Bài giảng Tin học đại cương - Chương 2: Cấu trúc máy tính

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Bài giảng Tin học đại cương

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NỘI DUNG

2.1. Giới thiệu

2.2. Chức năng và sơ đồ cấu trúc của máy tính

2.3. Các bộ phận cơ bản của máy tính

Chương 2

CẤU TRÚC MÁY TÍNH

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

2

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.1. GIỚI THIỆU

Máy tính ENIAC

• ENIAC (Electronic Numerical Integrator and

Computer)

- Là máy tính điện tử đầu tiên (gọi tắt là máy tính)

- Ra đời năm 1946 bởi John Mauchly và John Presper

Eckert ở Đại học Pennsylvania

- Nặng 30 tấn, kích thước 140m²

- Thực hiện được 5000 phép cộng/giây

- Xử lý theo số thập phân

- Bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu

- Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển

mạch và các cáp nối

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

3

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

4

1

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.1. GIỚI THIỆU

• Máy tính Von Neumann

4 thế hệ máy tính điện tử:

- Ra đời năm 1952 tại Học viện Nghiên cứu tiên tiến

Princeton

- Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình được lưu

trữ”, xử lý theo số nhị phân

- Những nguyên lý của von Neumann đã trở thành mô

hình cơ bản của máy tính cho đến nay

- Sử dụng đèn điện tử (1943-1956)

- Sử dụng transistor (1957-1965)

- Sử dụng vi mạch tích hợp (1966-1980)

- Sử dụng siêu vi mạch tích hợp (1981-nay)

• Năm 1980, hãng IBM cho ra đời chiếc máy tính cá

nhân đầu tiên, sử dụng bộ vi xử lý 8 bit 8085 của

Intel

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

5

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

6

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.2. CHỨC NĂNG VÀ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC

MÁY TÍNH

2.2.1. CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH

- Nhận thông tin vào (input) từ người sử dụng hoặc từ

máy tính khác thông qua các thiết bị vào

2.2.1. Chức năng của máy tính

2.2.2. Sơ đồ cấu trúc chung của máy tính

2.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy tính

- Xử lý thông tin đã nhận theo dãy lệnh đã nhớ sẵn bên

trong

- Đưa thông tin sau xử lý (output) tới người sử dụng

hoặc tới máy tính khác thông qua các thiết bị ra

- Lưu trữ thông tin dạng số hóa

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

7

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

8

2

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG CỦA MÁY TÍNH

• Các khối chức năng: Bộ xử lý trung tâm, Bộ nhớ, Hệ thống

Bộ xử lý trung tâm (CPU):

vào-ra, Liên kết hệ thống

• Chức năng

- Điều khiển hoạt động của máy tính

- Xử lý dữ liệu

• Nguyên tắc hoạt động cơ bản:

- CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ

chính

• Các thành phần chính

- Đơn vị điều khiển (Control Unit)

- Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit)

- Tập các thanh ghi (Registers)

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

9

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

10

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG CỦA MÁY TÍNH

Hệ thống vào-ra:

Bộ nhớ:

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

giới bên ngoài

• Các thao tác cơ bản:

- Vào dữ liệu (Input)

- Ra dữ liệu (Output)

• Các thành phần chính:

• Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu

• Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:

- Đọc (Read)

- Ghi (Write)

• Các thành phần chính:

- Bộ nhớ trong (Internal Memory)

- Bộ nhớ ngoài (External Memory)

- Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices)

- Các môđun vào-ra (I/O Modules)

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

11

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

12

3

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

Hình ảnh bên trong của một chiếc máy vi tính

Hình ảnh một chiếc máy vi tính

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

13

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

14

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.3.1. NGUYÊN LÝ VON NEUMANN

2.2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY TÍNH

• Từ khi ra đời đến nay, các máy tính đều hoạt động

theo những nguyên lý được đề xuất từ năm 1946 bởi

nhà khoa học lỗi lạc người Mỹ gốc Hungary John Von

Neumann (1903-1957)

