GHz

Ta có: f0 = 2GHz = 2 x 10 9 Hz T0 = 1/f0 = 1 / (2 x 109) = 0,5 ns

16

4.3 B  nh  máy tính ộ ớ

 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu

 Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:

 Thao tác đọc (Read)

 Thao tác ghi (Write)

 Các thành phần chính:

 Bộ nhớ trong (Internal Memory)

 Bộ nhớ ngoài (External Memory)

 Các thành phần bộ nhớ máy tính

17

B  nh  máy tính ộ ớ

 Chức năng và đặc điểm:

 Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp

 Tốc độ rất nhanh

 Dung lượng không lớn

 Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM và RAM

 Các loại bộ nhớ trong:

 Bộ nhớ chính

 Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh)

18

B  nh  chính (Main Memory) ộ ớ

19

B  nh  chính (Main Memory) ộ ớ

 Là thành phần nhớ tồn tại trên mọi hệ

thống máy tính

 Chứa các chương trình và dữ liệu đang được CPU sử dụng

 Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ

 Ngăn nhớ thường được tổ chức theo Byte

 Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, song địa chỉ vật lý của ngăn nhớ luôn cố định

 Thông thường, bộ nhớ chính bao gồm 2 phần:

 Bộ nhớ RAM

 Bộ nhớ ROM

20