›
›

Tin học cơ sở - Chương 3: Các thành phần của đơn vị hệ thống

pdf 81 trang vanle 3010
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tin học cơ sở - Chương 3: Các thành phần của đơn vị hệ thống", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdftin_hoc_co_so_chuong_3_cac_thanh_phan_cua_don_vi_he_thong.pdf

Nội dung text: Tin học cơ sở - Chương 3: Các thành phần của đơn vị hệ thống

  1. TIN HỌC CƠ SỞ Chương 3: Các thành phần của đơn vị hệ thống Biên soạn: Trương Vĩnh Trường Duy (duytvt@ptithcm.edu.vn) 1
  2. Nội dung Đơn vị hệ thống Bộ xử lý trung tâm (CPU) Biểu diễn dữ liệu Bộ nhớ Các khe cắm mở rộng Cổng, nguồn Máy tính di động Các hệ cơ số 2
  3. Đơn vị hệ thống (System Unit)  Hộp chứa các thiết bị điện tử bên trong máy tính  Còn gọi là (thùng) CPU 3
  4. Các thành phần bên trong  Processor  MemoryBộ nhớ module  ExpansionCard mở rộng cards • Sound card • Modem card • Video card • Network interface card  Các cổng kết nối 4
  5. Motherboard, mainboard  Bo mạch chính trong đơn vị hệ thống  Chứa các chip, mạch tích hợp, bán dẫn  system board 5
  6. Chip dual inline package (DIP) single edge contact (SEC) cartridge flip chip-PGA (FC-PGA) package pin grid array (PGA) 6
  7. Bộ xử lý trung tâm (CPU)  Dịch và thực thi các lệnh cơ sở để máy tính hoạt động CPU 7
  8. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Các thành phần của CPU CPU Control Arithmetic/ Unit (đơn Logic Unit vị điều (ALU – Bộ khiển) xử lý toán học) 8
  9. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Đơn vị điều khiển  Điều khiển các hoạt động của máy tính Bốn thao tác cơ bản:  Nạp lệnh (fetch) – lấy chỉ thị hoặc Control Unit dữ liệu từ bộ nhớ  Giải mã (decode) – dịch các chỉ thị thành lệnh  Thực thi (execute) – thi hành lệnh  Lưu trữ (store) – ghi kết quả vào bộ nhớ 9
  10. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Chu kỳ máy (machine cycle) Bao gồm 4 thao tác cơ bản của CPU Cũng được gọi là chu kỳ lệnh (instruction cycle) • Instruction time (i-time) – thời gian lấy và giải mã lệnh • Execution time (e-time) – thời gian thực thi lệnh và lưu trữ kết quả e-time i-time 10
  11. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Cách tính tốc độ của CPU  Theo số triệu lệnh xử lý trong một giây (millions of instructions per second - MIPS) 11
  12. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Hai cách thiết kế CPU CISC (complex instruction set computing – bộ chỉ lệnh RISC phức hợp) (reduced instruction  Hỗ trợ số lượng lớn các set computing – bộ chỉ số tính toán lệnh rút gọn)   CPU thực thi các lệnh Hỗ trợ số lượng nhỏ phức tạp nhanh hơn các số tính toán  CPU thực thi các lệnh đơn giản nhanh hơn 12
  13. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Đơn vị xử lý luận lý/toán học arithmetic/logic unit (ALU)  Thực hiện giai đoạn thực thi của chu kỳ So sánh máy (lớn hơn, bằng, nhỏ hơn) Luận lý Toán học (AND, OR, (cộng, trừ, nhân, chia) NOT) 13
  14. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Kỹ thuật đường ống (pipelining)  CPU bắt đầu thực thi lệnh thứ hai khi chưa kết thúc lệnh thứ nhất  Nhanh hơn Chu kỳ máy (không pipelining) Chu kỳ máy (có pipelining) Lệnh 1 Lệnh 2 Lệnh 3 Lệnh 4 14
