Đọc truyện KIEN TRUC PC 1

KIEN TRUC PC 1

Trước Sau

Màu nền

Font chữ

Font size

Chiều cao dòng

CẤU TRÚC MÁY TÍNH

(Computer Structure)

Giới thiệu

Cấu trúc Máy tính

(Computer Structure)

Trình bầy: Đinh Đồng Lưỡng.

ĐT: 058.832078

Mobile: 0914147520

Email: [email protected]

Mục đích và yêu cầu

Mục đích:

 Tìm hiểu cấu trúc và tổ chức các máy tính.

 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cơ bản Máy tính.

 Giới thiệu cấu trúc máy tính tiên tiến của Intel.

Yêu cầu:

 Có kiến thức lập trình cơ bản.

 Sinh viên đọc tài liệu và làm việc theo nhóm để thực

hiện báo cáo trên lớp.

Tài liệu tham khảo (sách)

1.Willian Stallings - Computer Organization and Architecture.

2.Andrew Stamenbaum – Structure Computer Organization.

3.Cẩm nang sữa chữa và nâng cấp máy tính cá nhân

Nguyễn Đăng Khoa

4.Giáo trình bảo trì và nâng cấp máy tính

(Trường KHTN - TPHCM )

Lê Công Bảo

5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thông máy

RON WHITE - Nguyễn Trọng Tuấn (Dịch)

Tài liệu tham khảo (trang web)

@www.williamstallings.com

@ocw.mit.edu

@www.intel.com

@www.asus.com

@www.gigabyte.com

@www .guidePC.com

Nội dung môn học

1. Giới thiệu chung.

2. Hệ thống máy tính.

3. Biểu diễn dữ liệu và số học máy tính.

4. Bộ xử lý trung tâm.

5. Bộ nhớ Máy tính.

6. Hệ thống vào ra.

Chương 1

Giới thiệu chung

1.1 Khái niệm chung máy tính

1.2 Phân loại máy tính

1.3 Sự tiến hóa của máy tính

1.1 Khái niệm chung

Máy tính(compute r) là thiết bị điện tử thực hiện công

việc sau:

nhận thông tin vào.

xử lý thông tin theo chương trình nhớ sẵn bên trong bộ

nhớ máy tính.

 đưa thông tin ra.

Chương trình (Program): chương trình là dãy các câu

lệnh nằm trong bộ nhớ, nhằm mục đích hướng dẫn

máy tính thực hiện một công việc cụ thể nào đấy. Máy

tính thực hiện theo chương trình.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 8

----------------------- Page 9-----------------------

1.1 Khái niệm chung

Ph n mềm (Software): Bao gồm chương trình và dữ

liệu.

Ph n cứng (Hardware): Bao gồm tất cả các thành phần

vật lý cấu thành lên hệ thống Máy tính.

Phần dẻo (Firmware): Là thành phần chứa cả hai thành

phần trên.

Kiến trúc máy tính(Compute r Architecture) đề cập đến

các thuộc tính của hệ thống máy tính dưới cái nhìn của

người lập trình. Hay nói cách khác, là những thuộc tính

ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thực hiện logic của

chương trình. Bao gồm: tập lệnh, biểu diễn dữ liệu, các

cơ chế vào ra, kỹ thuật đánh địa chỉ,…

1.1 Khái niệm chung

Tổ chức máy tính(Compute r Organization): đề cập đến

các khối chức năng và liên hệ giữa chúng để thực hiện

những đặc trưng của kiến trúc.

Ví dụ: trong kiến trúc bộ nhân: đây là thuộc tính của

hệ thống xử lý. Bộ nhân này sẽ được tổ chức riêng bên

trong máy tính hoặc nó được tính toán nhiều lần trên bộ

cộng để cũng được một kết qủa nhân tương ứng.

Cấu trúc máy tính(Comp uter Structure): là những thành

phần của máy tính và những liên kết giữa các thành phần.

Ở mức cao nhất máy tính bao gồm 4 thành phần:

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 10

Bộ xử lý : điều khiển và xử lý số liệu.

Bộ nhớ : chứa chương trình và dữ liệu.

Hệ thống vào ra : trao đổi thông tin giữa máy tính

với bên ngoài.

Liên kết giữa các hệ thống : liên kết các thành phần

của máy tính lại với nhau.

1.1 Khái niệm chung

 Mô hình phân lớp của hệ thống

Người dùng

CÁC TRÌNH ỨNG

DỤNG

Nhà lập trình

CÁC PHẦN MỀM TRUNG GIAN Nhà lập trình

CÁC PHẦN MỀM TRUNG GIAN

HỆ Đ ỀU HÀNH

Nhà Tkế OS

PHẦN CỨNG MÁY TÍNH

1.1 Khái niệm chung

 Mô hình cơ bản

XỬ LÝ

TRUNG TÂM

Các thiết bị

Các thiết bị Các thiết bị

Các thiết bị

nhập

nhập xuất

xuất

BỘ NHỚ

CHÍNH

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 13

----------------------- Page 14-----------------------

1.1 Khái niệm chung

 Sơ đồ cấu trúc máy tính

Peripherals Computer

Central

Main

Processing Memory

Unit

Computer

Systems

Interconnection

Input

Output

Communication

lines

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 14

----------------------- Page 15-----------------------

1.1 Khái niệm chung

 Sơ đồ cấu trúc CPU

CPU

Arithmetic

Computer Arithmetic

Registers

Registers and

and

I/O Login Unit

System CPU

Bus

Internal CPU

Interconnection

Memory Interconnection

Control

Unit

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 15

----------------------- Page 16-----------------------

1.1 Khái niệm chung

Chức năng(Compute r Function): là mô tả hoạt động của

hệ thống hay từng thành phần của hệ thống.

Chức năng chung của một hệ thống bao gồm:

Xử lý dữ liệu.

Lưu trữ dữ liệu.

Vận chuyển dữ liệu.

Điều khiển

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 16

----------------------- Page 17-----------------------

1.1 Khái niệm chung

 Sơ đồ chức năng máy tính

Data

Storage

Facility

Data

Control

Movement

Mechanism

Apparatus

ata

Processing

Facility

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 17

----------------------- Page 18-----------------------

1.2 Phân loại máy tính

Phân loại theo phương pháp truyền thống

Máy vi tính ( Microcomputer)

Máy tính nhỏ (Minicomp uter)

Máy tính lớn (Mainf rame Comput er)

Siêu máy tính (Super Comput er)

Phân loại theo phương pháp hiện đại

Máy tính để bàn (Desktop C ompu ter)

Máy chủ (Servers)

Máy tính nhúng (Embedded Comput er)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 18

----------------------- Page 19-----------------------

1.2 Phân loại máy tính

Máy để bàn:

 là loại máy thông dụng nhất hiện nay.

 bao gồm máy tính cá nhân (PC: Persional Computer)

và trạm (Workstation Computer).

 giá mua 100$ đến 10.000$

Máy chủ

 là máy phục vụ(server)

 dùng trong mạng theo mô hình Clent/Server

 có tốc độ, hiệu năng, bộ nhớ và độ tin cậy cao

 giá vài chục nghìn đến vài chục triệu đô

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 19

----------------------- Page 20-----------------------

1.2 Phân loại máy tính

Máy tính nhúng

 được đặt trong nhiều thiết bị khác nhau để điều khiển

thiết bị làm việc

 được thiết kế chuyên dụng

 ví dụ: điện thoại di động, bộ điều khiển các thiết gia

đình, Router định tuyến,…

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 20

----------------------- Page 21-----------------------

1.3 Sự tiến hóa của máy tính

Sự phát triển của máy tính chia ra 4 thế hệ:

Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân không (Vacumm

Tube) 1946-1955

Thế hệ 2: Máy tính dùng Transitor (1955-1965)

Thế hệ 3: Máy tính dùng mạch tích hợp IC

(Intergrated Circuit) 1966 – 1980

Thế hệ 4: Máy tính dùng mạch tích hợp cực lớn

VLSI (Very Large Scale Intergrated )1980 đến nay

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 21

----------------------- Page 22-----------------------

Máy tính EN AC

Electronic Numerical Integrator And Computer

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 22

----------------------- Page 23-----------------------

1.3 Sự tiến hóa của máy tính

Đề xuất năm 943 và hoàn thành 946 được sử dụng

đến 955 do thầy trò Eckert và Mauchly Trường đại học

Pennsylvania của Mỹ

Đặc điểm chính:

Nặng 30 tấn, chiến diện tích 50m và sử dụng 40KW.

5000 nghìn phép cộng trên giây.

Sử dụng hệ thập phân.

Lập trình bằng công tắc.

Sử dụng 8000 bóng đèn điện tử (vacuum tubes)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 23

----------------------- Page 24-----------------------

Máy tính Von Neumann

 Máy tính IAS(Institute for Advanced Studies)

 Máy có mô hình cơ bản là máy tính này nay

 Thế kế 1947 hoàn thành 1952

 Xây dựng dựa trên ý tưởng của Turring (Mỹ) và Von

Neumann(Anh)

Arithmetic and

ogic Unit

Main

Input Memory

Output

Equipment

Program Control Unit

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 24

----------------------- Page 25-----------------------

1.3 Sự tiến hóa của máy tính

 Các sản phẩm của công nghệ VLSI(Very Large Scale

Integrated)

 Bộ vi xử lý được chế tạo trên một con chip

 Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset)

 Bộ nhớ bán dẫn độc lập( ROM, RAM) thiết kế

thành Module

 Các bộ vi điều khiển chuyên dụng.

 Bộ vi xử lý đầu tiên của Intel 4004 năm197

 Bộ xử lý được coi hoàn thiện nhất là 8088/8086 năm

1978,1979 đây được coi là ngày sinh nhật của các

máy tính sau này

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 25

----------------------- Page 26-----------------------

Máy Micral, André Trương Trọng Thi sáng chế

 Micral Pháp, máy vi tính lắp ráp hoàn toàn đầu tiên

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 26

----------------------- Page 27-----------------------

1.3 Sự tiến hóa của máy tính

Lịch sử phát triển máy tính thế hệ thứ 4

1978

1978 8086 (Intel)

1979

1979 8088 (Intel)

1980

1980 80286 (Intel)

1993

1993 Pentium (Intel)

1997 Celeron

1997 Pentium II (Intel)

1999 Celeron

1999 Pentium III (Intel)

2003 Celeron

2003 Pentium 4 (Intel)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 27

----------------------- Page 28-----------------------

Chương 2

Hệ thống máy tính

2.1 Các thành phần cơ bản của máy tính

2.2 Hoạt động cơ bản của máy tính

2.3 Liên kết hệ thống

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 28

----------------------- Page 29-----------------------

2.1 Các thành phần cơ bản của máy tính

 Mô hình cơ bản của máy tính.

Các mô hình máy tính hiện nay được thiết kế dựa trên

kiến trúc Von Neumann.

 Các đặc điểm kiến trúc của Von Neumann:

Dữ liệu và chương trình chứa trong bộ nhớ đọc ghi.

Bộ nhớ được đánh địa chỉ cho các ngăn nhớ không phụ

thuộc vào nội dung của chúng.

Máy tính thực hiện lệnh một cách tuần tự.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 29

----------------------- Page 30-----------------------

2.1 Các thành phần cơ bản của máy tính

 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của máy tính

 Bộ xử lý trung tâm (CPU): Điều khiển hoạt động của máy tính

và xử lý số liệu

 Hệ thống nhớ: chứa chương trình và dữ liệu đang được xử lý.

 Hệ thống vào/ra (I/O: Input/Output) : trao đổi thông tin giữa

bên ngoài và bên trong máy tính

 Liên kết hệ thống (Interconnection): kết nối và vận chuyển

thông tin giữa các thành phần với nhau

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 30

----------------------- Page 31-----------------------

1.Bộ xử lý trung tâm

(CPU: Central Processing Unit)

Chức năng: Điều khiển toàn bộ hoạt động của máy tính.

Xử lý dữ liệu (vd: các phép toán số học và logic)

Nguyên tắc hoạt động: CPU hoạt động theo chương trình nằm

trong bộ nhớ chính.

Cấu trúc cơ bản CPU

Đơn vị điều khiển (CU:Control Unit): Điều khiển hoạt động của

máy tính theo chương trình đã định sẵn.

Đơn vị số học và logic (ALU: Arithmetic And Logic Unit): thực

hiện các phép toán số học và logic trên các dữ liệu cụ thể.

Tập thanh ghi (RF: Register File): Lưu trữ các thông tin tạm thời

phục vụ cho hoạt động của CPU.

Đơn vị nối ghép BUS(BIU: Bus Interface Unit): kết nối và trao

đổi thông tin giữa Bus bên trong và Bus bên ngoài CPU.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 31

----------------------- Page 32-----------------------

1.Bộ xử lý trung tâm

(CPU: Central Processing Unit)

Bộ vi xử lý hoạt động theo xung nhịp(clock) có tần số

xác định.

Tốc độ vi xử lý được đánh giá gián tiếp thông qua tần

số xung nhịp.

 Gọi T : chu kỳ xung nhịp, f =1/T tần số xung nhịp.

o o o

Mỗi thao tác của bộ xử lý cần kT . T càng nhỏ thì bộ

o o

xử lý chạy càng nhanh

Ví dụ: Một máy tính Pentium 4 tốc độ 2GHz

Ta có f =2GHz=2.10 Hz

T = 1/f =1/2.10 = 0.5ns

o o

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 32

----------------------- Page 33-----------------------

2. Bộ nhớ máy tính

 Chức năng: Lưu trữ chương trình và dữ liệu.