• Nguyên lý điều khiển bằng chương trình: máy tính

hoạt động theo chương trình được lưu trữ sẵn trong bộ

nhớ

 Đảm bảo cho máy tính có khả năng tự điều khiển,

không cần có sự can thiệp của người sử dụng trong quá

trình xử lý thông tin

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

15

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

16

4

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

LỆNH

2.2.3.1. NGUYÊN LÝ VON NEUMANN

• Nguyên lý truy cập theo địa chỉ: các chương trình, dữ

liệu trước, trong và sau khi xử lý đều được đưa vào bộ

nhớ trong những vùng nhớ được đánh địa chỉ, việc truy

cập dữ liệu là gián tiếp thông qua địa chỉ của nó trong

bộ nhớ

• Để xử lý thông tin tự động, mỗi máy tính cần được cài

đặt sẵn một tập lệnh, thường đặt trong ROM

• Mỗi lệnh máy là một chuỗi số nhị phân, yêu cầu CPU

thực hiện một thao tác đối với các toán hạng. Các lệnh

này phải chỉ ra đầy đủ các thông tin:

 Đảm bảo tính mềm dẻo trong xử lý thông tin: người

lập trình chỉ cần viết các yêu cầu một cách tổng quát

theo vị trí các đối tượng mà không cần biết giá trị cụ thể

của chúng

- Thao tác cần thực hiện: chuyển dữ liệu, xử lý số học

với số nguyên/số dấu phẩy động, xử lý logic, điều khiển

vào-ra, chuyển điều khiển (rẽ nhánh), điều khiển hệ

thống, xử lý các dữ liệu chuyên dụng

- Nơi đặt dữ liệu của lệnh và nơi đặt kết quả xử lý: tại

bộ nhớ trong hoặc tại các thanh ghi trong CPU

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

17

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

18

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

LỆNH

2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

LỆNH

• Cấu trúc chung của lệnh máy:

• Một chương trình máy tính là một dãy các lệnh. Quá

trình thực hiện một chương trình là quá trình thực

hiện liên tiếp các lệnh

Mã thao tác

Địa chỉ các toán hạng

• Thanh ghi PC (Program Counter - Bộ đếm chương

trình) của bộ vi xử lý dùng để ghi địa chỉ của lệnh sẽ

được thực hiện tiếp theo (giá trị khởi tạo của PC là

địa chỉ lệnh đầu tiên trong chương trình)

Ví dụ: Một lệnh cộng trong tập lệnh MIPS32

• Các lệnh cũng có địa chỉ, là địa chỉ byte đầu tiên của lệnh

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

19

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

20

5

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

LỆNH

2.2.3.2. CẤU TRÚC LỆNH VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

LỆNH

• Quá trình thực hiện lệnh:

• Quá trình thực hiện lệnh (tiếp):

- Nhận lệnh (Fetch Instruction): Bộ điều khiển trong CPU

gửi nội dung PC vào Bộ giải mã địa chỉ để đọc byte đầu

tiên của lệnh lên thanh ghi lệnh. Nếu không có lệnh

nhảy, PC sẽ tăng 1 đơn vị để bộ điều khiển chuẩn bị đọc

byte tiếp theo, nếu có lệnh nhảy PC sẽ được nạp vào địa

chỉ lệnh kế tiếp sẽ nhảy đến

- Nhận dữ liệu (Fetch Data): Nhận dữ liệu từ bộ nhớ

hoặc các cổng vào-ra

- Xử lý dữ liệu (Process Data): Thực hiện phép toán số

học hay phép toán logic với các dữ liệu

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

cổng vào-ra

- Giải mã lệnh (Decode Instruction): Bộ điều khiển căn cứ

vào mã lệnh để biết lệnh dài bao nhiêu byte nhằm đọc

nốt các thông tin địa chỉ của lệnh và hoàn thành việc đọc

lệnh, PC tiếp tục tăng theo số lượng byte đã đọc vào

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

21

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

22

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

2.3. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH

• Bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit)