  15. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Thanh ghi (register)  Bộ nhớ tạm lưu trữ lệnh và dữ liệu Lưu trữ lệnh Lưu trữ kết đang được quả tính toán giải mã Lưu trữ vị trí lấy lệnh Lưu trữ dữ liệu ALU đang xử lý 15
  16. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Đồng hồ hệ thống (system clock)  Đồng bộ mọi hoạt động của máy tính  Mỗi tick là một chu kỳ đồng hồ MHz – 1 triệu tick đồng hồ hệ thống GHz – 1 tỷ tick đồng hồ hệ thống 16
  17. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Vi xử lý (microprocessor)  Mạch vi xử lý trên các máy tính cá nhân 17
  18. Bộ xử lý trung tâm (CPU) So sánh các bộ vi xử lý máy tính cá nhân 18
  19. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ đồng xử lý (coprocessor) Chip hỗ trợ vi xử lý cho các tác vụ đặc biệt Thí dụ bộ đồng xử lý toán học số thực dấu chấm động 19
  20. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Xử lý song song (parallel processing) Dùng nhiều bộ vi xử lý cùng lúc để thực thi chương trình nhanh hơn Yêu cầu phần cứng đặc biệt để chia bài toán và tổng hợp kết quả 20
  21. Biểu diễn dữ liệu  Hầu hết máy tính dùng kỹ thuật số  Hai trạng thái: on và off on 1 1 1 1 1 off 0 0 0 0 0 21
  22. Biểu diễn dữ liệu Hệ nhị phân (binary system)  Chỉ dùng hai số biễu diễn giá trị: 0 và 1 (gọi là bit) Bit Điện Trạng thái 22
  23. Biểu diễn dữ liệu Byte  Là một nhóm 8 bit 8-bit byte biểu diễn giá trị 3 8-bit byte biểu diễn giá trị 5 8-bit byte biễu diễn ký tự T 23
  24. Biểu diễn dữ liệu Ba bộ mã thông dụng  ASCII - American Standard Code for Information Interchange  EBCDIC - Extended Binary Coded Decimal Interchange Code  Unicode – mã hóa ký tự của các ngôn ngữ trên thế giới 24
  25. Bộ nhớ Bộ nhớ (memory) Vùng nhớ tạm cho hệ điều hành, chương trình ứng dụng và dữ seat A22 seat C22 liệu seat B22 Gồm các chip gắn trên mainboard Mỗi byte có địa chỉ duy nhất 25
  26. Bộ nhớ  Dung lượng bộ nhớ tính bằng số byte có sẵn 26
  27. Bộ nhớ Hai loại bộ nhớ volatileBộ nhớ memorybốc hơi MấtLoses nội itsdung contents khi mất when điện Bộ nhớ the computer's power is không bốc turned off hơi Không mất nội dung khi mất điện 27
  28. Bộ nhớ Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (random access memory - RAM))  Bộ nhớ mà bộ vi xử lý có thể đọc và ghi  Hầu hết RAM là bốc hơi  Càng nhiều RAM, tốc độ xử lý càng cao Bộ nhớ 28
  29. Bộ nhớ Hai loại RAM cơ bản Dynamic RAM (DRAM)  Loại chủ yếu  Thường là bộ nhớ chính Static RAM (SRAM) Dùng cho mục đích đặc biệt như cache Nhanh hơn và tin cậy hơn DRAM 29
  30. Bộ nhớ  Số lượng RAM máy tính cần tùy thuộc vào các trình ứng dụng cụ thể sử dụng 30
  31. Bộ nhớ Số lượng RAM máy tính cần tùy thuộc vào các trình ứng dụng cụ thể sử dụng 31
  32. Bộ nhớ Cache  Giúp tăng tốc nhờ lưu trữ các lệnh và dữ liệu sử dụng thường xuyên  Còn gọi là memory cache, cache store, hoặc RAM cache  L1 cache trong vi xử lý  L2 và L3 cache không trong vi xử lý  Phổ biến là L2 advanced transfer cache 32