Các thao tác cơ bản:

Thao tác đọc dữ liệu (Read)

Thao tác ghi dữ liệu (Write)

 Các thành phần chính

Bộ nhớ trong (Internal Memory)

Bộ nhớ ngoài (External Memory)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 33

----------------------- Page 34-----------------------

Bộ nhớ trong( nternal Memory)

 Chức năng và đặc điểm:

Chứa thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp

Tốc độ rất nhanh

Dung lượng không lớn

Sử dụng bộ nhớ bán dẫn RAM, ROM

 Các loại bộ nhớ

Bộ nhớ chính (Main memory)

Bộ nhớ Cache (Cache Memory) hay gọi bộ nhớ

đệm

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 34

----------------------- Page 35-----------------------

Bộ nhớ chính (main memory)

 Chứa chương trình và dữ liệu đang được sử dụng bởi

CPU

 Bộ nhớ chính được tổ chức thành các ngăn nhớ và

được đánh địa chỉ

 Ngăn nhớ thường được tổ chức theo byte

 Nội dung của một ngăn nhớ có thể thay đổi nhưng địa

chỉ vật lý của nó đã được đánh là không thay đổi

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 35

----------------------- Page 36-----------------------

Bộ nhớ đệm nhanh(cache memory)

Đây là bộ nhớ bán dẫn có tốc độ nhanh và chúng được

đặt đệm giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc truy

xuất của CPU tới bộ nhớ chính.

Dung lượng nhỏ hơn rất nhiều bộ nhớ chính

 Tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần

Ngay nay Cache được tích hợp vào trong bộ vi xử lý

và nó trong suốt với người sử dụng.

Bộ nhớ Cache thông thường được chia ra thành 2 mức.

 Cache có thể có hoặc không

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 36

----------------------- Page 37-----------------------

2. Bộ nhớ máy tính

Chi tiết cấu trúc bộ nhớ Cache

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 37

----------------------- Page 38-----------------------

Bộ nhớ ngoài(External memory)

Chức năng và đặc điểm

 Lưu trữ tài nguyên phần mềm Máy tính.

 Được kết nối với hệ thống như thiết bị vào ra.

 Dung lượng rất lớn (vài trăm GB)

 Tốc độ chậm

Các loại bộ nhớ ngoài

 Bộ nhớ từ: Đĩa cứng, đĩa mềm,…

 Bộ nhớ quang: CD, VCD, DVD,…

 Bộ nhớ bán dẫn: flash Disk, memory Card, pen

Disk,…

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 38

----------------------- Page 39-----------------------

Hệ thống vào ra ( nput/Output System)

 Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính với thế

giới bên ngoài.

 Thao tác cơ bản

 Vào dữ liệu (In)

 Ra dữ liệu (Out)

 Các thành phần chính

 Thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices)

 Các Module I/O (IO Module)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 39

----------------------- Page 40-----------------------

Hệ thống vào ra ( nput/Output System)

 Cấu trúc vào ra cơ bản

Port I/O

Port I/O Tbị ngoại vi

Tbị ngoại vi

Bus máy tính

Port I/O

Tbị ngoại vi 2

_ e Tbị ngoại vi 2

_ e

o l O

o O

u /

d I

M d

Port I/O

Port I/O Tbị ngoại vi n

Tbị ngoại vi n

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 40

----------------------- Page 41-----------------------

Thiết bị ngoại vi (Peripherals)

Các thiết bị ngoại vi (Peripherals)

- Chức năng: chuyển đổi thông tin từ bên ngoài thành dữ

liệu máy tính và ngược lại.

- Các thiết bị ngoại vi cơ bản:

 Thiết bị vào: bàn phím, chuột, …

 Thiết bị ra: máy in, màn hình,…

 Thiết bị nhớ: đĩa từ, quang,….

 Thiết bị truyền thông: Modem,…

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 41

----------------------- Page 42-----------------------

Module vào ra

Chức năng: nối ghép thiết bị ngoại vi với máy tính

 Mỗi Module có 1 hay nhiều cổng vào ra

 Mỗi cổng được đánh địa chỉ xác định

Các thiết bị ngoại vi được kết nối với máy tính thông qua

cổng vào ra (ví dụ: COM, LPT, USB, VGA,…)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 42

----------------------- Page 43-----------------------

2.2 Hoạt động của máy tính

1. Thực hiện chương trình

Là hoạt động cơ bản của Máy tính. Máy tính lặp đi

lặp lại quá trình thực hiện lệnh gồm hai bước cơ bản:

 Nhận lệnh (Fetch)

 Thực hiện lệnh (Execute)

Thực hiện chương trình dừng khi:

 Mất nguồn

 Gặp lệnh dừng

 Gặp tình huống không giải quyết được(lỗi)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 43

----------------------- Page 44-----------------------

Chu kỳ thực hiện lệnh

Begin

Nhận lệnh

Thực thi lệnh

End

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 44

----------------------- Page 45-----------------------

1. Thực hiện chương trình

Nhận lệnh (Fetch)

 Bắt đầu mỗi chu kỳ lệnh là CPU tiến hành lấy lệnh từ

bộ nhớ chính. Trong quá trình lấy và thực hiện lệnh có

2 thanh ghi CPU mà ta quan tâm đó PC (Program

Counter)và thanh ghi IR(Instruction Register)

 Bộ đếm chương trình thanh ghi PC giữ địa chỉ của

lệnh sẽ được nhận.

 CPU lấy lệnh từ ngăn nhớ được trỏ bởi PC đưa vào

thanh ghi lệnh IR lưu giữ

 Sau mỗi lệnh được nhận thì nội dung của thanh ghi PC

tự động tăng để trỏ tới lệnh kế tiếp sẽ được thực hiện.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 45

----------------------- Page 46-----------------------

1. Thực hiện chương trình

Thực hiện (Execute)

 Bộ xử lý giải mã lệnh đã được nhận và phát tín hiệu

điều khiển thực hiện thao tác mà lệnh yêu cầu.

 Thực hiện trao đổi giữa CPU và bộ nhớ chính

 Thực hiện trao đổi giữa CPU và Module I/O.

 Xử lý dữ liệu thực hiện các phép toán số học và logic.

 Điều khiển rẽ nhánh.

 Kết hợp các thao tác trên.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 46

----------------------- Page 47-----------------------

Ví dụ: Thực hiện chương trình

0001: loader

0010: store

0101: add

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 47

----------------------- Page 48-----------------------

Ví dụ: Thực hiện chương trình

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 48

----------------------- Page 49-----------------------

Ví dụ: Thực hiện chương trình

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 49

----------------------- Page 50-----------------------

Ví dụ: Thực hiện chương trình

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 50

----------------------- Page 51-----------------------

2. Ngắt ( nterrupt)

Khái niệm chung về ngắt: Ngắt là cơ chế cho phép CPU

tạm dừng chương trình đang thực hiện chuyển sang thực

hiện một chương trình khác, gọi là chương trình con

phục vụ ngắt.

Các loại ngắt

 Ngắt do lỗi thực hiện chương trình: chia cho 0

 Ngắt do lỗi phần cứng: lỗi RAM

 Ngắt do module I/O phát ra tín hiệu ngắt đến CPU

yêu cầu trao đổi dữ liệu

Hoạt động của ngắt

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 51

----------------------- Page 52-----------------------

2. Ngắt ( nterrupt)

 Sau khi hoàn thành một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu

ngắt.

 Nếu không có ngắt thì bộ xử lý tiếp tục nhận lệnh tiếp

theo.

 Nếu có tín hiệu ngắt:

Tạm dừng chương trình đang thực hiện. Cất ngữ cảnh

(thông tin có liên quan đến chương trình đang thực hiện).

Thiết lập bộ đếm chương trình PC trỏ đến chương trình

con phục vụ ngắt

Thực hiện chương trình con phục vụ ngắt.

Cuối chương trình con phục vụ ngắt. Khôi phục lại ngữ

cảnh và tiếp tục chương trình đang bị tạm dừng.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 52

----------------------- Page 53-----------------------

2. Ngắt ( nterrupt)

 Chu kỳ lệnh với ngắt

Bắt đầu

Nhận lệnh

Thực hiện

Thực hiện Dừng

Dừng

N Y Chương trình

Ngắt? Chương trình

Ngắt? con phục vụ ngắt

con phục vụ ngắt

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 53

----------------------- Page 54-----------------------

2. Ngắt ( nterrupt)

Xử lý tín hiệu ngắt

 Cấm ngắt: Bộ xử lý bỏ qua các ngắt tiếp theo trong khi

đang xử lý ngắt.

 Các ngắt vẫn đang đợi và được kiểm tra sau khi ngắt

đầu tiên được thực hiện xong

 Các ngắt được thực hiện tuần tự nếu cùng thứ tự ưu

tiên.

 Các ngắt trong máy tính máy tính được định nghĩa

mức độ ưu tiên khác nhau.

 Ngắt có mức ưu tiên thấp có thể bị ngắt bởi ngắt có ưu

tiên cao hơn. Vì vậy có thể xảy ra tình trạng ngắt lồng

nhau

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 54

----------------------- Page 55-----------------------

3. Hoạt động vào ra

 Là hoạt động trao đổi dữ liệu giữa thiết bị ngoại vi với

bên trong máy tính

 Các kiểu hoạt động I/O: CPU trao đổi dữ liệu với

module vào ra. Module vào ra trao đổi dữ liệu trực tiếp

với bộ nhớ chính

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 55

----------------------- Page 56-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

1. Thông tin các thành phần trong máy tính

 Kết nối Module nhớ bao gồm

DỮ LIỆU

DỮ LIỆU Dữ liệu hoặc lệnh

Module

ĐỊA CHỈ

ĐỊA CHỈ nhớ

nhớ

T/h đk đọc

T/h đk ghi

Địa chỉ: nhận địa chỉ để xác định ngăn nhớ

Dữ liệu: truyền nhận dữ liệu và lệnh từ bộ nhớ

 Tín hiệu điều khiển: Bao gồm tín hiệu điều khiển đọc

và tín hiệu điều khiển ghi

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 56

----------------------- Page 57-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

DỮ L ỆU MT&TBNV DỮ L ỆU MT&TBNV

 Kết nối Module I/O DỮ L ỆU MT&TBNV DỮ L ỆU MT&TBNV

Module

ĐỊA CHỈ ĐỊA CHỈ

T/h đk đọc T/h đk TBNV

T/h đk ghi T/h yêu cầu ngắt

 Địa chỉ: nhận địa chỉ để xác định cổng vào ra

 Dữ liệu: nhận dữ liệu từ thiết bị ngoại vi, CPU hay bộ nhớ chính,

đưa ra dữ liệu tới thiết bị ngoại vi, CPU hay bộ nhớ chính.

 Nhận các tín hiệu điều khiển từ CPU

 Phát tín hiệu điều khiển đến TBNV

 Phát tín hiệu yêu cầu của TBNV tới CPU

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 57

----------------------- Page 58-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

DỮ LIỆU DỮ LIỆU

 Kết nối CPU DỮ LIỆU DỮ LIỆU

CPU

LỆNH ĐỊA CHỈ

T/h y/c ngắt T/h đkhiển

 CPU phát địa chỉ đến bộ nhớ hay Module vào ra.

Đọc lệnh và dữ liệu

Đưa dữ liệu ra sau khi xử lý

Phát tín hiệu điều khiển đến Module nhớ hay Module

vào ra

Nhận các tín hiệu ngắt.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 58

----------------------- Page 59-----------------------

2. Cấu trúc BUS

 Khái niệm BUS: Bus là tập hợp các đường dây dùng

để vận chuyển thông tin từ thành phần này tới thành

phần khác bên trong máy tính.

 Độ rộng của BUS : là số đường dây có khả năng vận

chuyển các bit thông tin đồng thời.

 Phân loại BUS: theo chức năng ta chia bus ra làm 3

loại: BUS địa chỉ, BUS dữ liệu và BUS điều khiển

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 59

----------------------- Page 60-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

 BUS địa chỉ :

Chức năng: dùng để vận chuyển địa chỉ từ CPU đến

các Module nhớ hay các Module vào ra, nhằm để xác

định ngăn nhớ hay cổng vào ra nào cần truy xuất trao đổi

thông tin. (đây là BUS một chiều).

Độ rộng của B US địa chỉ (A ,A , …, A )

0 1 n-1

Cho biết khả năng quản lý cực đại số các ngăn nhớ. Nếu

sử dụng độ rộng bus địa chỉ n đường thì dung lượng cực

đại của bộ nhớ có thể quản lý là 2 ngăn nhớ hay tương

đương với 2 byte nhớ (nếu mỗi ngắn nhớ byte)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 60

----------------------- Page 61-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

Ví dụ: Bus địa chỉ của một số bộ VXL là

 8088/8086 n=20 220(1MB)

 80286 n=24 224(16MB)

 80386…Pentium n=32 232(4GB)

 Pentium II, III,IV n=36 236(64GB)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 61

----------------------- Page 62-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

 BUS dữ liệu:

Chức năng: vận chuyển lệnh từ bộ nhớ -> CPU, vận

chuyển dữ liệu giữa CPU, bộ nhớ và cổng vào ra.

Độ rộng của Bus dữ liệu (D D ,….D )

0, m-

Cho biết số byte có khả năng trao đổi đồng thời

m=8,16,32,64,128 bit.

Ví dụ:

8088 -> m=8

8086 -> m=16

80386 -> m=32

Pentium -> m=64

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 62

----------------------- Page 63-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

 BUS điều khiển:

Tập hợp các tín hiệu điều khiển gồm có

 Các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển Module nhớ

và Module vào ra.

 Các tín hiệu từ Module nhớ, Module vào ra gởi đến

CPU yêu cầu.

Ngoài ra còn là BUS cung cấp nguồn tín hiệu xung

nhịp (clock) với các BUS đồng bộ.

Một số tín hiệu điển hình

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 63

----------------------- Page 64-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

 Tín hiệu (MemR) điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ từ

ngăn nhớ xác định. (IOR) Tín hiệu đọc dữ liệu từ một

cổng vào ra.

 Tín hiệu (MemW) điều khiển ghi dữ liệu có sẵn trên

BUS dữ liệu đến một ngăn nhớ xác định. Tín hiệu

điều khiển (IOW) ghi dữ liệu có sẵn ra cổng.

