Bài giảng Nhập môn điện toán - Chương 2: Phần cứng

Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2. PHẦN CỨNG
Slide 1
2.1 Hệ thống máy tính
2.2 Kiến trúc máy tính
2.3 Thiết bị xuất nhập
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Slide 2Nhập môn Điện Toán - Chương 2
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).
– Khối xuất (output).
– Bộ nhớ phụ (storage).
– Thiết bị ngoại vi (peripherals).
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
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.
Slide 3Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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.
Dữ liệu trung gian đang dược xử lý.
Kết quả cuối cùng chờ đưa ra khối xuất.
Slide 4Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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).
 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 5Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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
sau này nên còn phải được lưu trên bộ nhớ phụ (chủ yếu là trên
đĩa từ).
Slide 6Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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
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 7Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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
Bộ nhớ phụ
Control Unit
ALU
Xuất
Nhập
Điều khiển
Luồng
dữ liệu
Cấu trúc luận lý của một máy tính
Slide 8Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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).
– Các tuyến (buses).
Slide 9Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Random
Bộ nhớ
Access
Dynamic
Static
Electrically
Programmable
Memory
Only
Read
Phân loại
Bộ nhớ
là gì ?
là nơi chứa chương trình và dữ liệu
ROM
ROM
PROM
EEPROM
EPROM
RAM
Erasable
SRAM DRAM
(Chết)
(Không bốc hơi)
(Sống)
(Bốc hơi)
Flash ROM (SRAM + EEPROM)
SDRAM
Synchronous
Slide 10Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Bộ nhớ đệm - Cache
 Cache là bộ nhớ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính
 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.
CPU Bộ nhớ
Cache
(SRAM)
(Mạch điều khiển)
Slide 11Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Cấu trúc phân cấp của bộ nhớ
Nhập môn Điện Toán -Chương 1 Slide 12
Nguồn: www.vitec.org
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
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.
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
Lấy lệnh
Bật máy
Máy tính
Thi hành lệnh
Tắt máy
(Ngôn ngữ máy)
Slide 13Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
CPU
CPU
Khối
ALU
Cộng And
Trừ Or
Nhân Xor
Chia Not
Dịch Quay
(Thanh ghi lệnh IR)
(Bộ thanh ghi)
(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)
PC ACC
IDX SP
Flags Đa dụng
Slide 14Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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.
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 15Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Cơ chế đường ống - Pipelining
Lấy lệnh
P1 P2 P3 P4 P5
thi hành xong lệnh
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:
Phân tích
lệnh
Xác định
toán hạng
Thực hiện
lệnh
Lưu
kết quả
Slide 16Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Chương 2
Máy tính song song
Máy Von Neumann
3 loại máy song song
SISD : single Instruction stream, single data stream
SIMD : single Instruction stream, multiple data stream
MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream
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 17Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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.
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 18Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Tuyến - Bus
Slide 19Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Kiến trúc tuyến
• Tuyến chuẩn (standard bus) :
– MCA : micro channel architecture
– ISA : industry standard architecture
– IBM AT : advanced technology
– PS/2 : personal system 2
– EISA : extended industry standard architecture
• Tuyến cục bộ (local bus) :
– VESA : video electronics standard association
– PCI : Peripheral Component Interface
– AGP : Accelerated Graphics Port
Slide 20Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
3. Thiết bị xuất nhập
Xuất / 
Nhập
Điều khiển thiết bị
PCM
Máy in
CD ROM
Đĩa cứng
Đĩa mềm
Số bit
trao đổi
Dạng
tín hiệu
Màn hình
MFM
( Pulse Code
Modulation )
( Modified 
Frequency
Modulation )
RGB
( Red
Green
Blue )
Không điều chế
Song song
Nối tiếp
( xuất )
( 1 bit )
Đồng bộ
Bất đồng bộ
Chuột
Bàn phím
Slide 21Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Màn hình và card màn hình
Màn hình LCD
Màn hình CRT
Card màn hình
Slide 22Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
8
8 8x8
14x8
16x8
Kích thước
Chế độ
văn bản
Ma trận điểm
Hiển thị trong chế độ văn bản (text)
Slide 23Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
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
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
(độ phân giải)
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, ...
Card
màn hình
Chế độ
đồ họa
Hiển thị trong chế độ đồ họa (graphics)
Slide 24Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Vcc
Quét
hàng
(2 4)
Đệm cột và đọc về
Nhấn
Đọc về
FB
1
0
1
1
0
1
1 1 1 1 1 0 1 1
Hiện tượng rung phím
(5 - 15 ms)
Chống rung
Cứng
Mềm
1 phím
nhiều phím
Tổ chức ma trận bàn phím (keyboard)
Vcc
0 là nhấn
1 là nhả
Slide 25Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
H
R
C
Cung (sector / record)
Đầu (Head)
Trụ (Cylinder) hoặc
Vết (Track)
Chiều di 
chuyển của 
đầu (head)
Trục đĩa quay
5400 rpm
CHR
Tổ chức thông tin trên đĩa cứng
Slide 26Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
CDROM
Pit 
Land
Thông tin ghi theo rãnh (track) hình xoắn ốc. 
Dùng tia laser đục lổ 1 m 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 27Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Máy in
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 28Nhập môn Điện Toán - Chương 2
Khoa KH & KT MáyTính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Ma trận điểm trên máy in kim
in nửa dot bề ngang
9
Đầu
kim
có
9
kim
11
72 DPI
Slide 29Nhập môn Điện Toán - Chương 2