  33. Bộ nhớ Bộ nhớ chỉ đọc (read-only memory - ROM)  Bộ nhớ chứa dữ liệu, lệnh, thông tin không thể thay đổi được BIOS Chỉ có thể Dữ liệu trong ROM (basic input/output system) đọc, không không bị mất đi Hệ vào ra cơ bản trong ROM thể sửa đổi khi mất điện gồm các lệnh máy tính thực dữ liệu trong thi để khởi động và nạp hệ ROM điều hành 33
  34. Bộ nhớ Các loại ROM Firmware ROM được sản xuất với dữ liệu, PROM lệnh, thông tin vĩnh (programmable EEPROM viễn read-only (electrically memory) erasable ROM trắng dùng programmable read- để ghi dữ liệu only memory) vĩnh viễn Loại PROM có thể ghi xóa bằng thiết bị 34
  35. Bộ nhớ Flash memory  Bộ nhớ không bốc hơi có thể ghi xóa  Dùng với máy tính xách tay, máy ảnh kỹ thuật số, PDA 35
  36. Bộ nhớ CMOS Complementary metal-oxide semiconductor Lưu trữ các memory thông tin về máy tính Dùng pin • Loại đĩa cứng nuôi khi mất • Bàn phím điện • Màn hình • Ngày giờ hiện tại 36
  37. Bộ nhớ Thời gian truy xuất bộ nhớ (memory access time)  Tốc độ máy tính truy xuất dữ liệu từ máy tính trực tiếp  Tính bằng nanoseconds (ns) (1 phần tỷ giây)  Mất 1/10 giây để chớp mắt; máy tính có thể thực hiện được 10 triệu thao tác cùng thời gian 37
  38. Khe cắm mở rộng  Khe cắm trống trên mainboard dùng để cắm các card mở rộng Card mở rộng Khe cắm mở rộng 38
  39. Khe cắm mở rộng Các loại card mở rộng 39
  40. Khe cắm mở rộng Plug and Play Máy tính tự động nhận biết và cấu hình thiết bị mới 40
  41. Khe cắm mở rộng PC card  Card mở rộng dùng cho máy tính xách tay  PCMCIA - Personal Computer Memory Card International Association PC card 41
  42. Khe cắm mở rộng Flash memory card 42
  43. Cổng mouse keyboard USB USB  Kết nối các thiết bị bên serial port printer (parallel ngoài với port) đơn vị hệ speaker thống monitor microphone game port network telephone telephone line line out in svideo out FM reception 43 cable TV
  44. Cổng Các loại cổng kết nối 44
  45. Cổng byte biểu diễn Truyến dữ cho số 5 liệu nối tiếp (00110101) Cổng nối tiếp (serial port) byte biểu diễn cho số 5  Truyền 1 bit tại một (00110101) byte biểu diễn thời điểm cho số 5 (00110101)  Kết nối các thiết bị tốc độ chậm như chuột, bàn phím, modem DB-9 female connector DB-9 male connector 45
  46. Cổng byte biểu diễn cho số 1 Cổng song song byte biểu diễn cho số (parallel port) 3 byte biểu diễn cho số  Truyền nhiều hơn 1 5 bit tại một thời điểm, kết nối các thiết bị tốc độ cao như máy in, máy quét DB-25 male connector DB-25 female connector 46
  47. Cổng Universal serial bus port (USB)  Kết nối các thiết bị ngoại vi mới tốc độ cao  Các cổng khác: 1394, MIDI, SCSI, và IrDA 1394 port USB port 47
  48. Kênh, tuyến (bus) processor  Kênh truyền liên lạc giữa các thiết bị liên lạc với nhau  System bus kết nối bộ vi system xử lý và RAM bus  Bus width cho biết số lượng bit được truyền cùng một thời điểm  Word size cho biết số lượng các bit mà vi xử lý có thể dịch và thực thi cùng một thời điểm RAM 48
  49. Kênh, tuyến (bus) Tuyến mở rộng (expansion bus)  Cho phép vi xử lý giao tiếp với thiết bị ngoại vi Nhanh nhất memory Nhanh hơn Nhanh hơn Chậm nhất processor PCI bus ISA bus 49
  50. Bay DVD-ROM drive  Vùng trống trong CD-RW đơn vị hệ thống để drive lắp đặt thêm các Zip drive thiết bị khác Vùng trống floppy disk drive 50