 Interrupt Request(INTR) tín hiệu yêu cầu ngắt từ các

thiết bị ngoại vi

 Interrupt Acknowlegde(INTA) tín hiệu chấp nhận ngắt

phát ra từ CPU

Ngoài ra còn có các tín hiệu khác như: t/h yêu cầu và

chấp nhận CPU chuyển nhượng BUS (BRQ,BGT),…

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 64

----------------------- Page 65-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

Đặc điểm của cấu trúc đơn BUS.

 Có nhiều thành phần nối vào một BUS chung.

 Tại một thời điểm chỉ phục vụ được một yêu cầu trao

đổi dữ liệu.

 Các thành phần nối vào BUS có thể có tốc độ khác

nhau.

 Các module nhớ và module vào ra phụ thuộc vào cấu

trúc của CPU.

Khắc phục:

 Xây dựng cấu trúc đa BUS bao gồm các hệ thống

BUS khác nhau về tốc độ.

 Trong hầu hết các máy PC bus được phân 3 cấp và

GV: Đinh Đồng Lưỡng

các bus nối với nhau thông qua cầu nối BUS

Cấu trúc Máy tính 65

----------------------- Page 66-----------------------

2.3 Liên kết hệ thống

Bộ VXL

BUS bộ VXL

Cầu nối

BUS

BUS bộ nhớ chính

Cầu nối

BUS

BUS vào/ra tốc độ

chậm

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 66

----------------------- Page 67-----------------------

Cấu trúc Pentium điển hình

Intel Pemtium

Cache L

BUS 66MHz của VXL

North

66MHz North 66MHz

Cache SIMM EDO ( 6)

Cache

Brigde

L2 Brigde DIMM SDRAM (66)

BUS PCI

Khe cắm PCI

USB1 USB2

South IDE

South

CMOS & RTC

Bridge IDE2

Bridge

BUS ISA

Khe cắm ISA

Đĩa mềm

Super LPT

Super

Bàn phím Chuột COM

COM2

ROM

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 67

----------------------- Page 68-----------------------

Cấu trúc Pentium 4

Intel Pemtium 4

Processor

4.2 or 3.2 GB/s

RDRAM

Dual

>1 RDRAM

AGP 4X MCH chanel

AGP 4X MCH

GB/s 4.0 GB/s

RDRAM

Inter Hub Architecture

ATA 100MB/s

2 DE 6 Channel

2 DE

Audio P

CH2 C

CH2

133MB/s

LAN Interface 4 USB Ports

LAN Interface

Flash BIOS

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 68

----------------------- Page 69-----------------------

Ví dụ: Cấu hình một máy tính

 Intel MotherBoard D915PBLL, Socket T ATX 800FSB,

DDR2 533, PCI-E 16x, SATA, 8ch Audio & LAN

 3.2GHz Pentium IV processor.

 512 MB DDRAM.

 80 GB hard disk.

 keyboard and a mouse,

 foppy disk drive,

 24x speed DVD drive,

 19" monitor with 1280 x 1024 pixels resolution,

 56 Kbit Modem,

 100 Mbit Ethernet card.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 69

----------------------- Page 70-----------------------

Phần trao đổi và giải đáp

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 70

----------------------- Page 71-----------------------

Tóm tắt chương 2

 Đặc điểm kiến trúc Von Neumann.

 Cấu trúc và chức năng cơ bản của hệ thống máy tính.

 Quy trình thực hiện chương trình trong máy tính.

 Ngắt là gì? Tại sao phải sử dụng ngắt trong hệ thống

máy tính.

 BUS máy tính? Phân loại và chức năng BUS máy tính.

 Cấu trúc đa bus trong máy tính.

 Nhận diện được tất cả các thành phần phần cứng trong

máy tính của bạn.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 71

----------------------- Page 72-----------------------

Chương 3

Biểu diễn dữ liệu và số học máy tính

3.1 Các hệ đếm cơ bản

3.2 Mã hoá và lưu trữ trong máy tính

3.3 Biểu diễn số nguyên

3.4 Số học nhị phân

3.5 Biểu diễn số dấu chấm động

3.6 Biểu diễn ký tự

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 72

----------------------- Page 73-----------------------

3.1 Các hệ đếm cơ bản

 Hệ thập phân (Decimal System): con người sử

dụng

 Hệ nhị phân (Binary System): máy tính sử dụng

 Hệ thập lục phân (Hexadecimal System): dùng biểu

diễn rút ngắn số học nhị phân

 Cách chuyển đổi giữa các hệ đếm.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 73

----------------------- Page 74-----------------------

Hệ thập phân (decimal)

Bộ ký tự cơ sở gồm 10 số: 0…9

Dạng tổng quát: a a a …a a ,a a …a

n- n-2 n-3 0 -1 -2 -m

n−

i Trong đó (a = 0…9).

A = ∑a *10

i i

i=− m

Ví dụ: 23,45

Phần nguyên : 23 : 0 = 2 dư 3

2 : 0 = dư 2 23

: 0 = 0 dư

= 23,45

Phần phân : 0,45* 0 = 4,5 45

0,5 * 0 = 5

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 74

----------------------- Page 75-----------------------

Hệ nhị phân (Binary)

Hệ thập lục phân (Hexadecimal)

Hệ nhị phân(Binary)

Bộ ký tự cơ sở gồm 2 số: 0,

Dạng tổng quát: a a a …a a ,a a …a

n- n-2 n-3 0 -1 -2 -m

n−

A = ∑a *2i (a = 0, )

i i

i=−m

4 3 0 -2 -3

Ví dụ: 0 ,0 2 = 2 +2 +2 +2 +2 +2 =27,375

Thập lục phân (hexadecimal)

Bộ ký tự cơ sở: 0…9,A…F

Dạng tổng quát: a a a …a a ,a a …a

n- n-2 n-3 0 -1 -2 -m

n−

A = ∑a * 6i (a = 0..9, A..F )

i i

i=−m

Ví dụ: 89AB = 000 00 0 0 0 B.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 75

----------------------- Page 76-----------------------

3.2 Mã hoá và lưu trữ trong máy tính

Nguyên tắc chung về mã hoá dữ liệu

Mọi dữ liệu được đưa vào máy tính được mã hoá thành

số nhị phân.

Các loại dữ liệu:

 Dữ liệu nhân tạo: do con người quy ước

 Dữ liệu tự nhiên: tồn tại khách quan với con người

Mã hoá dữ liệu nhân tạo

 Dữ liệu số nguyên: mã hoá theo một số chuẩn đã qui

ước

 Dữ liệu số thực: mã hoá bằng số dấu chấm động

 Dữ liệu phi số (ký tự): mã hoá theo các bộ mã ký tự

hiện hành như : ASCII, Unicode,…

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 76

----------------------- Page 77-----------------------

Mô hình mã hoá và tái tạo tín hiệu vật lý

Bộ cảm Bộ chuyển

biến tín đổi tương tự

T/h vlý hiệu => số

hiệu => số

(Sensor) (ADC)

Máy tính

Bộ chuyển

đổi số=>

Bộ tái tạo đổi số=>

T/h vlý Bộ tái tạo

tương tự

tín hiệu tương tự

tín hiệu

(ADC

Các dữ liệu vật lý thông dụng

 Âm thanh

 Hình ảnh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 77

----------------------- Page 78-----------------------

Thứ tự lưu trữ các byte dữ liệu MT

Bộ nhớ chính tổ chức lưu trữ dữ liệu theo đơn vị byte

Độ dài từ dữ liệu có thể chiếm từ 1 đến 4 byte. Vì vậy

cần phải biết thứ tự chúng lưu trữ trong bộ nhớ chính

đối các dữ liệu nhiều byte.

Có hai cách lưu trữ được đưa ra

 Little Endian (đầu nhỏ): Byte có ý nghĩa thấp hơn

được lưu trữ trong bộ nhớ ở vị trí có địa chỉ nhỏ hơn.

 Big Endian (đầu to): Byte có ý nghĩa thấp hơn được

lưu trữ trong bộ nhớ ở vị trí có địa chỉ lớn hơn.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 78

----------------------- Page 79-----------------------

Thứ tự lưu trữ các byte dữ liệu MT

Ví dụ: lưu trữ một từ 32bit

0001 1010 0010 10 00 100 0100 0 B

1 A 2 B 3 C 4 D

Biểu diễn trong ngăn nhớ theo 2 cách

300 4D 300 1A

301 3C 301 2B

302 2B 302 3C

303 1A 303 4D

Little Endian Big Endian

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 79

----------------------- Page 80-----------------------

Thứ tự lưu trữ các byte dữ liệu MT

 Lưu trữ của các bộ vi xử lý điển hình

 Loại máy Intel: 80x86, Petium -> little endian

 Motorola 680x0 và các bộ xử lý RISC -> big endian

 Power PC & Itanium: tích hợp cả hai cách trên

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 80

----------------------- Page 81-----------------------

3.3. Biểu diễn số nguyên

Máy tính biểu diễn số nguyên chia thành 2 loại

 Biểu diễn số nguyên không dấu (unsign integer)

 Biểu diễn số nguyên có dấu (sign integer)

Số nguyên không dấu:

Giả sử dùng n bit để biểu diễn số nguyên không dấu->

dải mà n bit biểu diễn được từ 0 -> 2 - . Giá trị của số

nguyên đó được tính: n−

∑a *2i

i= 0

 Dải miền trị của số nguyên không dấu được biểu bằng

hình tròn

 Giá trị nhỏ nhất bằng 0

 Giá trị lớn nhất bằng 2 -

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 81

----------------------- Page 82-----------------------

Ví dụ: Số nguyên không dấu

 Ví dụ: n=8 0…2 -1 (255)

n=16 0… 216-1 (65535).

n=32 0…2 -

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 82

----------------------- Page 83-----------------------

Số nguyên có dấu

 Số bù một và số bù hai

ĐN: Cho một số nhị p hân N được biểu diễn bởi n bit. Ta

có

 Số bù một của N bằng (2 - )-N

 Số bù hai của N bằng 2 -N

Ví dụ: Cho số N = 000 000 2 được biểu diễn bởi n=8bit.

Xác định số bù 1 và bù 2 của N.

Ap dụng công thức (2 - )

0001 000 N

số bù một của N 0 0

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 83

----------------------- Page 84-----------------------

Số nguyên có dấu

 Nhận xét: số bù một của một số N được xác định

bằng cách đảo các bit trong N

Ap dụng công thức 1 0000 0000 (2 )

000 000 N

số bù hai của N 10

 Nhận xét: số bù hai của một số N được xác định

bằng cách lấy số bù một của N cộng thêm 1

Số bù 2 của N =(số bù 1 của N)+ 1

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 84

----------------------- Page 85-----------------------

Số nguyên có dấu

Giả sử dùng n bit để biểu diễn số nguyên có dấu-> dải

mà n bit biểu diễn được từ (- 2n- ..-1,0 .. 2n- - ). Giá trị

của số nguyên đó được tính theo 2 phần riêng biệt:

 Phần giá trị dương (0 -> 2n- -1).

 Phần giá trị âm (- 2n- …-1).

 Dải miền trị của số nguyên có dấu được biểu bằng

hình tròn

Giá trị nhỏ nhất bằng - 2n-

Giá trị lớn nhất bằng +2n- -

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 85

----------------------- Page 86-----------------------

Số nguyên có dấu

Trong đó: Bít có trọng số cao nhất (hay bit ngoài cùng

bên trái của dãy nhị được máy tính sử dụng để biểu diễn

dấu của giá trị) nếu:

= 0 : thì số nhị phân cần tính giá trị là số dương.

Dạng tổng quát là: 0an-2an-3 …a0

= : thì số nhị phân cần tính giá trị là số âm.

Dạng tổng quát là: 1a a …a

n-2 n-3 0

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 86

----------------------- Page 87-----------------------

Ví dụ 1

Ví dụ 1: Cho số nguyên có dấu biểu diễn n=8bit sau:

A=B5 và B=6A

H H

Hãy xác định giá trị của hai số nguyên có dấu A và B dưới dạng

hệ số người sử dụng

Bài giải

 Biểu diễn số nguyên A dưới dạng nhị phân

A=B5 = 10 010

H 2

=>A= -128 + 53 = - 75

 Biểu diễn số nguyên B dưới dạng nhị phân

B=6A = 0 0 1010

H 2

=> B = 64+32+8+2 = 106

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 87

----------------------- Page 88-----------------------

Ví dụ 2

Ví dụ 2: Biểu diễn số nguyên có dấu sau đây A =+97 và

B=-101 theo hai dạng kiểu n=8bit và n=16bit trong máy

tính.

Lời giải

 Biểu diễn số A dạng số nguyên có dấu trong máy tính

A = 0 0 000 2 (n=8bit)

 Biểu diễn số B dạng số nguyên có dấu trong máy tính

Biểu diễn số +101 = 0 0 010

Lấy bù 2 1001 10 2

=> B = - 101 = 1001 10

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 88

----------------------- Page 89-----------------------

Ví dụ 2

Biểu diễn số A dạng số nguyên có dấu trong máy tính

A = 0000 0000 0 0 000 2 (n=16bit)

Biểu diễn số B dạng số nguyên có dấu trong máy tính

Biểu diễn số +101 =0000 0000 0 0 010

Lấy bù 2 1 100 10 2

=> B =-101 = 1001 10

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 89

----------------------- Page 90-----------------------

3.4 Biểu diễn số dấu chấm động

Cho hai giá trị:

Khối lượng mặt trời:

199000000000000000000000000000000000g

Khối lượng điện tử:

0.00000000000000000000000000000910956g

Để lưu trữ con số này thì máy tính cần đến số bit rất

lớn. Như vậy, trong trường hợp này thì loại số có dấu

chấm tĩnh sẽ rất bất tiện. Vì vậy tất cả máy tính lưu trữ

những số trên dưới dạng dấu chấm động (floating point)

33 -27

1.990 x 0 và 0.910956x 10 hay theo số khoa học là :

1.999E+33 và 0.910956E-27.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 90

----------------------- Page 91-----------------------

3.4 Biểu diễn số dấu chấm động

Dạng tổng quát

M.R Trong đó: M (Matissa) phần định trị

R (Radix) cơ số

E(Exponent) số mũ

s E-B

X=(-1) 1.M 2

Trong đó: s: là bit dấu (s=0 phần định trị là dương; s=

phần định trị là âm)

M : là phần định trị.

