Tin hoc dai cuong (can ban)

Tin học đại cương và ứng dụng
Cấu trúc máy tính
Chương 2. Cấu trúc máy tính
2 / 26
25/01/2011
Ch2. Cấu trúc máy tính
Máy tính là gì?
Mô hình cấu trúc cơ bản của máy tính
Central processing unit
Computer memory
Computer bus
Peripheral devices
Software
Chương 2. Cấu trúc máy tính
3 / 26
25/01/2011
1. Máy tính là gì?
Xử lý dữ liệu để có thông tin mong muốn
Nhận dữ liệu vào
Xử lý dữ liệu theo chương trình lập sẵn
Đưa thông tin ra
Máy tính tạo nên bởi
Phần cứng (hardware): các thiết bị vật lý của máy tính
Phần mềm (software): chương trình lập sẵn
Trải qua 4 thế hệ
Các loại máy tính
Máy tính cá nhân (PC - Personal Computer)
Máy chủ chuyên dụng (server)
Máy tính lớn: mainframe, supercomputer
Các hệ vi điều khiển (microcontroller)
Chương 2. Cấu trúc máy tính
4 / 26
25/01/2011
Đây là một chiếc máy vi tính
Chương 2. Cấu trúc máy tính
5 / 26
25/01/2011
2. Mô hình cấu trúc cơ bản của máy tính
Chương 2. Cấu trúc máy tính
6 / 26
25/01/2011
3. Central Processing Unit (CPU)
Chức năng
Điều khiển MT hoạt động theo chương trình
Xử lý dữ liệu
Nguyên tắc
Nhận lệnh từ chương trình nằm trong bộ nhớ chính
Giải mã lệnh
Thực hiện lệnh tuần tự
Bao gồm
CU – Control Unit
ALU – Arithmetic and Logic Unit
Bus Interface Unit - Bus nội bộ
Chương 2. Cấu trúc máy tính
7 / 26
25/01/2011
Khối điều khiển (CU - Control Unit)
Điều khiển hoạt động của CPU và các thành phần khác:
Đọc lệnh từ chương trình trong bộ nhớ chính (instruction fetch).
Giải mã lệnh (instruction decode).
Thực thi lệnh đã giải mã một cách tuần tự (instruction excution).
Chương 2. Cấu trúc máy tính
8 / 26
25/01/2011
Khối tính toán (ALU - Arithmetic Logic Unit)
Thực hiện các phép toán số học và logic
Các phép toán số học: +,-,*,/.
Các phép toán logic: NOT, AND, OR,…
Các phép so sánh.
…
Dữ liệu
Số nguyên (integer).
Số dấu phảy tĩnh (fixed point number).
Số dấu phảy động (floating point number).
Chương 2. Cấu trúc máy tính
9 / 26
25/01/2011
Tập thanh ghi (Registers)
Lưu trữ toán hạng, kết quả và các thông số khác trong quá trình tính toán của CPU.
Bao gồm:
Con trỏ chương trình (PC - Program Counter).
Các thanh ghi đa chức năng.
Thanh ghi chỉ số (index register).
Thanh ghi cờ (flag register).
Chương 2. Cấu trúc máy tính
10 / 26
25/01/2011
Một vài bộ vi xử lý
Intel processor
AMD processor
Đây là các bộ vi xử lý (microprocessor) chứa trong nó CPU và các thành phần khác nữa
Chương 2. Cấu trúc máy tính
11 / 26
25/01/2011
4. Computer memory
Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ chương trình, dữ liệu.
Bao gồm
Bộ nhớ đệm (cache)
Bộ nhớ chính (main memory)
Bộ nhớ ngoài (auxiliary or external memory)
Bộ nhớ nào càng “gần” CPU thì tốc độ và giá thành chế tạo càng cao
Chương 2. Cấu trúc máy tính
12 / 26
25/01/2011
Bộ nhớ chính (main memory)
Chứa chương trình và dữ liệu đang xử lý
Được kết nối và có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với CPU
Được tổ chức thành các ngăn nhớ, đánh địa chỉ trực tiếp bởi CPU
Bao gồm
ROM (Read Only Memory)
CPU chỉ đọc bộ nhớ này
Chứa các chương trình, dữ liệu cơ bản của máy tính
RAM (Random Access Memory)
CPU có thể đọc và ghi bộ nhớ này
Chứa dữ liệu, chương trình được nạp, đang thực hiện
Chương 2. Cấu trúc máy tính
13 / 26
25/01/2011
Một vài thanh nhớ RAM
Chương 2. Cấu trúc máy tính
14 / 26
25/01/2011
Bộ nhớ đệm (cache)
Đặt giữa CPU là bộ nhớ chính
Tốc độ rất cao
Dung lượng nhỏ
Mục đích: Tăng tốc độ trao đổi thông tin giữa CPU và RAM
Được chia thành nhiều mức
Cache L1 (Level 1)
Cache L2
Càng gần CPU thì tốc độ càng cao
Ví dụ: CPU Intel Petium III 256KB Cache
Chương 2. Cấu trúc máy tính
15 / 26
25/01/2011
5. Computer bus
Tập hợp các đường dây kết nối các thành phần của máy tính lại với nhau
Độ rộng bus: số lượng dây có khả năng vận chuyển thông tin đồng thời (dùng cho bus địa chỉ và dữ liệu)
Bao gồm
Bus địa chỉ (address bus): Vận chuyển địa chỉ từ CPU đến mô-đun nhớ (bộ nhớ trong được tạo bởi nhiều mô-đun).
Bus dữ liệu (data bus) vận chuyển:
Lệnh từ bộ nhớ tới CPU
Dữ liệu giữa các thành phần
Bus điều khiển (control bus): vận chuyển tín hiệu điều khiển (đọc, ghi, ngắt,…)
Chương 2. Cấu trúc máy tính
16 / 26
25/01/2011
Hình ảnh bên trong một chiếc máy tính
Chương 2. Cấu trúc máy tính
17 / 26
25/01/2011
6. Thiết bị ngoại vi
Thiết bị ngoại vi (peripheral devices) hay thiết bị vào/ra (I/O - Input/Output devices), có chức năng:
Trao đổi thông tin giữa máy tính và thế giới bên ngoài
Vào: Nhập chương trình, dữ liệu
Ra: Xuất thông tin, kết quả
Hệ thống vào/ra bao gồm
Thiết bị ngoại vi
Ghép nối vào/ra (các cổng vào/ra,…)
Ví dụ
Thiết bị vào: bàn phím
Thiết bị ra: màn hình
Chương 2. Cấu trúc máy tính
18 / 26
25/01/2011
6.1. Thiết bị vào ra cơ sở
Là các thiết bị vào ra tối cần thiết
Phục vụ các nhu cầu vào ra cơ bản
Bao gồm
Bàn phím (keyboard): Thiết bị nhập dữ liệu thông qua gõ phím
Chuột (mouse): Thiết bị nhập dữ liệu thông qua việc di chuyển trực quan
Màn hình (monitor) : Thiết bị hiển thị thông tin/dữ liệu
Loại màn hình: CRT, LCD
Độ phân giải: kích thước (số điểm) được hiển thị (800x600,…)
Card màn hình (display adapter) là thiết bị kết nối màn hình và hệ thống.
Chương 2. Cấu trúc máy tính
19 / 26
25/01/2011
6.2. Bộ nhớ ngoài (external memory)
Lưu trữ tài nguyên
Chương trình: hệ điều hành, chương trình ứng dụng,…
Dữ liệu: văn bản, âm thanh, hình ảnh,…
Được kết nối với máy tính dưới dạng thiết bị vào ra
Các loại bộ nhớ ngoài
Băng từ (magnetic tape).
Đĩa từ (magnetic disk): đĩa mềm, đĩa cứng.
Đĩa quang (optical disk): CD, DVD.
Electronic disk: USB flash memory
…
Chương 2. Cấu trúc máy tính
20 / 26
25/01/2011
Một vài thiết bị nhớ ngoài
Dung lượng
Đĩa mềm 3 ½ inch: 1.44 MB
Đĩa cứng: 10 - 80GB
Đĩa CDROM: 200 - 700MB
Đĩa DVD: 2GB – 15GB
Chương 2. Cấu trúc máy tính
21 / 26
25/01/2011
Tổng kết bộ nhớ máy tính
Magnetic Disk
Optical Disk
Electronic disk
Magnetic Tape
Cache
Main memory (RAM+ROM)
Tốc
độ
tăng
dần
Dung
lượng
tăng
dần
Chương 2. Cấu trúc máy tính
22 / 26
25/01/2011
6.3. Một số thiết bị ngoại vi khác
Máy in (printer): Xuất thông tin, dữ liệu ra giấy
Máy quét ảnh (scaner): Nhập dữ liệu bằng cách quét hình ảnh
Thiết bị quay số (điện thoại):
Modem (Modulation-Demodulation)
Các thiết bị mạng:
Network Inteface Card (NIC)
Wireless Adapter
Bút điện tử (light pen)
Máy ảnh số, quay phim số (digital camera)
Optical Charater Reader (OCR): Nhận dạng chữ
Barcode Reader: Đọc mã vạch
Chương 2. Cấu trúc máy tính
23 / 26
25/01/2011
Một số hình ảnh
Camera
Printer
Scaner
Barcode Reader
Modem
NIC
Light pen
Chương 2. Cấu trúc máy tính
24 / 26
25/01/2011
7. Phần mềm máy tính
Máy tính được tạo nên bởi:
Phần cứng.
Phần mềm.
Phần cứng
Phần xác của máy tính
Các linh kiện điện tử: vi mạch,…
Các thiết bị vật lý: vỏ máy,…
Phần mềm:
Là các chương trình do con người lập sẵn.
Điều khiển, khai thác tài nguyên phần cứng phục vụ nhu cầu (tính toán) của con người.
Là phần hồn của máy tính.
Chương 2. Cấu trúc máy tính
25 / 26
25/01/2011
So sánh phần cứng và phần mềm
PHẦN CỨNG
Vật “cứng”.
Vật liệu: kim loại, polyme…
Vật chất.
Hữu hình.
Sản xuất công nghiệp bởi máy móc là chính.
Định lượng là chính.
Chịu hỏng hóc, hao mòn theo thời gian.
PHẦN MỀM
Vật “mềm”.
Kỹ thuật sử dụng.
Trừu tượng
Vô hình.
Sản xuất bởi con người là chính (lập trình).
Định tính là chính.
Không hao mòn.
Chương 2. Cấu trúc máy tính
26 / 26
25/01/2011
Chi phí cho phần cứng và phần mềm
%
100

80

60

40

20

0
-
-
-
-
+
1955
+
1970
+
2000
+
1985
Phần cứng
Phần mềm
Chương 2. Cấu trúc máy tính
27 / 26
25/01/2011
Phân loại phần mềm
Phần mềm sụn (firmware)
Các dịch vụ cơ bản của máy tính
Được cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM
Phần mềm hệ thống (system application)
Hệ điều hành (operating system)
Phần mềm tầng trung gian (middleware)
Các công cụ phát triển phần mềm
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu,…
Phần mềm ứng dụng (application software)
Các ứng dụng nghiệp vụ (kế toán, tài chính,…)
Chương trình soạn thảo văn bản,…