2.3.1. Bộ xử lý trung tâm

2.3.2. Bộ nhớ

hay Bộ vi xử lý (microprocessor, processor)

- Là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được

thiết lập trước, dạng mạch tích hợp phức tạp gồm

hàng triệu transistor trên một bảng mạch nhỏ

2.3.3. Thiết bị vào-ra

2.3.4. Liên kết hệ thống

- Là thành phần quan trọng nhất, được xem như bộ

não, và thường là đắt nhất của một máy tính

- Hai nhà sản xuất CPU lớn nhất hiện nay: Intel và

AMD (Advanced Micro Devices)

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

23

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

24

6

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

• Những chức năng của bộ xử lý trung tâm:

- Nhận lệnh, giải mã lệnh, và điều khiển các khối khác

thực hiện lệnh

- Thực hiện các phép tính số học, logic và các phép

tính khác

- Sinh ra các tín hiệu địa chỉ để truy nhập bộ nhớ

Một số bộ xử lý trung tâm

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

25

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

26

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

• Các thành phần của bộ xử lý trung tâm:

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

- Khối điều khiển (CU - Control Unit): có chức năng

điều khiển sự hoạt động của máy tính theo chương

trình định sẵn

- Khối số học và logic (ALU - Arithmetic and Logic

Unit): gồm các mạch chức năng để thực hiện các

phép toán cơ sở như phép toán số học, phép toán

logic, phép tạo mã, …

- Các thanh ghi (Registers): được dùng như những bộ

nhớ nhanh, có thể tương tác trực tiếp với các mạch xử

lý của CPU; gồm các thanh ghi ghi địa chỉ lệnh sắp

thực hiện, thanh ghi ghi lệnh đang thực hiện, thanh

ghi ghi dữ liệu, thanh ghi ghi kết quả xử lý, …

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

27

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

28

7

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

• Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý

Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ vi xử lý:

• Tốc độ đồng hồ

trung tâm (tiếp):

- Đồng hồ trong bộ vi xử lý (clock): là thiết bị thiết lập

bước thực hiện lệnh; mạch xung nhịp đồng hồ dùng

để đồng bộ các thao tác xử lý trong và ngoài CPU

theo các khoảng thời gian không đổi. Khoảng thời

gian chờ giữa hai xung gọi là chu kỳ xung nhịp. Xung

nhịp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn thời gian

gọi là tốc độ xung nhịp – tốc độ đồng hồ tính bằng

triệu/tỷ đơn vị mỗi giây (MHz/GHz)

• Tốc độ bus

• Kích thước từ nhớ

• Dung lượng cache

• Tập lệnh

• Số lượng lõi

• Các kỹ thuật xử lý

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

29

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

30

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

• Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý

trung tâm (tiếp):

- Bộ vi xử lý nhiều lõi (multi-core processor): gồm nhiều

hơn một đơn vị xử lý, có hiệu năng xử lý nhanh hơn. Ví

dụ: bộ vi xử lý i5-520M 2.4 GHz có 2 lõi, hiệu năng

tương đương 4.8 GHz; bộ vi xử lý i7-720QM 1.6 GHz có

4 lõi, hiệu năng tương đương 6.4 GHz

- Dung lượng Cache: CPU cache là bộ nhớ đệm tốc độ

rất cao, cho phép bộ vi xử lý truy cập dữ liệu nhanh

hơn từ bộ nhớ RAM; dung lượng cache lớn làm tăng

hiệu năng của máy tính; cache L1 (mức 1) có tốc độ

nhanh nhất; cache L2, L3 có tốc độ chậm hơn nhưng

vẫn nhanh hơn tốc độ truy nhập bộ nhớ chính (RAM)

hay các đĩa; dung lượng cache thường được đo bằng

megabytes (MB)