E: là số mũ được dịch chuyển đi B đơn vị.

R đã được biết (R=2) máy tính lưu số dấu

chấm động bao gồm hai thành phần chính

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 91

----------------------- Page 92-----------------------

3.4 Biểu diễn số dấu chấm động

Chuẩn IEEE 754-1985 phân định 3 dạng số dấu chấm

động cơ bản

(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers )

Số có độ chính xác đơn dài 32 bit (single)

Số có độ chính xác kép dài 64 bit (double)

Số có độ chính xác mở rộng dài 128bit (quadruple)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 92

----------------------- Page 93-----------------------

3.4 Biểu diễn số dấu chấm động

Loại Single Double Quadruple

Bề rộng của

trường (bit)

S 1 1 1

E 8 11 15

M 23 52 111

Tổng cộng 32 64 128

E cực đại 255 2047 32767

E cực tiểu 0 0 0

Độ dịch 127 1023 16383

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 93

----------------------- Page 94-----------------------

Biểu diễn số dấu chấm động chuẩn IEEE 32bit

S E M ±

• e±

S=1 phần định trị là âm

S=0 phần định trị là dương

E: giá trị E nằm trong 8 bit, là số mũ được dịch chuyển

đi 127

M: phần định trị, giá trị nằm trong 23 bit

Ta có số –2345, 125 trong hệ thập phân. Hãy biểu diễn

chúng dưới dạng chuẩn IEEE 32bit trong máy tính

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 94

----------------------- Page 95-----------------------

3.4 Biểu diễn số dấu chấm động

B1: Chuyển đổi số trên ra hệ hai

-2345,125d = -1001 0010 1001.001b (dãy số nhị phân

được biểu diễn bình thường)

B2: Chuẩn hoá theo IEEE 32bit

-1.001 0010 1001 001 x 2

B3: Xác định các thông số biểu diễn s,M,E

S: phần định trị là số âm, nên s là

E : phần mũ được xác định e = E-127

=> E = +127=138=10001010

M: phần định trị được xác định là 001 0010 1001 0010

0000 0000 (số 32 bit)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 95

----------------------- Page 96-----------------------

3.4 Biểu diễn số dấu chấm động

 Để thực một phép cộng hoặc trừ hai số dấu chấm

động phải tiến hành theo các bước sau:

Tăng số mũ của số có số mũ nhỏ hơn cho bằng số có số

mũ lớn hơn.

Cộng (hoặc trừ) các phần định trị.

Nếu cần thiết chuẩn hoá kết quả trả lại.

X -> M và E để biểu diễn X =M *RE1

1 1 1 1 1

X -> M và E để biểu diễn X =M *RE2

2 2 2 2 2

  X *X = (M *M )*RE1+E2

1 2 1 2

  X / X = (M / M )*RE1-E2

1 2 1 2

  X1±X =(M *R(E1-E2) ±M )*RE2 (với giả thiết E1>E2)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 96

1 1 2

----------------------- Page 97-----------------------

3.4 Biểu diễn số dấu chấm động

Một số quy ước

Nếu e =255 và M<>0 -> không phải là số

Nếu e =255 và M=0 -> Giá trị âm hoặc dương vô cùng

Nếu e =0 và M=0 -> giá trị bằng 0

Dải biểu diễn: 2-127 đến 2+127 hay tương đương 0-38 đến

+38

+127 -127 -127 +127

-2 -2 2 2

Overflow Underflow Overflow

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 97

----------------------- Page 98-----------------------

3.5 Biểu diễn ký tự.

Có hai bộ mã thường sử dụng trên máy tính:

 Bộ mã ASCII

 Bộ mã Unicode

Bộ mã ASCII (American Standard Code for

Information Interchange)

Do ANSI (American National Standard Institute)

thiết kế

Bộ mã 8 bit -> mã hoá 2 ký tự có mã 00H ->FFH .

Trong đó

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 98

----------------------- Page 99-----------------------

3.5 Biểu diễn ký tự.

128 ký tự chuẩn cố định có mã (00H -> 7FH)

33 ký tự điều khiển không thể hiện thị nên màn hình.

Bao gồm các ký tự điều khiển định dạng văn bản, điều

khiển truyền số liệu và điều khiển phân cách thông tin.

 Còn lại các ký tự còn lại hiển thị được là bao gồm:

26 ký tự hoa 41h -> 5Ah

26 ký tự thường 61h ->7Ah

10 ký tự số 30h ->39h

các dấu số học và ký tự đặc biệt.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 99

----------------------- Page 100-----------------------

3.5 Biểu diễn ký tự.

 28 ký tự còn lại là ký tự mở rộng có thể thay đổi tuỳ ý

nhà chế tạo máy tính hay người phát triển phần mền sử

dụng vào những việc riêng. Có mã 80 -> FF

H H

Bộ mã hợp nhất Unicode:

 Do các hãng máy tính hàng đầu thế giới kết hợp thiết

kế.

Bộ mã 16 bit có thể xây dựng bộ mã toàn cầu 2 6 ký tự

với 128 ký tự đầu có mã trùng mã trong bảng mã ASCII.

Có hỗ trợ các ký tự Tiếng Việt

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 100

----------------------- Page 101-----------------------

Phần trao đổi và giải đáp

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 101

----------------------- Page 102-----------------------

Ôn tập chương 3

Các hệ đếm, ý nghĩa của chúng trong máy tính.

Mã hóa dữ liệu trong máy tính.

Mã hóa số nguyên(mã hóa số nguyên có và không

dấu).

Mã hóa số thực (số dấu chấm động)

Mã hóa ký tự (ASCII, Unicode)

Lưu trữ dữ liệu trong máy tính

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 102

----------------------- Page 103-----------------------

Đặt câu hỏi

Câu 1: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi

thực hiện đoạn lệnh sau:

Var a: shortint;

Begin

a:=-1;

writeln(‘Gia tri a:=’,a);

writeln(‘Gia tri ngan nho:=’, mem[seg(a):ofs(a)]);

End.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 103

----------------------- Page 104-----------------------

Đặt câu hỏi

Câu 2: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi

thực hiện đoạn lệnh sau:

Var a: shortint;

Begin

a:=-128;

writeln(‘Gia tri a:=’,a);

writeln(‘Gia tri ngan nho:=’, mem[seg(a):ofs(a)]);

End.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 104

----------------------- Page 105-----------------------

Đặt câu hỏi

Câu 3: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi

thực hiện đoạn lệnh sau:

Var a: shortint;

Begin

a:=$6A;

writeln(‘Gia tri a:=’,a);

writeln(‘Gia tri ngan nho:=’, mem[seg(a):ofs(a)]);

End.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 105

----------------------- Page 106-----------------------

Đặt câu hỏi

Câu 4: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi

thực hiện đoạn lệnh sau:

Var b : integer absolute 3715:100;

a : shortint absolute 37 5: 00;

Begin

b:=$00B5;

writeln(‘Gia tri a:=’,a);

writeln(‘Gia tri ngan nho:=’, mem[seg(a):ofs(a)]);

End.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 106

----------------------- Page 107-----------------------

Đặt câu hỏi

Câu 5: Kết quả hiển thi lên màn hình là bao nhiêu? Khi thực hiện

đoạn lệnh sau:

Var b : integer absolute 3715: 00;

a: shortint absolute 37 5: 00;

Begin

b:=-75;

writeln(‘Gia tri a:=’,a);

writeln(‘Gia tri ngan nho:=’, mem[seg(a):ofs(a)]);

writeln(‘Gia tri ngan nho:=’, mem[seg(a):ofs(a)+1]);

writeln(‘Gia tri ngan nho:=’, memw[seg(a):ofs(a)]);

End.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 107

----------------------- Page 108-----------------------

Chương 4

Bộ xử lý trung tâm

4.1 Cấu trúc của CPU

4.2 Tập lệnh (Instruction File)

4.3 Hoạt động của CPU

4.4 Kiến trúc Intel

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 108

----------------------- Page 109-----------------------

4.1 Cấu trúc của CPU

Nhiệm vụ CPU: thực hiện lệnh của chương trình.

 Nhận lệnh (Fetch Instruction): CPU nhận lệnh từ bộ

nhớ

 Giải mã lệnh(Decode Instruction): Xác định thao tác

mà lệnh yêu cầu

 Nhận dữ liệu(Fetch Data): Nhận dữ liệu từ bộ nhớ hay

cổng vào ra

 Xử lý dữ liệu(Process Data): thực hiện các phép toán

số học và logic đối với dữ liệu

 Ghi dữ liệu (Write Data): Ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay

cổng vào ra.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 109

----------------------- Page 110-----------------------

a. Cấu trúc CPU

CPU

ALU

Control

Unit

Control Data Address

Bus Bus Bus

System bus

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 110

----------------------- Page 111-----------------------

b. Đơn vị số học và logic (ALU)

Chức năng: thực các phép toán số học và logic

Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm, đảo,..

Logic: AND, OR,XOR, NOT, dịch bit,…

 Mô hình kết nối của ALU

Dliệu vào từ thanh ghi

Kết quả

T.h điều khiển ALU

ALU

Thanh ghi cờ

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 111

----------------------- Page 112-----------------------

c. Đơn vị điều khiển

Chức năng:

Nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào thanh ghi lệnh IP.

 Tăng nội dung thanh ghi PC mỗi khi nhận lệnh song

 Giải mã lệnh và xác định thao tác mà lệnh yêu cầu

Phát ra tín hiệu điều khiển thực thi lệnh.

Nhận các tín hiệu yêu cầu từ BUS hệ thống và giải

quyết đáp ứng yêu cầu đó.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 112

----------------------- Page 113-----------------------

c. Đơn vị điều khiển

 Mô hình kết nối đơn vị điều khiển

Thanh ghi lệnh

Các cờ

T. h điều khiển

Control

Control bên trong CPU

Unit

Clock

T.h yêu cầu từ T.h điều khiển đến

BUS hệ thống BUS hệ thống

BUS ĐIỀU KHIỂN

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 113

----------------------- Page 114-----------------------

c. Đơn vị điều khiển

 Các thông tin kết nối đến CU

 Clock: tín hiệu xung nhịp từ mạch tạo dao động.

Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến CU giải mã

 Các trạng thái cờ đưa đến cho biết trạng thái của

CPU cũng như trạng thái thực hiện các phép toán

trong ALU.

 Các tín hiệu điều khiển từ BUS điều khiển.

 Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU: điều khiển

thanh ghi, ALU.

 Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU đó là Bộ nhớ

hay cổng vào ra

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 114

----------------------- Page 115-----------------------

4.2 Tập thanh ghi

 Chức năng

 Thực chất là vùng nhớ được CPU nhận biết qua tên

thanh ghi và có tốc độ truy xuất cực nhanh.

 Chứa thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động ở thời

điểm hiện tại của CPU

 Số lượng thanh ghi tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý cụ thể ->

tăng hiệu năng CPU

 Thanh ghi chia 2 loại: Loại lập trình được và loại

không lập trình được

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 115

----------------------- Page 116-----------------------

4.2 Tập thanh ghi

 Phân loại thanh ghi theo chức năng

 Thanh ghi địa chỉ: Thanh ghi được sử dụng để quản lý

địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào ra.

 Thanh ghi dữ liệu: Thanh ghi dùng để lưu trữ dữ liệu

tạm thời

 Thanh ghi đa năng: Thanh ghi có thể chứa dữ liệu hoặc

địa chỉ đều được.

 Thanh ghi điều khiển/trạng thái: Thanh ghi chứa thông

tin về trạng thái CPU.

 Thanh ghi lệnh: thanh ghi chứa lệnh đang được thực

hiện

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 116

----------------------- Page 117-----------------------

4.2 Tập thanh ghi

 Một số thanh ghi điển hình

Bộ đếm chương trình PC

Ngăn xếp SS (Stack)

 Con trỏ ngăn xếp SP

Thêm vào Lấy ra

Thanh ghi cơ sở Ngăn nhớ CS

300

96 Thanh ghi chỉ số

SP (196)

97 302

98 303

99 Ngăn nhớ Truy cập

Đáy Stack 304

200

305

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 306 117

----------------------- Page 118-----------------------

4.2 Tập thanh ghi

 Các thanh ghi dữ liệu

 Chứa các dữ liệu tạm thời và kết quả trung gian.

 Các thanh ghi số nguyên 8,16,32,64 bit.

 Các thanh ghi số dấu chấm động.

 Thanh ghi trạng thái (State Register)

&Thanh ghi cờ (FR: Flag Register).

 Chứa các thông tin trạng thái của CPU.

 Các cờ phép toán báo hiệu trạng thái kết quả.

 Các cờ điều khiển báo hiệu trạng thái của CPU

Ví dụ: cờ ZF, CF, SF, OF, IF (cờ ngắt = cho ngắt =0

cấm ngắt

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 118

----------------------- Page 119-----------------------

4.3 Tập lệnh

Giới thiệu chung về tập lệnh

 Mỗi bộ xử lý có tập lệnh xác định.

 Một tập lệnh thường đến vài chục đến vài nghìn lệnh

 Mỗi lệnh là chuỗi nhị phân mà bộ xử lý có thể phân

tích và hiểu để thực hiện thao tác mà lệnh đó yêu cầu.

