Bài giảng Nhập môn điện toán - Chương 1: Khái niệm cơ bản

Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 48
x = 1011 ⇒ x = 0100
⇒ x = 1011 = x
1 0
x y x . y
0 0 0
Phép And
Ký hiệu dấu chấm
như phép nhân
Nhận xét
Bảng sự thật
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 49
y . 0 = 0
y . 1 = y
x y x + y
Phép Or
Ký hiệu dấu cộng
như phép cộng
Nhận xét
Bảng sự thật
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 50
y + 0 = y
y + 1 = 1
Ví dụ phép luận lý
x . yx . yyx
0001100
f(x,y)yx
Tính hàm f(x,y) = x . y + x . y
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 51
0000011
1011001
1100110
x y x ⊕ y
0 0 0
Phép Xor (Ex-Or)
Ký hiệu dấu cộng trong vòng tròn
như phép modulo
Nhận xét
Bảng sự thật
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 52
y ⊕ 0 = y
y ⊕ 1 = y
Bảng tóm tắt
NOT AND OR XOR
x y not y x and y x or y x xor y
0 0 1 0 0 0
0 1 0 0 1 1
Bảng sự thật
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 53
1 0 1 0 1 1
1 1 0 1 1 0
y and 0 = 0
y and 1 = y
y or 0 = y
y or 1 = 1
y xor 0 = y
y xor 1 = not y
Cổng luận lý
NOT
AND
BUFFER
NAND
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 54
OR
XOR
NOR
EX-NOR
Chức năng đóng mở
VCC
R1
mức luận lý 1 = 5V
mức luận lý 0 = 0V
y and 1 = y0
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 55
S1
mức 1
mức 0
0 = đóng
C)ng AND
10 1 = mở
y and 0 = 0
Chức năng đóng mở (tt.)
VCC
R1
mức luận lý 1 = 5V
mức luận lý 0 = 0V
y or 1 = 11
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 56
S1
mức 1
mức 0
0 = mở
C)ng OR
10 1 = đóng
y or 0 = y
Ứng dụng đơn giản của cổng luận lý
• Mạch cộng bán phần thực hiện phép cộng trên hai 
bit, cho ra kết quả là bit tổng S và bit nhớ C.
• Mạch cộng toàn phần cũng tương tự mạch cộng 
bán phần nhưng đầu vào có cộng thêm bit nhớ C
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
0.
• Mạch cộng toàn phần có thể được thiết kế dựa vào 
mạch cộng bán phần.
Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 57
Mạch cộng bán phần
Mạch
cộngy
S
C
x
x
y
S
x y S CANDXOR
XOR
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 58
C
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1
AND
Mạch cộng toàn phần
Mạch 
cộng 
toàn 
phầny
S
C
x
C0
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 59
S = x + y + C0
S = (x + y) + C0
Tính: S1 = x + y
Tính: S2 = S1 + C0
Cần bộ cộng
bán phần 1
Cần bộ cộng
bán phần 2
Mạch cộng toàn phần (tt.)
Bán 
phần
S
Bán 
phầny
S1x
C
C2
Cổng 
gì?
C0
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 60
1
CNhớ (C = 1) trong trường
hợp nào ?
Mạch cộng toàn phần (tt.)
C0 x y S C C0 S1 C1 C2 C
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 0 1 0 0 0
0 1 1 0 1 0 0 1 0 1
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 61
1 0 0 1 0 1 0 0 0 0
1 0 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 0 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1 0 1
C = 1 khi C1 = 1 hoặc C2 = 1
C0
x
S1
S
C2
Mạch
cộng
bán
phầnMạch
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 62
y
C1 C
cộng
bán
phần
Mạch cộng nhiều bit
y0
S0x0
0
S1
x1 y1
Cộng 0
Cộng 1
x3x2x1x0
S4 S3S2S1S0
y3y2y1y0
+
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 63
S2
S3
C
x2
x3
y2
y3
Cộng 2
Cộng 3
Chương 2. PHẦN CỨNG
2.1 Hệ thống máy tính
2.2 Kiến trúc máy tính
2.3 Thiết bị xuất nhập
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Slide 64
1. Hệ thống máy tính
• Hệ thống máy tính có các khối chức năng sau :
– Khối nhập (input).
– Bộ nhớ chính (memory).
– Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central processing unit).
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Slide 65Nhập môn Điện Toán - Chương 2
– Khối xuất (output).
– Bộ nhớ phụ (storage).
– Thiết bị ngoại vi (peripherals).
Khối nhập - Input
 Giữ vai trò nhận dữ liệu cho máy tính.
 Có nhiệm vụ chuyển đổi các thông tin từ thế giới ngoài thành dữ
liệu mà máy tính có thể xử lý.
 Có rất nhiều thiết bị có thể làm việc này nhưng bàn phím (keyboard) 
là thiết bị được dùng phổ biến nhất.
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Slide 66Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Bộ nhớ chính - Main memory
 Còn gọi là bộ nhớ RAM hay bộ nhớ bán dẫn.
 Có 2 chức năng chính :