  51. Nguồn cấp điện (power supply) Một số thiết bị Chuyển từ điện ngoại vi có AC xoay chiều (AC) adapter sang một chiều (DC) 51
  52. Máy tính di động PC Card CD-ROM, DVD-ROM Floppy disk drive drive, Zip disk drive battery system unit 52
  53. Máy tính di động Các cổng kết nối trên máy tính xách tay keyboard/mouse port IrDA port USB port serial port parallel video port port 53
  54. Máy tính di động Chuyển dữ liệu từ thiết bị di động IrDA port  Dùng cổng hồng ngoại, bluetooth  Dây cáp riêng kết nối với máy cradle tính 54
  55. Các loại máy tính thích hợp Home Mobile Pentium® 4 or Pentium® III or Athlon™ 600 AMD-K6Power® -2-P 500 MHz or higher; MHz or higher or Celeron™ or 64 MB RAM Duron™ 600 MHz or higher Pentium® 4 or Large Small Office/Home Office 64 MB RAM Athlon™ 700 Business MHz or higher Pentium® 4 or 128 MB RAM Athlon™ 800 MHz or higher 128 MB RAM 55
  56. Các hệ cơ số: 10, 2, 8, 16  Hệ thập phân: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9  Hệ nhị phân: 0,1  Hệ bát phân: 0,1,2,3,4,5,6,7  Hệ thập lục phân: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A,B,C,D,E,F  Thí dụ: 12310 , 11012 , 7638 , 1A4F16  Mỗi vị trí có một giá trị  Mỗi ký hiệu có một giá trị  Nhân giá trị của ký hiệu với giá trị của vị trí tương ứng, sau đó cộng tất cả lại ta được giá trị của số 3 2 1 0 -1 -2 8954,25 10 = 8*10 + 9*10 + 5*10 + 4*10 + 2*10 + 5* 10 56
  57. Hệ thống số thập phân 57
  58. Hệ thống số nhị phân 58
  59. Hệ thống số thập lục phân 59
  60. Các hệ cơ số: 10, 2, 16 D e c i m a l B i n a r y H e x 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 3 4 0 1 0 0 4 5 0 1 0 1 5 6 0 1 1 0 6 7 0 1 1 1 7 8 1 0 0 0 8 9 1 0 0 1 9 1 0 1 0 1 0 A 1 1 1 0 1 1 B 1 2 1 1 0 0 C 1 3 1 1 0 1 D 1 4 1 1 1 0 E 1 5 1 1 1 1 F 60
  61. Số nhị phân → thập phân  Đối với phần nguyên: đi từ phải sang trái vị trí đầu tiên là 20 (tức 1), vị trí thứ hai là 21 (tức 2), vị trí thứ ba là 22 (tức 4), vị trí thứ n là 2n-1  Đối với phần phân số: đi từ trái sang phải vị trí đầu tiên là 2-1 (tức 1/2), vị trí thứ hai là 2-2 (tức 1/4), vị trí thứ ba là 2-3 (tức 1/8), vị trí thứ n là 2-n  Thí dụ 3 2 1 0 1011.012= (1 x 2 ) + (0 x 2 ) + (1 x 2 ) + (1 x 2 ) -1 -2 + (0 x 2 ) + (1 x 2 ) = 8+0+2+1+0+1/4 = 11,2510 61
  62. Số thập phân → nhị phân  Đối với phần nguyên:  Lấy phần nguyên chia cho 2, ghi nhớ số dư, tiếp tục lấy kết quả chia cho 2, ghi nhớ số dư và tiếp tục cho đến khi nhận được kết quả phép chia là 0  Kết hợp các số dư theo chiều từ dưới lên được kết quả  Đối với phần phân số (có thể lặp vô tận, không tìm được kết quả):  Lấy phần phân số nhân cho 2, tiếp tục lấy phần phân số kết quả nhân cho 2 cho đến khi nhận được kết quả có phần phân số là 0  Kết hợp phần nguyên các số kết quả theo chiều từ trên xuống được kết quả 62
  63. Số thập phân → nhị phân  Thí dụ: chuyển số thập phân 162,37510 sang số nhị phân 162 / 2 = 81 dư 0 0.375 x 2 = 0.750 81 / 2 = 40 dư 1 40 / 2= 20 dư 0 0.750 x 2 = 1.500 20 / 2= 10 dư 0 0.500 x 2 = 1.000 10 / 2 = 5 dư 0 5 / 2= 2 dư 1 2 / 2= 1 dư 0 1 / 2 = 0 dư 1 162.37510 = 10100010.0112 63