 Các lệnh khi viết thường được ánh xạ ra thành các ký

hiệu gợi nhớ. ADD, MOV, IN, OUT, SHL, ROL,…

 Đây tựa của câu lệnh của hợp ngữ

(Lập ASSEMBLY)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 119

----------------------- Page 120-----------------------

4.3 Tập lệnh

Các thành phần một lệnh máy 2 phần:

Mã thao tác Địa chỉ toán hạng

Mã thao tác (Operation Code: Opcode): Mã chỉ ra

thao tác mà bộ vi xử lý cần phải thực hiện.

Địa chỉ toán hạng (Operand Address): Chỉ ra nơi

chứa các toán hạng mà mã thao tác sẽ tác động.

o Toán hạng nguồn: dữ liệu vào của thao tác

o Toán hạng đích: dữ liệu ra của thao tác

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 120

----------------------- Page 121-----------------------

4.3 Tập lệnh

Các kiểu thao tác

 Thao tác chuyển dữ liệu

 Thao tác xử lý số học và logic

 Thao tác vào ra dữ liệu qua cổng

 Thao tác điều khiển rẽ nhánh

 Thao tác điều khiển hệ thống

 Thao tác xử lý số dấu chấm động

 Thao tác chuyên dụng khác: xử lý ảnh, âm thanh, tiếng

nói,…

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 121

----------------------- Page 122-----------------------

4.3 Tập lệnh

Các lệnh chuyển dữ liệu

 Lệnh Mov

Sao chép dữ liệu từ toán hạng nguồn -> đích

 Lệnh Load

Nạp dữ liệu từ bộ nhớ -> bộ xử lý

 Lệnh XCHG

Trao đổi nội dung của hai toán hạng cho nhau

 Lệnh PUSP

Cất nội dung của một toán hạng nguồn vào stack

 Lệnh POP

Lấy nội dung ở đỉnh Stack ra toán hạng đích

 Lệnh Set, Clear

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 122

----------------------- Page 123-----------------------

4.3 Tập lệnh

 Các lệnh số học  Các lệnh logic

 Lệnh ADD : cộng  Lệnh Test

 Lệnh SUB : trừ Thực hiện lệnh AND thiết lập cờ

 Lệnh MUL : nhân  Lệnh Shift

 Chia DIV : chia Dịch trái, hoặc phải

 Lệnh Rotate

Quay trái hoặc quay phải

 Lệnh Convert

Chuyển đổi dữ liệu từ dạng này sang

dạng khác

 Lệnh AND, OR, XOR, NOT,….

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 123

----------------------- Page 124-----------------------

4.3 Tập lệnh

 Các lệnh vào ra  Các lệnh điều khiển hệ thống

 Lệnh nput:  Lệnh Halt : dừng thực hiện

 Lệnh Output chương trình

 Các lệnh chuyển điều  Lệnh Wait : tạm dừng thực hiện

khiển chương trình, lặp kiểm tra cho đến

 Lệnh Jump khi thoả mãn thì tiếp tục thực hiện

 Lệnh Call  No Operation: không thực hiện gì

cả

 Lệnh Return : trở về từ

 Lệnh Lock : Cấm không cho

chương trình con

chuyển nhượng BUS

 Lệnh Unlock: cho phép chuyển

nhượng BUS

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 124

----------------------- Page 125-----------------------

Các phương pháp định địa chỉ (Addressing

Models)

 Toán hạng của của lệnh có thể là:

 Một thanh ghi cụ thể

 Nội dung của thanh ghi

 Nội dung của ngăn nhớ hay cổng vào ra

 Các phương pháp định địa chỉ thông dụng:

 Định địa chỉ tức thời

 Định địa chỉ thanh ghi

 Định địa chỉ trực tiếp

 Định địa chỉ gián tiếp qua thanh ghi

 Định địa chỉ gián tiếp

 Định địa chỉ dịch chuyển

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 125

----------------------- Page 126-----------------------

Định địa chỉ tức thì

 Toán hạng là hằng số nằm ngay trong trường địa chỉ

toán hạng

 Đây chỉ có thể là toán hạng nguồn

 Không tham chiếu bộ nhớ

 Truy cập toán hạng rất nhanh

 Dải giá trị toán hạng bị hạn chế

ADD R1, const

ADD const

ADD

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 126

----------------------- Page 127-----------------------

Định địa chỉ thanh ghi

 Toán hạng được chứa trong một thanh ghi, thanh ghi

có tên trong trường địa chỉ toán hạng.

Tập thanh ghi

OPCODE

OPCODE Thanh ghi

Toán hạng

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 127

----------------------- Page 128-----------------------

Định địa chỉ trực tiếp

 Toán hạng là ngăn nhớ có địa chỉ được chỉ ra ngay

trong trường địa chỉ toán hạng

Bộ nhớ

OPCODE

OPCODE Địa chỉ

Toán hạng

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 128

----------------------- Page 129-----------------------

Định địa chỉ gián tiếp qua thanh ghi

 Toán hạng là ngăn ngăn

OPCODE Thanh ghi

OPCODE

nhớ có địa chỉ được chỉ

ra trong thanh ghi.

Trường địa chỉ toán hạng

lưu trữ tên thanh ghi đó. Thanh ghi

Bộ nhớ

 Thanh ghi có thể là ngầm

định

 Thanh ghi này được gọi Toán hạng Địa chỉ

là thanh ghi con trỏ

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 129

----------------------- Page 130-----------------------

Định địa chỉ gián tiếp qua ngăn nhớ

Bộ nhớ

OPCODE

OPCODE Địa chỉ

Địa chỉ

Toán hạng

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 130

----------------------- Page 131-----------------------

Định địa chỉ dịch chuyển

Để xác định toán hạng gồm 2 thành phần

 Tên thanh ghi và hằng số

 Địa chỉ toán hạng = Nội dung thanh ghi + hằng số

Bộ nhớ

ADD const

ADD

Tập thanh ghi + Toán hạng

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 131

----------------------- Page 132-----------------------

4.4 Hoạt động của CPU

 Chu kỳ lệnh CPU bao gồm: Nhận lệnh, giải mã lệnh,

nhận toán hạng, thực hiện lệnh, cất toán hạng, ngắt.

 Giản đồ trạng thái chu kỳ lệnh

Nhận Nhận toán Cất toán

lệnh hạng hạng

Tính Địa Giải mã Tính địa Thao Tính địa KT ngắt

chỉ lệnh thao tác chỉ toán tác dl chỉ toán và ngắt

hạng hạng

Lệnh tiếp theo Dữ liệu mảng hay chuỗi

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 132

----------------------- Page 133-----------------------

Phần trao đổi và giải đáp

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 133

----------------------- Page 134-----------------------

Câu hỏi ôn tập

 Cấu trúc và chức năng của CPU

 Kiến trúc tập lệnh

 Các phương pháp tham chiếu toán hạng.

 Hoạt động cơ bản CPU

 Kiến trúc BXL tiến tiến

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 134

----------------------- Page 135-----------------------

Chương 5

Bộ nhớ máy tính

5.1 Tổng quan bộ nhớ trong Máy tính

5.2 Bộ nhớ bán dẫn

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh (Cache)

5.4 Bộ nhớ ngoài (bộ nhớ phụ)

5.5 Hệ thống nhớ trên máy PC hiện nay

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 135

----------------------- Page 136-----------------------

5.1 Tổng quan

Các đặc trưng của bộ nhớ

Ví trí:

 Bên trong CPU: tập thanh ghi, cache

 Bộ nhớ trong: Bộ nhớ chính và Cache

 Bộ nhớ ngoài: các thiết bị nhớ, RAID

Dung lượng:

 Độ dài từ nhớ (tính bằng bit)

 Số lượng từ nhớ

Đơn vị truyền:

 Từ nhớ

 Khối nhớ

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 136

----------------------- Page 137-----------------------

5.1 Tổng quan

Phương pháp truy nhập:

 Truy nhập tuần tự (băng từ)

 Truy nhập trực tiếp (các loại đĩa)

 Truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ bán dẫn)

 Truy nhập liên kết (cache)

Hiệu năng:

 Thời gian truy nhập

 Chu kỳ truy xuất bộ nhớ

 Tốc độ truyền

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 137

----------------------- Page 138-----------------------

5.1 Tổng quan

Kiểu bộ nhớ vật lý:

 Bộ nhớ bán dẫn

 Bộ nhớ từ

 Bộ nhớ quang

Các đặc tính vật lý:

 Khả biến/không khả biến

 Xoá được/không xoá được

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 138

----------------------- Page 139-----------------------

Phân cấp bộ nhớ

Tốc ộ

Registers

CPU Cache

Central Memory

Disk Cache

l s

r e

Disks e i

h o

i m

r e

CD/ROM e

P m

Archival Stores

Kích thước

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 139

----------------------- Page 140-----------------------

Phân cấp bộ nhớ

Bộ nhớ Bộ nhớ trong

chính

Tập Bộ nhớ Bộ nhớ

Bộ nhớ Bộ nhớ Bộ nhớ

thanh ghi Cache L1 Cache

Cache L1 Cache mạng

mạng

Từ trái qua phải dung lượng tăng dần, tốc độ giảm dần, giá

thành tính theo đơn vị byte hoặc bit giảm dần.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 140

----------------------- Page 141-----------------------

5.2 Bộ nhớ bán dẫn

Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only Memory)

Bộ nhớ không khả biến

Sử dụng để lưu các thông tin sau:

 Thư viện các chương trình con.

 Các chương trình con điều khiển hệ thống (BIOS)

 Các bảng chức năng.

k đường địa chỉ

2 từ nhớ

(n bit từ nhớ)

n đường dữ liệu ra

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 141

----------------------- Page 142-----------------------

5.2 Bộ nhớ bán dẫn

Các kiểu ROM:

ROM mặt nạ, PROM: Programmable ROM, EPROM:

Erasable PROM, EEPROM Electrically EPROM,

Flash Memory ( Bộ nhớ cực nhanh): Ghi theo khối,

xoá bằng điện.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 142

----------------------- Page 143-----------------------

5.2 Bộ nhớ bán dẫn

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

(RAM : Random Access Memory)

 Bộ nhớ đọc ghi (R/W memory)

 Bộ nhớ khả biến

 Lưu thông tin tạm thời

 Có hai loại chính là SRAM (Static RAM) và DRAM

(Dynamic RAM) n đường dữ liệu vào

k đường địa chỉ k

2 từ nhớ

Read

Write (n bit từ nhớ)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính n đường dữ liệu ra 143

----------------------- Page 144-----------------------

5.2 Bộ nhớ bán dẫn

RAM tĩnh (SRAM: Static RAM)

 Các bit được lưu dựa trên các Flip- Flop (4-8 FF lưu 1

bit)

 Thông tin lưu ổn định

 Cấu trúc phức tạm

 Dung lượng nhỏ(KB)

 Tốc độ nhanh (6-8 ns)

 Dùng làm cache

 Giá thành cao

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 144

----------------------- Page 145-----------------------

5.2 Bộ nhớ bán dẫn

RAM động (DRAM: Dynamic RAM)

 Các bit được lưu dựa trên các tụ điện => nguyên nhân

thường xuyên làm tươi.

 Dung lượng lớn.

 Tốc độ chậm (60-80ns).

 Dùng làm bộ nhớ chính

 Giá thành phải chăng.

 Các DRAM tiên tiến:

SDRAM: Synchronous Dynamic RAM, DDRAM:

Double Data RAM. Ram BUS RDRAM.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 145

----------------------- Page 146-----------------------

Bộ nhớ chính

Các đặc trưng cơ bản

 Tồn tại trên mọi hệ thống máy tính

 Chứa chương trình đang thực hiện và các dữ liệu có

liên quan.

 Gồm các ngăn nhớ được đánh địa chỉ trực tiếp bởi

CPU.

 Dung lượng bộ nhớ chính bao giờ nhỏ hơn không

gian mà CPU có thể quản lý.

 Việc quản lý logic bộ nhớ phụ thuộc vào hệ điều

hành.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 146

----------------------- Page 147-----------------------

Tổ chức của chip nhớ

 Sơ đồ cơ bản của chip nhớ

A ..A

0 n-

D ..D

Chip nhớ 0 m-

2 x m bit

WE OE

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 147

----------------------- Page 148-----------------------

Tổ chức của chip nhớ

Các tín hiệu của chip nhớ

 Các đường địa chỉ: A …A để xác định 2 ngăn nhớ.

0 n-

 Các đường dữ liệu: D …D độ dài từ nhớ (m bit)

0 m-

=>dung lượng chip nhớ = 2 x m bit

 Các tín hiệu điều khiển

o Tín hiệu chọn chip hoạt động: CS (Chip Select)

o Tín hiệu điều khiển đọc hoặc ghi (WE: Write

Enable; OE: Output Enable)

o Thường các tín hiệu điều khiển tích cực với mức 0

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 148

----------------------- Page 149-----------------------

Thiết kế Mudule nhớ

Thiết kế module nhớ bán dẫn

 Cho chip nhớ 2 x m bit

 Yêu cầu sử dụng chip nhớ trên thiết kế module nhớ

dung lượng là bội kích thước chip nhớ trên.

Giải quyết vấn đề

Có hai cách:

 Thiết kế để tăng độ dài từ nhớ, số ngăn nhớ không

thay đổi.

 Thiết kế để tăng số lượng ngăn nhớ, độ dài từ nhớ

không thay đổi.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 149

----------------------- Page 150-----------------------

Thiết kế Mudule nhớ

Thiết kế tăng số lượng từ nhớ

Giả thiết: Cho các chip nhớ có dung lượng 2 x m bit.

Yêu cầu: Thiết kế module nhớ có kích thước:

2 x (k.m) bit

Giải quyết:

Để thiết kế được yêu cầu ta xác định hai thông số n

(số đường địa chỉ)và k(số chip nhớ cần để ghép vào

module thiết kế

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 150

----------------------- Page 151-----------------------

Thiết kế Mudule nhớ

Ví dụ Cho các chip nhớ SDRAM dung lượng 4K x 4 bit.