Chứa tạm chương trình đang được sử dụng để xử lý thông tin.

Chứa tạm dữ liệu.
 Dữ liệu dùng trong máy tính có 3 loại :

Dữ liệu ban đầu nhận từ khối nhập.
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2

Dữ liệu trung gian đang dược xử lý.

Kết quả cuối cùng chờ đưa ra khối xuất.
Slide 67Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Đơn vị xử lý trung tâm - CPU
 Thường còn gọi là bộ xử lý (processor), vi xử lý (micro-processor).
 CPU có nhiệm vụ thi hành lệnh của chương trình và xử lý các dữ
liệu trong chương trình.
 Trong CPU có 2 phần chính :

Đơn vị số học luận lý ALU (Arithmetic / logic unit).

Đơn vị điều khiển (control unit).
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
 ALU dùng để tính toán các phép số học (cộng, trừ, nhân, chia) và
các phép luận lý (not, and, or, xor).
 Đơn vị điều khiển chi phối toàn bộ hoạt động của máy tính bằng
cách lấy lệnh từ bộ nhớ, giải mã lệnh và thực hiện lệnh đó.
Slide 68Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khối xuất - Output
 Ngược lại với khối nhập, khối xuất chuyển dữ liệu mà máy
xử lý (số nhị phân) ra thành dạng thông tin mà con người có
thể chấp nhận.
 Hai thiết bị thông dụng dùng trong khối này là màn hình và máy
in.
 Đôi khi các thông tin mà máy tính đưa ra cần được xử lý tiếp
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
sau này nên còn phải được lưu trên bộ nhớ phụ (chủ yếu là trên
đĩa từ).
Slide 69Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Bộ nhớ phụ - Storage
 Cung cấp cho máy tính chức năng lưu trữ, sắp xếp, phân
loại thông tin theo dạng tập tin (file).
 Cần phân biệt hai khái niệm sau :

Bộ nhớ bốc hơi (memory volatility) : là bộ nhớ mà thông tin lưu
giữ trong nó sẽ bị mất đi, hoặc là do tắt máy, hoặc là do thông tin 
khác ghi chồng lên. Chính vì vậy nên loại bộ nhớ này còn được
gọi là RAM (Random Access Memory). Bộ nhớ chính của máy
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
tính là bộ nhớ bay hơi.

