Chương 2
Phần cứng
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).
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.
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.
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.
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).
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.
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.
CPU
Bộ nhớ
Bộ nhớ phụ
Control Unit
ALU
Xuất
Nhập
Điều khiển
Luồng dữ liệu
Câú trúc luận lý của một máy tính
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).
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
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.
Khái niệm "trúng cache".
Các bộ xử lý hiện đại đều có cache bên trong.
CPU
Bộ nhớ
Cache
(SRAM)
(Mạch điều khiển)
Bộ xử lý - Processor
Bộ xử lý hay còn gọi là CPU 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)
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
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).
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
L9
P1:
P2:
P3:
P4:
P5:
Phân tích
lệnh
Xác định
toán hạng
Thực hiện
lệnh
Thực hiện
lệnh
Lưu
kết quả
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
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.

Kiến trúc tuyến
Tuyến chuẩn (standard bus) :
MCA : micro channel architecture.
ISA : insdustry standard architecture.
IBM AT : advanced technology.
PS/2 : personal system 2.
EISA : extended insdustry standard architecture.
Tuyến cục bộ (local bus) :
VESA : video electronics standard association.
PCI : Peripheral Component Interface.
AGP : Accelerated Graphics Port.
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
Màn hình và card màn hình
Màn hình LCD
Màn hình CRT
Card màn hình

8
8
8x8
14x8
16x8
Kích thước
Chế độ
văn bản
Ma trận điểm
Hiển thị trong chế độ văn bản (text)
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)
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)
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 (hard disk)
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
CDROM
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
Máy in
in nửa dot bề ngang
72 DPI
Ma trận điểm trên máy in kim