Hãy thiết kế module nhớ có kích thước 4K x 8 bit

 Dung lượng chip nhớ 212 x 4 bit

 Thông tin cần cho chip nhớ số đường địa chỉ n = 2 và

số đường dữ liệu m=4

 Thông tin về module nhớ số đường địa chỉ là 12 đường

(số ngăn nhớ không thay đổi), số đường dữ liệu là 8

đường và số chip sử dụng thiết kế 2(k=2)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 151

----------------------- Page 152-----------------------

Thiết kế Mudule nhớ

A …A

0 11

Chip nhớ Chip nhớ

212 x 4 bit 212x 4 bit

D …D

0 3

D …D

4 7

cs cs

WE OE WE OE

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 152

----------------------- Page 153-----------------------

Thiết kế Mudule nhớ

Thiết kế tăng số lượng ngăn nhớ

Giả thiết: Cho các chip nhớ có dung lượng 2 x m bit.

Yêu cầu: Thiết kế module nhớ có kích thước:

k n

2 .2 x m bit

Giải quyết:

Để thiết kế được ta xác định hai thông số n+k (số

đường địa chỉ) và 2 (số chip nhớ cần để ghép vào

module thiết kế)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 153

----------------------- Page 154-----------------------

Thiết kế Mudule nhớ

Ví dụ Cho các chip nhớ SDRAM dung lượng 4K x 8

bit. Hãy thiết kế module nhớ có kích thước 8K x 8 bit.

 Dung lượng chip nhớ giải thiết 212 x 8 bit

 Thông tin cần cho chip nhớ số đường địa chỉ n = 2 và

số đường dữ liệu m=8

 Thông tin về module nhớ số đường địa chỉ là 13

đường (số ngăn nhớ thay đổi) và số đường dữ liệu là 8

đường(độ dài từ nhớ không đổi).

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 154

----------------------- Page 155-----------------------

Thiết kế Mudule nhớ

A …A Chip nhớ

212x 8 bit

A 2 cs

A y 0 WE OE

D …D

0 7

Bộ giải mã

->2

G y

Chip nhớ

212 x 8 bit

G A y y 0

0 0 0 1

0 1 1 0

WE OE

1 x

WE OE

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 155

----------------------- Page 156-----------------------

Bài làm thêm

Thiết kế module nhớ 16K x 8 bit từ các chip nhớ

4K x 8 bit

Thiết kế module nhớ 32K x 8 bit từ các chip nhớ

4K x 8 bit

Thiết kế module nhớ 8K x 8 bit từ các chip nhớ

4K x 4 bit

Thiết kế module nhớ 32M x 32 bit từ các chip nhớ

4M x 32 bit

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 156

----------------------- Page 157-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

Nguyên tắc chung: Trong quá trình truyền dữ liệu có thể

gặp sự thay đổi các bit thông tin do nhiễu hoặc do sai

hỏng của thiết bị hay module vào ra. Vì vậy, thực tế đặt

ra là phải làm sao phát hiện được lỗi và có thể sửa sai

được. Một trong phương pháp phát hiện lỗi (EDC: Error

Dectecting Code) và sửa lỗi (ECC: Error Correcting

Code) là: Giả sử cần kiểm tra m bit thì người ta ghép

thêm k bit kiểm tra được mã hoá theo cách nào đó rồi

truyền từ ghép m+k bit (k bit được truyền không mang

thông tin nên gọi là bit dư thừa)

Trong đó m là số bit cần ghi vào bộ nhớ và k bit là số bit

cần tạo ra kiểm tra lỗi trong m bit.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 157

----------------------- Page 158-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

Khi đọc dữ liệu ra có khả năng sau:

Không phát hiện dữ liệu có lỗi.

Phát hiện thấy dữ liệu lỗi và có thể hiệu chỉnh dữ liệu

lỗi thành đúng.

Phát hiện thấy lỗi nhưng không có khả năng chỉ ra lỗi

vì thế phát ra tín hiệu báo lỗi.

 Sơ đồ phát hiện lỗi và sửa lỗi

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 158

----------------------- Page 159-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

Dliệu ra

m bit Bộ nhớ m bit

Bộ hiệu

chỉnh và đưa

dữ liệu ra

Bộ tạo mã

M bit k bit

Bộ tạo mã

k bit Tbáo lỗi

k bit

Bộ so

k bit sánh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 159

----------------------- Page 160-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

Ví dụ 1: Phát hiện lỗi với bit chẵn lẻ(Party)

Mã EDC đơn giản là bit chẵn lẻ được gắn thêm

vào các bit dữ liệu.

Nếu bit chẵn lẻ =1: nếu số bit 1 trong xâu là lẻ

Hoặc sử dụng Nếu bit chẵn lẻ =0: nếu số bit 1 là chẵn

Ưu điểm: đơn giản và số bit dư thừa ít.

Nhược điểm: không định vị được lỗi, hoặc nếu có sự thay

đổi cả hai bit hoặc 1 hoặc 0 thì không phát hiện được.

Khắc phục nhược điểm trên xây dựng mã EDC khối.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 160

----------------------- Page 161-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

Ví dụ 2: Phát hiện lỗi bằng mã dư thừa CRC (Cycle

Redundary Check).

Nguyên tắc: Một xâu nhị phân bất kỳ có thể coi là tập

hợp các hệ số của đa thức B(x) trong đó x là hư số. Chọn

đa thức G(x) là đa nào đó ta quy định trước gọi đa thức

sinh. Ta tiến hành chia module2 đa thức B(x) cho G(x) ta

được thương số Q(x) và phần dư R(x).

 Đa thức sinh do tổ chức viễn thông quốc tế quy định.

 Khi đó ta cần truyền xâu B(x) + R(x) bit

 Để kiểm tra lỗi ta cần chia giá trị nhận được cho đa

thức sinh nếu phép chia có dư thì có lỗi xuất hiện trong

xâu.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 161

----------------------- Page 162-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

 Ví dụ:

9 8 6 4 3

 Xâu gốc: 010 0  M(x)=x +x +x +x +x +x+1(m=9)

 Đa thức sinh G(x) = x +x+1  100 (r=4)

 Xâu gốc: 010 0 0000  x M(x)

 Chia mod2 010 0 0000 100

000010 0 -> thương

10 phần dư phép chia

 Xâu cần truyền đi: 010 0 0  T(x)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 162

----------------------- Page 163-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

Ví dụ 3: Mã sửa lỗi Hamming

Nguyên tắc: Một từ mã Hamming gồm m bit dữ liệu và k

bit kiểm tra chẵn lẻ. Mỗi bit được chọn vị trí thích hợp để

phát hiện chính xác ví trí để có thể sửa lỗi được. Ví dụ

chọn m=4 => k=3 (m=2 ; k=n+1)

Ta có thứ tự sau:

7 6 5 4 3 2

I4 I3 I2 C3 I C2 C

Các bít này được mã hoá theo quy luật sau:

C1=I ⊕ I2⊕ I4

C2=I ⊕ I3⊕ I4

C3=I2⊕ I3⊕ I4

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 163

----------------------- Page 164-----------------------

Phát hiện và chỉnh lỗi trong bộ nhớ

 Giả sử các bit cần truyền là: I4 I3 I2 I1 = 01 tính

các C3C2C1=010

 Bit cần truyền 00 0

 Giả sử ta có bị lỗi, thí dụ bit I2 từ giá trị 0 thành giá trị

1 mã nhận được 0 0.

 Bên thu tính ra bit kiểm tra:

C3= ⊕ ⊕ 1=

C2= ⊕ ⊕ 1=

C = ⊕ ⊕ 1=

 Nếu module 2 số này ta được ⊕ 010 = 101

(C1,C3 thay đổi và vị trí thay đổi là 101 (5))

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 164

----------------------- Page 165-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Nguyên tắc:

 Cache có tốc độ truy xuất nhanh hơn rất nhiều bộ nhớ

chính

 Cache được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng

tốc độ trao đổi thông tin giữa CPU và bộ nhớ chính.

 Cache thường được đặt trong chip vi xử lý

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 165

----------------------- Page 166-----------------------

5.4 Bộ nhớ đệm nhanh

Thao tác của Cache

 CPU yêu cầu lấy nội dung của một ngăn nhớ bằng

việc đưa ra một địa chỉ xác định ô nhớ.

 CPU kiểm tra xem có nội dung cần tìm trong Cache

 Nếu có: CPU nhận dữ liệu từ bộ nhớ Cache

 Nếu không có: Bộ điều khiển Cache đọc Block nhớ

chứa dữ liệu CPU cần vào Cache.

 Tiếp đó chuyển dữ liệu từ Cache đến CPU

 Sơ đồ thao tác cache, bộ nhớ chính và CPU

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 166

----------------------- Page 167-----------------------

5.4 Bộ nhớ đệm nhanh

Start

Địa chỉ RA từ CPU

miss

Có BLOCK nào trong Truy cập bộ nhớ lấy ra

cache chứa RA BLOCK chứa địa chỉ RA

hit

Chuyển từ ứng RA Đưa BLOCK vào một Line

trong Cache

tới CPU

Done Chuyển từ ở địa chỉ RA

tới CPU

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 167

----------------------- Page 168-----------------------

5.4 Bộ nhớ đệm nhanh

Bộ nhớ chính

Bộ nhớ Cache

Block

Tag Line

Line 2

CPU Line 3 Block 2

Block 3

…

Block 4

Line C

…

Block M-2

Block M-

Block M

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 168

----------------------- Page 169-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

 Tổ chức Cache

Giả sử bộ nhớ chính gồm có 2 từ nhớ đã được đánh

địa chỉ ( mỗi từ nhớ có địa chỉ duy nhất rộng n bit)

Bộ nhớ chính chia thành M khối, mỗi khối có K từ nhớ

M=2 /K

Bộ nhớ Cache có C khe mỗi khe có K từ nhớ.(C<<M)

Tại một thời điểm luôn có một tập con các khối nhớ

thường trú trong cache.

Nếu một từ sẽ được đọc thì khối chứa từ đó sẽ được

chuyển vào trong cache.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 169

----------------------- Page 170-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Ví dụ cho phương pháp ánh xạ cụ thể trong cache

 Cho dung lượng Cache là 64KB (m=16)

Mỗi khối kính thước 4 bytes

=> C=16K(214) lines mỗi line kích thước 4 bytes

 Cho dung lượng bộ nhớ chính 16MB (n=24)

Mỗi khối kính thước 4 bytes

=> M=4M(222) khối mỗi khối kích thước 4 bytes

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 170

----------------------- Page 171-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Phương pháp ánh xạ trực tiếp (Direct mapping)

 Mỗi block được ánh xạ duy nhất tới 1 line trong cache

 Địa chỉ phát ra từ CPU được chia 2 phần

 w bits có trọng số thấp để xác định duy nhất từ cần

truy xuất(WORD)

 s bits còn lại xác định khối nhớ. Trong s bits chia 2

nhóm r bits LINE và s-r bits TAG

Cụ thể hóa ví dụ:

Tag s-r Line or Slot r Word w

8 14 2

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 171

----------------------- Page 172-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Tổng bit trong địa chỉ bộ nhớ chính n=24 bit: trong đó

2 bit phần word xác định chính xác 4 từ

22 bit xác định khối( 8 bit tag (=22-14) và 14 bit slot

or line)

 Không có hai block nào trong Cache có cùng Line và

Tag.

 Kiểm tra nội dung từ tồn tại Cache chính là kiểm tra

địa chỉ line và Tag

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 172

----------------------- Page 173-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 173

----------------------- Page 174-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Cache line Main Memory blocks

0 0, C, 2C, 3C…2 -C

,C+ , 2C+1…2 -C+

C- C-1, 2C- ,3C- …2 -

Nhận xét:

 Đơn giản

 Chi phí ít

 Nhược điểm là sự cố định các khối trong các line của Cache.

Trong trường hợp chương trình muốn truy xuất tới 2 Block tiên

tục mà 2 block được phân nằm trong cùng line thì khả năng

Cache miss rất cao.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 174

----------------------- Page 175-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 175

----------------------- Page 176-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Phương pháp ánh xạ liên kết

(Associative mapping)

 Một Block của bộ nhớ chính có thể nhập bất kỳ line

nào trong Cache.

 Địa chỉ CPU phát ra được chia thành 2 địa chỉ tag và

word

 Địa chỉ Tag xác định khối duy nhất của bộ nhớ nằm

trong Cache.

 Mỗi giá trị Tag của Line là khác nhau.

 Chi phí phương pháp này đối với Cache là cao.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 176

----------------------- Page 177-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 177

----------------------- Page 178-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Word

Tag 22 bit 2 bit

 22 bit Tag để lưu trữ Block 4 byte dữ liệu.

 Việc kiểm tra Cache dựa vào các giá trị Tag trong line

(22 bit) để nhận biết Cache hit hay miss.

 2 bits cuối xác định chính xác từ cần truy xuất

 Ví dụ

Địa chỉ Tag Dữ liệu Cache line

FFFFFC FFFFFC 24682468 3FFF

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 178

----------------------- Page 179-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 179

----------------------- Page 180-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Phương pháp ánh xạ liên kết tập hợp

(Set Associative mapping)

 Các line trong Cache được chia ra thành tập(nhóm)

line

 Mỗi block chỉ được ánh xạ vào bất kỳ line nào trong

tập nào đó mà thôi. Ví dụ Block b chỉ có thể nập vào

bất kỳ line nào trong nhóm các line thứ i. Ví dụ 2 lines

một nhóm (two way associative mapping), Số Block

bộ nhớ chính là modulo 213

 000000, 00A000, 00B000, 00C000 … ánh xạ cùng

nhóm.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 180

----------------------- Page 181-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 181

----------------------- Page 182-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

Word

Tag 9 bit Set 13 bit

2 bit

 Sử dụng tập hợp để biết tập nào được truy xuất.

