Bài giảng Tin học đại cương - Chương 2: Cấu trúc máy tính

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI GIẢNG

TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC MÁY TÍNH

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

Chương 2. Cấu trúc máy tính

2.1. Giới thiệu

2.2. Chức năng và sơ đồ cấu trúc của máy tính

2.2.1. Chức năng của máy tính

2.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy tính

2.2.3. Sơ đồ cấu trúc của máy tính

2.3. Các bộ phận cơ bản của máy tính

2.3.1. CPU

2.3.2. Bộ nhớ

2.3.3. Các thiết bị ngoại vi

2.3.4. Liên kết hệ thống

Chương 1: Giới thiệu chung

2

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.1. Giới thiệu

•ꢀ Máy tính điện tử (từ sau gọi tắt là máy tính) đầu

tiên ra đời năm 1946, có tên là ENIAC:

- Chiếc máy tính nặng 30 tấn

- Kích thước 140 m²

- Thực hiện được 5000 phép cộng/giây

- Xử lý theo số thập phân

- bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu

- Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các

chuyển mạch và các cáp nối

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.1. Giới thiệu (tiếp)

•ꢀ Năm 1952, máy tính von Neumann

- Ra đời tại Học viện Nghiên cứu tiên tiến

Princeton

- Những nguyên lý đã trở thành mô hình cơ bản

của máy tính cho đến ngày nay

•ꢀ Năm 1980, hãng IBM cho ra đời chiếc máy tính cá

nhân đầu tiên, sử dụng bộ vi xử lý 8 bit 8085 của

Intel.

Chương 1: Giới thiệu chung

4

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.1. Giới thiệu (tiếp)

Với 70 năm phát triển, máy tính đã trải qua 4 thế

hệ:

-ꢀ Sử dụng đèn điện tử (1943-1956)

-ꢀ Sử dụng transistor (1957-1965)

-ꢀ Sử dụng vi mạch tích hợp (1966-1980)

-ꢀ Sử dụng siêu vi mạch tích hợp (1981-nay)

-ꢀ Ngày nay, các máy tính cá nhân, máy tính bảng,

điện thoại thông minh,… có kích thước nhỏ gọn,

cấu hình mạnh mẽ

Chương 1: Giới thiệu chung

5

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.2. Chức năng và sơ đồ cấu trúc của

máy tính

2.2.1. Chức năng của máy tính

2.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy tính

2.2.3. Sơ đồ cấu trúc của máy tính

Chương 1: Giới thiệu chung

6

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.1. Chức năng của máy tính:

- Nhận thông tin vào (input) từ người sử dụng

thông qua các thiết bị vào;

- Xử lý thông tin đã nhận theo dãy lệnh đã nhớ sẵn

bên trong;

- Đưa thông tin sau xử lý (output) tới người sử dụng

thông qua các thiết bị ra;

- Lưu trữ thông tin số hóa.

Chương 1: Giới thiệu chung

7

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.2. Sơ đồ cấu trúc chung của máy tính

Chương 1: Giới thiệu chung

8

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

Các khối chức năng:

•ꢀ Bộ xử lý trung tâm (CPU)

•ꢀ Bộ nhớ

•ꢀ Hệ thống vào-ra

Chương 1: Giới thiệu chung

9

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

Bộ xử lý trung tâm (CPU)

•ꢀ Chức năng

–ꢀ điều khiển hoạt động của máy tính

–ꢀ xử lý dữ liệu

•ꢀ Nguyên tắc hoạt động cơ bản:

–ꢀ CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ

nhớ chính.

Chương 1: Giới thiệu chung

10

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

Bộ nhớ

•ꢀ Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu.

•ꢀ Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:

–ꢀ Đọc (Read)

–ꢀ Ghi (Write)

•ꢀ Các thành phần chính:

–ꢀ Bộ nhớ trong (Internal Memory)

–ꢀ Bộ nhớ ngoài (External Memory)

Chương 1: Giới thiệu chung

11

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

Hệ thống vào-ra

•ꢀ Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính với

thế giới bên ngoài.

•ꢀ Các thao tác cơ bản:

–ꢀ Vào dữ liệu (Input)

–ꢀ Ra dữ liệu (Output)

•ꢀ Các thành phần chính:

–ꢀ Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices)

–ꢀ Các môđun vào-ra (IO Modules)

Chương 1: Giới thiệu chung

12

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy tính

•ꢀ Từ khi ra đời đến nay, các máy tính đều hoạt động

theo những nguyên lý được đề xuất năm 1946 bởi

nhà khoa học lỗi lạc người Mỹ gốc Hungary John

von Neumann (1903-1957).