  64. Số thập phân → nhị phân  Thí dụ: chuyển số thập phân 0,310 sang số nhị phân .3 * 2 = .6 phần nguyên = 0 .6 * 2 = 1.2 phần nguyên = 1 .2 * 2 = .4 phần nguyên = 0 .4 * 2 = .8 phần nguyên = 0 .8 * 2 = 1.6 phần nguyên = 1 .6 * 2 = 1.2 phần nguyên = 1, vô tận Lặp vô tận ! 64
  65. Chuyển số hex → thập phân  Đối với phần nguyên: đi từ phải sang trái vị trí đầu tiên là 160 (tức 1), vị trí thứ hai là 161 (tức 16), vị trí thứ ba là 162 (tức 256), vị trí thứ n là 16n-1  Đối với phần phân số: đi từ trái sang phải vị trí đầu tiên là 16-1 (tức 1/16), vị trí thứ hai là 16-2 (tức 1/256), vị trí thứ ba là 16-3 (tức 1/4096), vị trí thứ n là 16-n  Thí dụ 3 2 4F6A.1E16= (4 x 16 )+ (F[15] x 16 )+ (6 x 161)+ (A[10] x 160) + (1 x 16-1)+ (E[14] x 16-2) = 20330,06640625 10 65
  66. Chuyển số hex → thập phân  Đối với phần nguyên:  Lấy phần nguyên chia cho 16, ghi nhớ số dư, tiếp tục lấy kết quả chia cho 16, ghi nhớ số dư và tiếp tục cho đến khi nhận được kết quả phép chia là 0  Kết hợp các số dư theo chiều từ dưới lên được kết quả  Đối với phần phân số (có thể lặp vô tận, không tìm được kết quả):  Lấy phần phân số nhân cho 16, tiếp tục lấy phần phân số kết quả nhân cho 16 cho đến khi nhận được kết quả có phần phân số là 0  Kết hợp phần nguyên các số kết quả theo chiều từ 66 trên xuống được kết quả
  67. Chuyển số hex → thập phân  Thí dụ: chuyển số thập phân 162,37510 sang số hex 162 / 16 = 10 dư 2 0.375 x 16 = 6.000 10 / 16= 0 dư 10 (A) Kết quả là 162.37510 = A2.616 67
  68. Chuyển số hex → số nhị phân  Đối với từng số hex, chuyển đổi thành 4 bit thập phân tương ứng. Dấu chấm phân số vẫn giữ nguyên vị trí  Thí dụ: chuyển đổi số hex sang số nhị phân 261.3516 = 2 6 1 . 3 516 = 0010 0110 0001 . 0011 01012 68
  69. Chuyển số nhị phân → số hex  Nhóm từng nhóm 4 bit nhị phân, bắt đầu từ dấu chấm nhị phân.  Trước dấu chấm thì nhóm từ phải sang trái, đến nhóm cuối cùng nếu thiếu thì thêm vào những bit 0 vào đầu cho đủ 4 bit  Sau dấu chấm thì nhóm từ trái sang phải, đến nhóm cuối cùng nếu thiếu thì thêm vào những bit 0 vào cuối cho đủ 4 bit  Đối với từng nhóm 4 bit nhị phân chuyển đổi tương ứng sang số hex 69
  70. Chuyển số nhị phân → số hex  Thí dụ: chuyển đổi số nhị phân sang số hex 10110100.001011102 = 1011 0100 . 0010 11102 = B 4 . 2 E16 10110100.0010112 = 1011 0100 . 0010 11002 = B 4 . 2 C16 110100.001011012 = 0011 0100 . 0010 11012 = 3 4 . 2 D16 70
  71. Bài tập chuyển đổi 426.12810 nhị phân, thập lục phân 11011.10112 thập phân, thập lục phân AB1.216 thập phân, nhị phân 71
  72. Bài tập: DEC – HEX – BIN 203 CB 11001011 72
  73. Bài tập: DEC – HEX – BIN 159 9F 10011111 73
  74. Bài tập: DEC – HEX – BIN 95 5F 01011111 74
  75. Bài tập: HEX – DEC – BIN FA 250 11111010 75
  76. Bài tập: HEX – DEC – BIN A1 161 10100001 76
  77. Bài tập: HEX – DEC – BIN B9 185 10111001 77
  78. Bài tập: BIN – DEC – HEX 10101011 171 AB 78
  79. Bài tập: BIN – DEC – HEX 11101001 233 F9 79
  80. Bài tập: BIN – DEC – HEX 00101101 45 2D 80
  81. Bài tập: DEC BIN, HEX  119 01110111 0x77  231 11100111 0xE7  99 01100011 0x63  213 11010101 0xD5  168 10101000 0xA8  173 10101101 0xAD  137 10001001 0x89 81