 So sánh trường Tag để xác đinh Cache hit hay miss

 Ví dụ:

Địa chỉ Tag Dữ liệu số tập

1FF 7FFC FF 2345678 FFF

001 7FFC 00 223344 FFF

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 182

----------------------- Page 183-----------------------

5.3 Bộ nhớ đệm nhanh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 183

----------------------- Page 184-----------------------

5.4 Bộ nhớ đệm nhanh

Một số Block của bộ nhớ chính được nạp vào trong các

line của Cache

 Nội dung thẻ TAG (thẻ nhớ) cho biết block nào của bộ

nhớ chính hiện đang được chứa trong line

 Khi CPU truy nhập đọc hay ghi một từ nhớ của bộ nhớ

chính, có 2 khả năng xảy ra :

 Từ nhớ đó có trong Cache (cache hit). Từ nhớ đó đang

không có trong cache (Cache miss).

Phương pháp ghi dữ liệu khi cache hit

 Ghi xuyên qua (Write Through): nội dung sau khi xử lý

xong được cập nhập vào cả Cache và bộ nhớ chính. Tốc

độ chậm.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 184

----------------------- Page 185-----------------------

Cache trong các bộ xử lý ntel

 Ghi sau (Write back): Dữ liệu xử lý chỉ được ghi ra

Cache, tốc độ nhanh. Tuy nhiên khi Block trong cache

không dùng nữa thì phải ghi trả cả block tới bộ nhớ

chính.

Dung lượng Cache được sử dụng cho thế hệ máy:

 80486: có 3KB nhớ

 Pentium : có 2 cache L trên chip đó là Cache lệnh và

cache dữ liệu (8KB). Cache L2 liên hợp

 Pentium 4: hai mức Cache L và L2 trên chip. Cache

L1 mỗi cache 8KB. Cache L2: mỗi cache 256KB,

512KB, 1GB

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 185

----------------------- Page 186-----------------------

5.5 Bộ nhớ ngoài

 Các kiểu bộ nhớ ngoài

 Đĩa từ

 Đĩa quang

 Bộ nhớ Flash

 RAID

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 186

----------------------- Page 187-----------------------

Đĩa cứng (HDD: Hard Disk Driver)

 Là thành phần quan trọng lưu trữ hệ điều hành và các phần

mềm tiện ích máy tính

 Một máy tính có thể một đĩa hoặc nhiều đĩa

 Dung lượng mỗi đĩa rất lớn. Năm 993 đĩa lớn nhất 200MB

đến nay 80 hay 20GB

 Tốc độ đọc ghi nhanh so các bộ nhớ ngoài khác

 Giá thành hạ

 Được sử dụng làm bộ nhớ RAID (Redundant Array of

(Inexpensive) Independent Disks). Hệ thống nhớ gồm nhiều

ổ đĩa cứng kết hợp với nhau mà HĐH coi như một ổ logic

duy nhất.

 Dữ liệu được lưu trữ phân tán trên tất cả các đĩa

 Có thể tạo và lưu trữ thông tin dư thừa nhằm mục đích cho

việc phục hồi khi đĩa nào đó bị hỏng. Độ tin cậy trong lưu

trữ thông tin rất cao. Được sử dụng là bộ nhớ cho các hệ

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 187

thống máy chủ.

----------------------- Page 188-----------------------

Đĩa quang (CD-ROM, DVD)

 CD-ROM (Compact Disk ROM)

 CD-R (Recordable CD)

 CD-RW (Rewriteable CD)

 Dung lượng phổ biến 650MB

 Ổ đĩa CD

 ổ CD ROM: có thể đọc dữ liệu từ đĩa CD

 ổ CD RW : Có thể vừa ổ đọc đĩa CD và có thể ghi dữ liệu lên

đĩa CD-R, và CD-RW.

 Tốc độ đọc cơ sở 150KB/s

 Tốc độ bội lần : 40x, 50x, 60x,…

 DVD(Digital Video Disk): chỉ dùng trên đầu đọc

 DVD (Digital Versatile Disk): dùng trên ổ đĩa máy tính

 Dung lượng thông dụng 4.7GB

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 188

----------------------- Page 189-----------------------

Flash disk

 Thường kết nối qua cổng USB

 Không phải dạng đĩa là bộ nhớ bán dẫn cực nhanh

 Dung lượng phát triển nhanh

 Gọn nhẹ và tiện lợi

 Đặc điểm đĩa Flash

1)Supports USB full-speed (12MBps) transmission

2) Driverless installation in Windows ME / 2000 / XP,

Mac 9.0 and

above, Linux 2.4 and above

3) Supports boot-up by USB-HDD or USB-ZIP mode

4) LED indicator displays status

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 189

----------------------- Page 190-----------------------

Flash disk

5) Write protection switch

6) Reading and writing speed:

900k/s and 700k/s

7) Password protection and data

encryption prevents unauthorized

access to data

8) Application software support

in Windows OS security function

9) Application software resize

(partition) available

10) Capacity: 16MB, 32MB,

64MB, 128MB, 256MB, 512MB,

1GB

) Compliance: FCC(B), CE, C-

Tick

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 190

----------------------- Page 191-----------------------

GiỚ TH ỆU TỔNG QUAN VỀ RA D

Xuất xứ

 RA D là cụm từ viết tắt nhóm từ Redundant Array of

nexpensive ( ndependent) Disks

 Thuật ngữ RAID được đưa ra trong một bài báo của

một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học tổng hợp

California, Hoa Kỳ.

 RA D được đề xuất nhằm xóa bỏ khoảng trống lớn tốc

độ CPU và các ổ đĩa điện cơ tương đối chậm.

 Hiệu suất thi hành vượt trội so với khi dùng một đĩa

đơn lớn đắt tiền (SLED: Single Large Expensive Disk)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 191

----------------------- Page 192-----------------------

GiỚ TH ỆU TỔNG QUAN VỀ RA D

Khái niệm

RA D: là cấu trúc đa đĩa vật lý để tạo nên một đĩa logic

có kích thước lớn, độ tin cậy và khả năng vận hành cao

hơn.

Mục đích

Nâng cao hiệu suất vận hành của toàn bộ hệ thống.

Khả năng làm việc song song các đĩa.

An toàn dữ liệu tận dụng tính dư thừa dữ liệu nhằm cải

thiện độ tin cậy đĩa.

Cung cấp bộ nhớ lớn

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 192

----------------------- Page 193-----------------------

GiỚ TH ỆU TỔNG QUAN VỀ RA D

 Đặc điểm chúng của RA D

RA D là tập hợp các ổ đĩa vật lý được nhìn từ hệ điều

hành như ổ đĩa logic đơn.

Dữ liệu được phân bố trên mảng các ổ đĩa vật lý. Sử

dụng kỹ thuật Striping. (Striping là kỹ thuật phân chia

dữ liệu trên hai hay nhiều ổ đĩa làm tăng khả năng làm

việc song song hệ thống)

Dung lượng đĩa dư thừa được sử dụng để lưu trữ thông

tin chẵn lẻ nhằm đảm bảo khả năng phục hồi dữ liệu

trong trường hợp có hư hỏng về đĩa.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 193

----------------------- Page 194-----------------------

GiỚ TH ỆU TỔNG QUAN VỀ RA D

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 194

----------------------- Page 195-----------------------

Các mức của RA D

Có 6 mức chính của RAID

 RAID 0

 RAID 1

 RAID 2

 RAID 3

 RAID 4

 RAID 5

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 195

----------------------- Page 196-----------------------

RA D LEVEL 0

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 196

----------------------- Page 197-----------------------

RA D LEVEL 1

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 197

----------------------- Page 198-----------------------

RA D LEVEL 2

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 198

----------------------- Page 199-----------------------

RA D LEVEL 3

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 199

----------------------- Page 200-----------------------

RA D LEVEL 4

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 200

----------------------- Page 201-----------------------

RA D LEVEL 5

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 201

----------------------- Page 202-----------------------

RA D LEVEL 0

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 202

----------------------- Page 203-----------------------

Đặc điểm chung RA D mức 0

 Có thể coi RAID 0 không là thành viên của RAID

 Dữ liêu được phân chia nhiều đĩa => có khả năng

truyền dữ liệu song song.

 Không lưu trữ dữ liệu dư thừa

 Phù hợp hệ thống đòi hỏi dung lượng nhớ lớn và khả

năng vận hành cao hơn là độ tin cậy trong hệ thống.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 203

----------------------- Page 204-----------------------

RA D LEVEL 1

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 204

----------------------- Page 205-----------------------

Đặc điểm chung RA D mức 1

 Là mức rất khác so các mức còn lại về cách lưu trữ dữ

liệu dư thừa.

 Mỗi đĩa dữ liệu có một đĩa dự phòng đĩa dự phòng còn

gọi mirror disk.

Ưu điểm:

Đáp ứng yêu cầu vào ra hệ thống

Phục hồi dữ tốt nhất trong các mức của RAID

Nhược điểm:

Khả năng cập nhật dữ liệu chậm

Chi phí mua đĩa cao

KQ: Vận hành tốt cho hệ thống thường xuyên truy xuất

dữ liệu

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 205

----------------------- Page 206-----------------------

RA D LEVEL 2

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 206

----------------------- Page 207-----------------------

Đặc điểm chung RA D mức 2

 Sử dụng công nghệ truy cập song song.

 Tất cả đĩa đều vận hành tham gia yêu cầu trao đổi dữ liệu.

 Kích thước Strip có thể byte hay word.

 Có sử dụng mã Hamming để phát hiện lỗi và sửa lỗi

Ưu điểm:

Có khả năng phát hiện lỗi và sửa những lỗi đơn hệ thống.

 Số đĩa sử dụng ít hơn so mức RAID

Nhược điểm:

Chi phí mua đĩa cao.

KQ: Ứng dụng trong hệ thống hay xuất hiện lỗi

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 207

----------------------- Page 208-----------------------

RA D LEVEL 3

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 208

----------------------- Page 209-----------------------

Đặc điểm chung RA D mức 3

 Giống RAID 2 những tổ chức đơn giản hơn. Sử dụng một

đĩa dự phòng.

 Tất cả đĩa đều vận hành tham gia yêu cầu trao đổi dữ liệu.

 Kích thước Strip có thể byte hay word.

 Có sử dụng mã Parity để phục hồi dữ liệu.

Ưu điểm:

Có khả năng truyền dữ liệu song song.

 Số đĩa sử dụng dự phòng là đĩa. Chi phí thấp.

Nhược điểm:

Tại một thời điểm chỉ thỏa mãn một yêu cầu vào ra.

KQ: Ứng dụng trong hệ thống hay xuất hiện lỗi

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 209

----------------------- Page 210-----------------------

RA D LEVEL 4

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 210

----------------------- Page 211-----------------------

Đặc điểm chung RA D mức 4

 Giống RAID 3 những tổ chức đơn giản hơn. Sử dụng một

đĩa dự phòng.

 Dữ liệu tổ chức thành khối.

 Các đĩa sử dụng phương pháp truy cập độc lập.

 Có sử dụng mã Parity để phục hồi dữ liệu.

Ưu điểm:

Có khả năng đáp ứng nhiều yêu cầu vào ra đồng thời.

 Số đĩa sử dụng dự phòng là 1 đĩa. Chi phí thấp.

Nhược điểm:

Khả năng truyền dữ liệu song song là kém.

KQ: Ứng dụng trong hệ thống hay xuất hiện lỗi

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 211

----------------------- Page 212-----------------------

RA D LEVEL 5

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 212

----------------------- Page 213-----------------------

Đặc điểm chung RA D mức 5

 Giống RAID 4, tuy nhiên sự phân bố đều thông tin dư

phòng tránh được hiện tượng tắc nghẽn(bottle neck)

 Dữ liệu tổ chức thành khối.

 Các đĩa sử dụng phương pháp truy cập độc lập.

 Có sử dụng mã Parity để phục hồi dữ liệu.

Ưu điểm:

Có khả năng đáp ứng nhiều yêu cầu vào ra đồng thời.

 Số đĩa sử dụng dự phòng là 1 đĩa. Chi phí thấp.

Nhược điểm:

Khả năng truyền dữ liệu song song là kém.

KQ: Ứng dụng nhiều trong thực tế.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 213

----------------------- Page 214-----------------------

RA D LEVEL 6

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 214

----------------------- Page 215-----------------------

RA D LEVEL 10

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 215

----------------------- Page 216-----------------------

RA D LEVEL 50

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 216

----------------------- Page 217-----------------------

5.6 Hệ thống nhớ trên máy PC hiện nay

 Hệ thống Cache: tích hợp trực tiếp trên các chip vi xử

lý

 Bộ nhớ chính: tồn tại dưới dạng module nhớ RAM

 SIMM: Single Inline Memory Module

 30 pin : 8 đường dữ liệu

 72 pin : 32 đường dữ liệu

 DIMM: Dual Inline Memory Module

 168 pin: 64 đường dữ liệu

 RIMM:Rambus Inline Memory Module

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 217

----------------------- Page 218-----------------------

ROM B OS

ROM BIOS: Basic Input Output System ROM chứa

chương trình sau:

Chương trình POST (Power On Self Test)

Chương trình CMOS setup (Compementary Metal

Oxide Semiconductor)

Chương trình Bootstrap Looader

Chương trình điều khiển vào ra cơ bản (BIOS)

CMOS RAM

Chứa cấu hình hệ thống hiện thời

Đồng hồ và ngày tháng năm hệ thống

Có pin nuôi riêng

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 218

----------------------- Page 219-----------------------

Chương 6

Giới thiệu chung

6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

6.3 Nối ghép thiết bị ngoại vi

6.4 Các cổng vào ra thông dụng

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 219

----------------------- Page 220-----------------------

6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra

Giới thiệu chung hệ thống vào ra

Chức năng: Trao đổi thông tin giữa Máy tính với môi

trường bên ngoài.