•ꢀ Phần này nghiên cứu:

- Nguyên lý Von Neumann

- Cấu trúc lệnh và quá trình thực hiện lệnh

Chương 1: Giới thiệu chung

13

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.3.1. Nguyên lý Von Neumann

•ꢀNguyên lý điều khiển bằng chương trình: máy ꢁnh

hoạt động theo chương trình lưu trữ sẵn trong bộ nhớ

của nó.

•ꢀNguyên lý truy cập theo địa chỉ: các chương trình, dữ

liệu trước, trong và sau khi xử lý đều được đưa vào bộ

nhớ trong những vùng nhớ được đánh địa chỉ.

Chương 1: Giới thiệu chung

14

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.3.2. Cấu trúc lệnh

•ꢀ Để xử lý thông ꢀn tự động, mỗi máy ꢁnh cần được cài đặt sẵn

một tập lệnh.

•ꢀ Mỗi lệnh máy là một yêu cầu CPU thực hiện một thao tác nào đó

đối với các toán hạng.

•ꢀ Các lệnh này phải chỉ ra đầy đủ các thông ꢀn sau:

- Thao tác cần thực hiện: chuyển dữ liệu, xử lý số học với số

nguyên/ số dấu phẩy động, xử lý logic, điều khiển vào-ra...

- Nơi đặt dữ liệu của lệnh và nơi đặt kết quả xử lý: tại bộ nhớ trong

hoặc tại các thanh ghi trong CPU

•ꢀ Cấu trúc chung của lệnh máy như sau:

Mã thao tác

Địa chỉ toán hạng

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

Quá trình thực hiện lệnh

•ꢀ Nhận lệnh (Fetch Instrucꢀon). Bộ điều khiển trong CPU gửi

nội dung PC (Point Counter) vào Bộ giải mã địa chỉ để đọc

byte đầu ꢀên của lệnh lên thanh ghi lệnh.

•ꢀ Giải mã lệnh(Decode Instrucꢀon). Bộ điều khiển căn cứ vào

mã lệnh để biết lệnh dài bao nhiêu byte để đọc nốt các thông

ꢀn địa chỉ của lệnh và hoàn thành việc đọc lệnh.

•ꢀ Nhận dữ liệu (Fetch Data): nhận dữ liệu từ bộ nhớ hoặc các

cổng vào-ra

•ꢀ Xử lý dữ liệu (Process Data): thực hiện phép toán số học hay

phép toán logic với các dữ liệu

•ꢀ Ghi dữ liệu (Write Data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay cổng vào-

ra

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.3. Các thành phần cơ bản của máy ꢀnh

•ꢀ Bộ xử lý trung tâm (CPU)

•ꢀ Bộ nhớ

•ꢀ Các thiết bị ngoại vi

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU)

- Những chức năng của CPU:

•ꢀ Nhận lệnh, giải mã lệnh, và điều khiển các khối khác

thực hiện lệnh;

•ꢀ Thực hiện các phép ꢁnh số học, logic và các phép

ꢁnh khác;

•ꢀ Sinh ra các ꢁn hiệu địa chỉ để truy nhập bộ nhớ.

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU) (ꢁếp)

Đơn vị

điều khiển

(CU)

Đơn vị số học

và logic

Tập các

thanh ghi

(RF)

(ALU)

bus bên trong

Đơn vị phối ghép bus (BIU)

bus điều khiển bus dữ liệu

bus địa chỉ

Khoa Công nghệ thông ꢀn – Học viện Nông nghiệp Việt nam

^KhoB^{a C}à^ôni^gg^ngi^hả^ện^thg^ôngT^ꢀiⁿn^{– H}h^ọcọ^vc^iệnđ^Nôạⁿi^{g n}c^gư^hiệơ^{p V}n^iệg^{t nam}

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU) (ꢁếp)

•ꢀ Khối điều khiển (CU: control unit) là khối chức năng

điều khiển sự hoạt động của máy ꢁnh theo chương

trình định sẵn.

•ꢀ Khối số học và logic (ALU: arithmeꢀc and logic unit)

thực hiện các phép toán cơ sở như phép toán số học,

phép toán logic, phép tạo mã,…

•ꢀ Các thanh ghi (registers): được dùng như những bộ

nhớ nhanh, có thể tương tác trực ꢀếp với các mạch

xử lý của CPU.