Dữ liệu có thể dùng lại (retrievable data) : bộ nhớ phụ có thể giữ
chương trình hay dữ liệu lâu dài mà không bị bốc hơi. Điều đó
cho phép ta có thể sử dụng lại các thông tin này nhiều lần.
Slide 70Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Thiết bị ngoại vi - Peripherals
 Thiết bị ngoại vi là các thiết bị phụ trợ xung quanh CPU và bộ nhớ
chính.
 Các thiết bị đáp ứng chức năng của các khối nhập, xuất và bộ nhớ
phụ đều là thiết bị ngoại vi.
CPUBộ nhớ
Nhập
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Bộ nhớ phụ
Control Unit
ALU
Xuất
Điều khiển
Luồng
dữ liệu
Câú trúc luận lý của một máy tính
Slide 71Nhập môn Điện Toán - Chương 2
2.Kiến trúc máy tính
• Kiến trúc máy tính ngày nay được biết đến như là 
một hệ thống gồm có :
– Bộ nhớ (memory).
– Bộ xử lý (processor).
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
– Các tuyến (buses).
Slide 72Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Random
Bộ nhớ
Electrically
ProgrammableOnly
Read
Phân loại
Bộ nhớ
là gì ?
là nơi chứa chương trình và dữ liệu
ROM
ROM
PROM
EPROM Erasable(Chết)(Không bốc hơi)
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Access
Dynamic
Static Memory
EEPROM
RAM
SRAM DRAM
(Sống)
(Bốc hơi) Flash ROM (SRAM + EEPROM)
SDRAM
Synchronous
Slide 73Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Bộ nhớ đệm - Cache
 Cache là bộ nhớ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính
CPU Bộ nhớ
Cache
(SRAM)
(Mạch điều khiển)
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
 Cache được chế tạo từ SRAM có tốc độ làm việc rất cao và có dung lượng
nhỏ.
 Nhiệm vụ của cache là làm giảm thời gian đợi (wait-state) của CPU khi
truy xuất bộ nhớ chính bằng cơ chế đọc trước các ô nhớ kế tiếp.
 Các bộ xử lý hiện đại đều có cache bên trong.
Slide 74Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Cấu trúc phân cấp của bộ nhớ
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nhập môn Điện Toán - Chương 1 Slide 75
Nguồn: www.vitec.org
Bộ xử lý - Processor
 Bộ xử lý hay còn gọi là CPU (Central Procesing Unit) là nguồn
phát sinh mọi hoạt động của máy tính.
 Bộ xử lý điều khiển hoạt động của máy tính thông qua việc lấy và
thi hành lệnh nằm trong bộ nhớ.
Lấy lệnh
Bật máy
Máy tính
Thi hành lệnh
Tắt máy
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
lệnh đầu
lệnh giữa
lệnh giữa
lệnh giữa
lệnh cuối
Chương trình
làm gì nữa ?
tại sao lệnh này ?
mục đích ?
xong ? Diễn tả làm thế
nào giải quyết
(Ngôn ngữ máy)
Slide 76Nhập môn Điện Toán - Chương 2
CPU
CPU Khối
(Tín hiệu điều khiển xuất)
(Tín hiệu điều khiển nhập)
CPU có gì 
bên trong ?
điều khiển
định thì
(Lấy và thi hành lệnh)
(Xung clock)
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
ALU
Cộng And
Trừ Or
Nhân Xor
Chia Not
Dịch Quay
(Thanh ghi lệnh IR)
(Bộ thanh ghi)
PC ACC
IDX SP
Flags Đa dụng
Slide 77Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Kiến trúc bộ xử lý
 Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer)

Các lệnh của CPU có chiều dài khác nhau.

Thời gian thi hành lệnh cũng khác nhau.
 Kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer)

Các lệnh dài bằng nhau.

Thời gian thi hành các lệnh chỉ bằng 1 chu kỳ xung clock.
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2

Cung cấp khả năng thi hành nhiều hoạt động cùng lúc (Super scalar 
execution).

Dùng cơ chế đường ống (Pipelining) để giảm thời gian thi hành.