Các thao tác cơ bản:

 Vào dữ liệu

 Ra dữ liệu

Các thành phần chính:

 Thiết bị ngoại vi

 Module ghép nối vào ra

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 220

----------------------- Page 221-----------------------

6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra

Thiết bị ngoại vi

Chức năng: phương tiện chuyển đổi thông tin giữa bên

trong và bên ngoài máy tính

Đặc điểm các thiết bị

Trên thị trường tồn tại rất nhiều các thiết bị ngoại

vi khác nhau về: Nguyên tắc hoạt động, tốc độ, định

dạng dữ liệu truyền, v.v. Đồng thời các thiết bị này có

tốc độ làm việc chậm hơn CPU và RAM rất nhiều. Chính

vì lý do trên cần có Module vào ra để ghép nối các thiết

bị ngoại vi vào hệ thống BUS máy tính.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 221

----------------------- Page 222-----------------------

6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra

Phân loại:

 Thiết bị nhập: Keyboard, Mouse, Scan, Micro,…

 Thiết bị xuất: Monitor, Printer,

 Thiết bị xuất nhập: Modem, NIC, Driver,…

Cấu trúc tổng quát của thiết bị ngoại vi:

Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi dữ liệu giữa bên

trong và bên ngoài Máy tính

Bộ đệm dữ liệu: nơi lưu trữ dữ liệu trung gian giữa Máy

tính và thiết bị ngoại vi, đặt bên trong thiết bị ngoại vi.

Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động của thiết bị

ngoại vi theo tín hiệu từ Module I/O gởi tới thiết bị.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 222

----------------------- Page 223-----------------------

6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra

Dữ liệu vào/ ra Dữ liệu

Module vào/ra bên

ngoài

Bộ đệm Bộ chuyển đổi

dữ liệu

tín hiệu

T/h điều khiển

Khối Logic điều khiển

T/h trạng thái

(State)

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 223

----------------------- Page 224-----------------------

6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra

Module I/O

Chức năng: Nối ghép thiết bị ngoại vi với bus của máy tính.

 Điều khiển và định thời

 Trao đổi thông tin với CPU

 Trao đổi thông tin với thiết bị ngoại vi

 Đệm giữa máy tính với thiết bị ngoại vi

 Phát hiện lỗi của các thiết bị ngoại vi.

Cấu trúc chung:

Thanh ghi đệm dữ liệu đệm dữ liệu trong quá trình trao đổi

Cổng nối ghép vào ra kết nối thiết bị ngoại vi, mỗi cổng có địa

chỉ xác định và chuẩn kết nối riêng phụ thuộc sơ đồ chân.

Thanh ghi trạng thái/điều khiển lưu trữ thông tin trạng thái cho

các cổng vào ra

Khối logic điều khiển điều khiển Module vào ra

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 224

----------------------- Page 225-----------------------

6.1 Tổng quan về hệ thống vào ra

Bus dữ liệu Bus dữ liệu

Thanh Cổng

ghi nối

Đường đ/kh

đệm ghép

dữ liệu vào/ra State

Thanh ghi

trạng thái/điều khiển

Cổng

nối

Các đường đ/c

ghép

Các đường đ/k Khối Logic điều khiển vào/ra

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 225

----------------------- Page 226-----------------------

Ví dụ cổng ghép nối song song(LPT)

 Các đường dẫn của cổng song được nối với 3 thanh

ghi 8 bit khác nhau:

 Thanh ghi dữ liệu (Địa chỉ cơ sở)

 Thanh ghi trạng thái (Địa chỉ cơ sở + )

 Thanh ghi điều khiển (Địa chỉ cơ sở +2)

 Các đại chỉ cổng có thể là:

LPT1: 378h (379h ; 37Ah)

LPT2: 3BCh

LPT3: 278h

LPT4: 2BCh

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 226

----------------------- Page 227-----------------------

Ví dụ cổng ghép nối song song(LPT)

 Hợp ngữ:

Để xuất ra dữ liệu: OUT DX, AL hoặc OUT DX, AX

Để nhập vào dữ liệu: IN AL, DX hoặc IN AX, DX

(DX chứa địa chỉ; AL chứa giá trị)

 Turbo C

Để xuất ra dữ liệu: outportb(đia_chỉ, giá_trị)

Để nhập vào dữ liệu: bien = inportb(địa_chỉ)

 Turbo Pascal

Để xuất ra dữ liệu: port[đia_chỉ]:= giá_trị

Để nhập vào dữ liệu: bien:=port[địa_chỉ]

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 227

----------------------- Page 228-----------------------

Ví dụ cổng ghép nối tiếp(COM)

 Các thanh ghi chính:

 Thanh ghi đệm (Buffer Register) Địa chỉ cơ sở

 Thanh ghi trạng thái (Status Register) ĐCCS+5

 Thanh ghi điều khiển (Control Register) ĐCCS+3

 Các địa chỉ cổng có thể là:

COM1: 3F8h (3FDh ; 3FBh)

COM2: 2F8h

COM3: 3E8h

COM4: 2E8h

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 228

----------------------- Page 229-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Phân loại:

 Vào ra bằng chương trình

 Vào ra bằng ngắt

 Truy cập bộ nhớ trực tiếp DMA

Vào ra bằng chương trình

Nguyên tắc chung:

 Sử dụng lệnh vào ra trong chương trình để trao đổi dữ liệu với

cổng vào ra.

Khi CPU thực hiện chương trình gặp lệnh vào ra thì CPU điều

khiển trao đổi dữ liệu với cổng vào ra.

Lệnh I/O:

Với không gian địa chỉ vào ra riêng biệt: sử dụng các lệnh vào

ra chuyên dụng

Với không gian vào ra dùng chung bộ nhớ thì các lệnh trao đổi

dữ liệu sử dụng như ngăn nhớ.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 229

----------------------- Page 230-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Hoạt động vào ra bằng chương trình

 CPU gặp lệnh trao đổi vào ra, yêu cầu thao tác vào ra

 Module vào ra thao tác vào ra

 Module vào ra thiết lập các bit trạng thái(State)

 CPU kiểm tra các bit trạng thái:

Nếu chưa sẵn sàng thì quay lại kiểm tra lại

Nếu sẵn sàng thì chuyển sang trao đổi dữ liệu với Module

vào ra.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 230

----------------------- Page 231-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Lưu đồ thực hiện chương trình

Đọc trạng thái

sẵn sàng

Module I/O N

sẵn sàng ?

Trao đổi dữ liệu

với Module I/O

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 231

----------------------- Page 232-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Nhận xét:

CPU trực tiếp điều khiển vào ra: đọc trạng thái, kiểm tra trạng

thái, thực hiện trao đổi.

 Trong trường hợp nhiều thiết bị cùng cần trao đổi dữ liệu và

thiết bị chưa sẵn sàng tốn rất nhiều thời gian CPU

 Việc thực hiện trao đổi đơn giản

Vào ra bằng ngắt

Nguyên tắc chung:

 CPU không phải đợi trạng thái sẵn sàng của Module vào ra.

 Module vào ra khi nó sẵn sàng phát ra tín hiệu yêu cầu ngắt

CPU

 CPU thực hiện chương trình vào ra tương ứng để trao đổi dữ

liệu.

 CPU trở lại chương trình đang bị ngắt.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 232

----------------------- Page 233-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Các phương pháp nối ghép

 Sử dụng nhiều đường yêu cầu ngắt.

 Kiểm tra vòng bằng phần mềm (Polling)

 Kiểm tra vòng bằng phần cứng

 Sử dụng bộ điều khiển ngắt.

 Nhiều yêu cầu ngắt đồng thời

 CPU sử dụng nhiều đường yêu cầu ngắt. Nạp vào thanh ghi

yêu cầu ngắt.

 Hạn chế số lượng Module vào ra

 Các đường ngắt được qui định mức ưu tiên.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 233

----------------------- Page 234-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

 CPU phát ra tín hiệu chấp nhận ngắt đến Module đầu tiên.

 Nếu Module đó không gây ra ngắt thi nó gới tín hiệu đó tới

các Module kế tiếp

 Module I/O gây ngắt sẽ đặt vector lên bus dữ liệu

 CPU sử dụng ngắt để xác định chương trình con điều khiển

ngắt

 Thứ tự vào ra các Module trong chuỗi xác định thứ tự ưu

tiên.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 234

----------------------- Page 235-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Truy nhập bộ nhớ trực tiếp

(DMA: Direct Memory Access)

Với nhược điểm chính của hai phương pháp trên là:

CPU tham gia trực tiếp vào trao đổi dữ liệu và việc trao đổi

lượng dữ liệu nhỏ. Để khắc phục hai phương pháp trên một

phương pháp mới có tên DMA sẽ sử dụng thêm một

Module phần cứng có DMAC (DMA Controller). Vì vậy

khi trao đổi dữ liệu không cần CPU.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 235

----------------------- Page 236-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Bộ đếm dl

Các đường dl Thanh ghi dl

Các đường đ/c Thanh ghi đ/c

Y/c Bus Đ/K đọc

Khối logic/ ĐK

Chuyển nhượng Đ/k ghi

Bus Y/c DMA

Ngắt Chấp nhận

T/h Đọc/ghi DMA

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 236

----------------------- Page 237-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Các thành phần của DMAC

 Thanh ghi dữ liệu: chứa dữ liệu trao đổi.

 Thanh ghi địa chỉ: chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu

 Bộ đếm dữ liệu: chứa số từ dữ liệu cần trao đổi

 Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động của

DMAC

Hoạt động của DMA

 Khi cần vào ra dữ liệu thì CPU nhờ DMAC tiến hành

vào ra dữ liệu với thông tin cho biết như sau:

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 237

----------------------- Page 238-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

 Địa chỉ thiết bị vào ra

 Địa chỉ đầu của mảng nhớ chứa dữ liệu và DMAC nạp

thanh ghi địa chỉ

 Số từ dữ liệu cần truyền và DMAC nạp vào bộ đếm dữ

liệu

 CPU sẽ đi thực hiện việc khác

 DMAC điều khiển việc trao đổi dữ liệu sau khi truyền

một từ dữ liệu thì nội dung thanh ghi địa chỉ tăng lên

và nội dung bộ đếm dữ liệu giảm xuống một đơn vị.

 Khi bộ đếm bằng dữ liệu bằng 0, DMAC gởi tín hiệu

ngắt CPU để báo kết thúc DMA

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 238

----------------------- Page 239-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

BUS ĐỊA CHỈ

BUS DỮ LIỆU

CPU

Thiết bị Bộ nhớ

I/O

DMAC

YÊU CẦU YÊU CẦU

CHẤP NHẬN CHẬP

NHẬN

HOLD

HLDA

BUS Đ/K, T/H IO/MEM

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 239

----------------------- Page 240-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Các kiểu thực hiện DMA

 DMA truyền theo khối: DMAC sử dụng BUS để truyền cả khối

dữ liệu (CPU chuyển nhượng BUS cho DMAC)

 DMA lấy chu kỳ: DMAC cưỡng bức CPU treo tạm thời từng

chu kỳ BUS để thực hiện truyền một từ dữ liệu

 DMA trong suốt: DMAC nhận biết những chu kỳ nào CPU

không sử dụng BUS thì chiếm BUS để trao đổi dữ liệu (DMAC

lấy lén chu kỳ)

Đặc điểm DMA

 CPU không tham gia trong quá trình trao đổi dữ liệu

 DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu giữa bộ nhớ chính và Module

vào ra với tốc độ nhanh.

 Phù hợp với yêu cầu trao đổi mảng dữ liệu có kích thước lớn.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 240

----------------------- Page 241-----------------------

6.2 Các phương pháp điều khiển vào ra

Bộ xử lý vào ra

 Việc điều khiển vào ra được sử dụng bởi một bộ điều

khiển vào ra chuyên dụng.

 Bộ xử lý vào ra hoạt động theo chương trình riêng

của nó.

 Chương trình của bộ xử lý vào ra có thể nằm trong bộ

nhớ chính hoặc bộ nhớ riêng.

 Hoạt động theo kiến trúc đa xử lý

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 241

----------------------- Page 242-----------------------

6.3 Nối ghép thiết bị ngoại vi

Nối ghép thiết bị ngoại vi

Các kiểu nối ghép vào ra

 Nối ghép song song

 Nối ghép nối tiếp

Nối ghép song song

 Truyền các bit song song

 Tốc độ truyền nhanh

 Cần đường truyền song song

 Tốn nhiều dây dẫn

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 242

----------------------- Page 243-----------------------

6.3 Nối ghép thiết bị ngoại vi

Nối ghép nối tiếp

 Truyền lần lượt từng bit

 Cần có bộ chuyển đổi từ song song sang nối tiếp

 Tốc độ chậm

 Cần ít đường truyền dữ liệu

Các cấu hình ghép nối ghép

 Điểm tới điểm (point to point): Qua một cổng vào ra chỉ có thể

ghép một thiết bị ngoại vi (PS/2, COM, LPT,…)

 Điểm tới đa điểm (Point to multipoint): Thông qua một cổng

vào ra ghép nhiều thiết bị vào ra. Ví dụ: SCSI(7, 5), USB

(127),…

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 243

----------------------- Page 244-----------------------

6.4 Các cổng vào ra thông dụng

Các cổng vào ra thông dụng

 PS/2 : nối ghép bàn phím và chuột

 VGA(Video Graphic Adapter): Cổng nối ghép màn

hình

 LPT (Line PrinTer): nối ghép với máy in là cổng song

song

 COM (COMmunication): nối ghép với Modem, chuột,

và thiết bị khác. Cổng nối tiếp 9 hoặc 25 chân.

 USB: cổng nối tiếp đa năng cho phép nối ghép nối tiếp

tối đa 17 thiết bị thông qua Hub.

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 244

----------------------- Page 245-----------------------

THE END

GV: Đinh Đồng Lưỡng Cấu trúc Máy tính 245

Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro

Trước Sau

#hongtrung