Vấn đề đoán trước rẽ nhánh (Branche prediction).
Slide 78Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Cơ chế đường ống - Pipelining
Lấy lệnh
P1 P2 P3 P4 P5
thi hành xong lệnh
Phân tích
lệnh
Xác định
toán hạng
Thực hiện
lệnh
Lưu
kết quả
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
L1 L2
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L2
L2
L3
L3
L3
L3
L3
L4
L4
L4
L4
L4
L5
L5
L5
L5
L5
L6
L6
L6
L6 L7
L7 L8
L7
L8 L9P1:
P2:
P3:
P4:
P5:
Slide 79Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Máy tính song song
3 lo*i máy song song
SISD : single Instruction stream, single data stream
SIMD : single Instruction stream, multiple data stream
MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Máy Von Neumann Máy Vector 8 ALU
CPU CPU CPU
Bộ nhớ
dùng chung
CPU CPU CPU
Bộ nhớ
dùng chung
Bộ
nhớ
riêng
Bộ
nhớ
riêng
Bộ
nhớ
riêng
Slide 80Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Tuyến - Bus
 Tuyến là một nhóm các dây dẫn song song mà mỗi đường có
nhiệm vụ truyền tải 1 bit thông tin.
 Tuyến hệ thống là tuyến kết nối giữa CPU với các bộ phận mà nó
muốn trao đổi thông tin mà cụ thể là bộ nhớ và khối xuất nhập
(I/O).
 Trên một tuyến có thể truyền tải nhiều loại thông tin khác nhau.
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
 Một số tuyến có khả năng truyền thông tin theo cả 2 chiều. Tuy
nhiên, trong từng thời điểm, luồng dữ liệu chỉ đi một chiều.
Độ rộng của tuyến (số đường) xác định chiều dài của một từ
(word) thông tin mà CPU trao đổi mỗi lần.
Ví dụ : CPU dùng bus 16 bit để truyền dữ liệu 32 bit thì phải thực hiện 2 
lần.
Slide 81Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Tuyến - Bus
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Slide 82Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Kiến trúc tuyến
• Tuyến chuNn (standard bus) :
– MCA : micro channel architecture
– ISA : industry standard architecture
– IBM AT : advanced technology
– PS/2 : personal system 2
– EISA : extended industry standard architecture
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
• Tuyến cục bộ (local bus) :
– VESA : video electronics standard association
– PCI : Peripheral Component Interface
– AGP : Accelerated Graphics Port
Slide 83Nhập môn Điện Toán - Chương 2
3. Thiết bị xuất nhập
Xuất / 
Nhập
Điều khiển thiết bị
PCM
Số bit
trao đổi
Dạng
tín hiệu
Màn hình
MFM
( Pulse Code
Modulation )
( xuất )
Bàn phím
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Máy in
CD ROM
Đĩa cứng Đĩa mềm
( Modified 
Frequency
Modulation )
RGB
( Red
Green
Blue )
Không điều chế
Song song
Nối tiếp
( 1 bit )
Đồng bộ
Bất đồng bộ
Chuột
Slide 84Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Màn hình và card màn hình
Card màn hình
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Màn hình LCD
Màn hình CRT
Slide 85Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Chế độ
văn bản
Ma tr+n ,im
Hiển thị trong chế độ văn bản (text)
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
8
8 8x8
14x8
16x8
Kích thước
Slide 86Nhập môn Điện Toán - Chương 2
cung cấp các 
chế độ màn hình
số điểm ngang x số điểm dọc x số màu (số bit màu)
dung lượng RAM màn hình
(độ phân giải)Card
màn hình
Chế độ
Hiển thị trong chế độ đồ họa (graphics)
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
800 x 600 x 16bit = 960.000 byte ⇒ 1MB
1024 x 768 x 32bit = 3.145.728 byte ⇒ 4 MB
thể hiện các chế 
độ màn hình
kích thước điểm sáng:
.31 mm, .29 mm, .22 mm
tần số quét ngang (dòng)
40 KHz, 70 KHz, 90 KHz
tần số quét dọc (mành)
50 Hz, 75 Hz, 100 Hz, ...
đồ họa
Slide 87Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Vcc
Quét
1
00
1 phím
nhi0u phím
Tổ chức ma trận bàn phím (keyboard)
Vcc
0 là nhấn
1 là nhả
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
hàng
(2→4)
Đệm cột và đọc về
Nhấn
Đọc về
FB
1
1
1
1 1 1 1 1 0 1 1
Hiện tượng rung phím
(5 - 15 ms) Chống rung
Cứng
Mềm
Slide 88Nhập môn Điện Toán - Chương 2
R
Cung (sector / record)
Chiều di 
Trục đĩa quay
5400 rpm
Tổ chức thông tin trên đĩa cứng
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
H
C
Đầu (Head)
Trụ (Cylinder) hoặc
Vết (Track)
chuyển của 
đầu (head)
CHR
Slide 89Nhập môn Điện Toán - Chương 2
CDROM
Pit 
Land
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Thông tin ghi theo rãnh (track) hình xoắn ốc. 
Dùng tia laser đục lổ 1 µm trên rãnh gọi là Pit.
Phần không bị đục lổ trên rãnh gọi là Land.
Chứa 330.000 khối dữ liệu.
Dung lượng 650 MB / 74 min
Tốc độ x1 = 153.60 KByte/s
Slide 90Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Máy in
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Máy in laser
Máy in kim
Máy in phun
+ Máy đắt tiền
+ Mực bột, đắt tiền
+ Lâu hết mực
+ In nhanh
+ Máy rẻ tiền
+ Mực lỏng, đắt tiền
+ Mau hết mực
+ In chậm
+ Máy rẻ tiền
+ Băng mực rẻ tiền
+ Lâu hết mực
+ In chậm
Slide 91Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Ma trận điểm trên máy in kim
in nửa dot bề ngang
11
72 DPI
Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
9
Đầu
kim
có
9
kim
Slide 92Nhập môn Điện Toán - Chương 2