- Tốc độ Bus: Bus là đường truyền dữ liệu đến và ra khỏi

bộ vi xử lý; bus tốc độ cao giúp chuyển dữ liệu nhanh,

cho phép CPU hoạt động với công suất lớn nhất; tốc độ

bus được đo bằng megahertz (một triệu chu kỳ/giây); các

máy tính ngày nay có tốc độ bus từ 1000-1600 MHz

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

31

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

32

8

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

• Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý

trung tâm (tiếp):

• Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý

trung tâm (tiếp):

- Tập lệnh: Bộ VXL có tập lệnh phức tạp sử dụng công

nghệ CISC (complex instruction set computer); bộ

VXL có tập lệnh rút gọn gồm các lệnh đơn giản sử

dụng công nghệ RISC (reduced instruction set

computer); bộ VXL RISC thực hiện hầu hết các lệnh

nhanh hơn so với bộ VXL CISC nhưng nó có thể cần

nhiều lệnh đơn giản để hoàn thành một tác vụ so với bộ

VXL CISC; đa số bộ VXL trong các máy tính cá nhân

hiện nay sử dụng công nghệ CISC, các bộ VXL trong

các thiết bị cầm tay như iPod, Droid, BlackBerry

thường là ARM (advanced RISC machine)

- Kích thước từ nhớ: là số bit mà bộ vi xử lý có thể xử

lý được mỗi lần, ví dụ, bộ vi xử lý 64-bit có các thanh

ghi 64-bit và xử lý mỗi lần 64 bit; kích thước từ nhớ

lớn giúp cho bộ vi xử lý có khả năng xử lý nhiều dữ

liệu hơn trong mỗi chu kỳ  làm tăng hiệu năng của

máy tính; các máy tính cá nhân hiện nay thường có

bộ vi xử lý 32-bit hoặc 64-bit

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

33

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

34

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.1. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

2.3.2. BỘ NHỚ

• Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của bộ xử lý

trung tâm (tiếp):

Dung lượng tăng dần, tốc độ giảm dần, giá thành/1 bit giảm dần

- Các kỹ thuật xử lý lệnh của CPU:

+ Serial processing (xử lý tuần tự): bộ VXL phải hoàn

thành tất cả các bước của chu kỳ lệnh trước khi bắt

đầu thực hiện lệnh kế tiếp

+ Pipelining (kỹ thuật đường ống lệnh): bộ VXL có thể

bắt đầu thực hiện một lệnh trước khi nó hoàn thành

lệnh trước đó

+ Parallel processing (xử lý song song): bộ VXL có thể

thực hiện nhiều lệnh cùng một lúc

Sơ đồ hệ thống nhớ

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

35

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

36

9

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG

• Cấu tạo của bộ nhớ trong:

• Khái niệm:

- Bộ nhớ trong được cấu tạo từ các phần tử vật lý có 2

trạng thái đối lập: một trạng thái dùng để thể hiện bit

0, trạng thái kia thể hiện bit 1

- Là bộ nhớ có thời gian truy cập nhỏ, được dùng để

nạp hệ điều hành, ghi chương trình và dữ liệu trong

thời gian xử lý

- Gồm các mức bộ nhớ mà CPU có thể truy cập trực

tiếp

- Bộ nhớ trong gồm các loại: Cache, RAM và ROM

- Bộ nhớ Cache và RAM là các bộ nhớ có thể đọc và

ghi dữ liệu, bị mất thông tin khi mất nguồn nuôi

- ROM là bộ nhớ chỉ cho phép đọc, dữ liệu không bị

xóa khi mất nguồn

- Có nhiều kỹ thuật chế tạo các phần tử có 2 trạng thái

như dùng từ tính, dùng mạch bán dẫn; hiện nay, người

ta dùng các bộ nhớ bán dẫn là các mạch bán dẫn điều

khiển được có 2 trạng thái đóng/mở để thể hiện các

bit; các bộ nhớ bán dẫn mới có thể được chế tạo là các

vi mạch tích hợp (vài cm²) có dung lượng vài gigabyte

(GB)

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

37

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

38

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG

• Tổ chức của bộ nhớ trong: (tiếp)

- Mỗi byte nhớ có 2 đặc trưng:

+ Địa chỉ: là thứ tự của vị trí byte nhớ trong

Bộ nhớ trong; địa chỉ của mỗi byte nhớ là

cố định

+ Nội dung: là giá trị số dạng mã nhị phân,

được lưu trữ bằng các trạng thái vật lý

trong byte nhớ; nội dung byte nhớ có thể

thay đổi

- Việc truy cập tới dữ liệu trong từng byte

nhớ không phụ thuộc vào các byte nhớ

khác (do mỗi byte nhớ có một địa chỉ

riêng)

• Tổ chức của bộ nhớ trong:

- Tổ chức như một dãy liên tiếp các byte nhớ được

đánh số thứ tự 0, 1, 2, … là địa chỉ của byte nhớ. Mỗi

byte gồm 8 bit, mỗi bit được thiết lập bằng 0 hoặc 1

- Byte là đơn vị thông tin thuận lợi cho xử lý dữ liệu vì

nó có thể chứa vừa đủ một ký tự mã hóa theo bảng

mã ASCII hay một số nguyên nhỏ hơn 256 (= 2⁸-1).

Để thể hiện các dữ liệu dài hơn như một ký tự mã hóa

theo bảng mã Unicode cần 2 byte, một số nguyên lớn

hơn cần 2 hoặc 4 byte, một số thực cần 4, 6, 8 hoặc

10 byte liền nhau

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

39

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

40

10

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG

• Đọc/ghi với bộ nhớ trong:

• Bộ nhớ cache:

- Quá trình đọc thông tin từ bộ nhớ trong:

+ CPU gửi địa chỉ của vùng nhớ thông qua bus địa

chỉ tới một mạch gọi là bộ giải mã địa chỉ

+ CPU gửi một tín hiệu điều khiển qua bus điều khiển

tới kích hoạt bộ giải mã địa chỉ

+ Bộ giải mã địa chỉ mở mạch điện thực hiện chức

năng sao chép dữ liệu trong vùng nhớ đưa ra bus dữ

liệu, CPU ghi nhận dữ liệu vào các thanh ghi

- Quá trình ghi xảy ra theo chiều ngược lại, dữ liệu đi

từ CPU đến bộ nhớ

- Là bộ nhớ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính (RAM)

- Có tốc độ rất cao, cho phép CPU truy cập dữ liệu

nhanh hơn từ bộ nhớ chính

- Cache thường được đặt trên chip của CPU

- Khi CPU cần đọc dữ liệu, nó tìm dữ liệu trong cache

trước, nếu không thấy thì mới tìm trong bộ nhớ chính

rồi đưa dữ liệu đó vào cache để tăng tốc độ xử lý dữ

liệu trong các lệnh kế tiếp

- Cache được làm từ RAM tĩnh (SRAM, Static RAM):

các bit được lưu trữ bằng các Flip-Flop, có cấu trúc

phức tạp và giá thành cao

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

41

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

42

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG

• RAM (Random Access Memory):

- Là cách gọi tắt của loại RAM động phổ biến hiện nay

(DRAM, Dynamic RAM): có cấu trúc đơn giản, tốc

độ chậm hơn và giá thành thấp hơn SRAM

- Các bit được lưu trữ trên tụ điện; khi tụ điện được tích

điện, nó biểu diễn bit 1; ngược lại, khi tụ điện xả hết

sẽ biểu diễn bit 0

- Được dùng để nạp vào hệ điều hành khi khởi động

máy tính, để chứa các lệnh của chương trình ứng

dụng, để lưu trữ dữ liệu tạm thời chờ được CPU đọc

hoặc ghi  RAM là “phòng đợi” cho CPU

Cache đệm giữa CPU và Bộ nhớ chính

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

43

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

44

11

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG

RAM (Random Access Memory) (tiếp):

• RAM (Random Access Memory) (tiếp):

- Các máy tính cá nhân ngày nay thường có 2-8 GB

RAM; lượng RAM mà máy tính cần phụ thuộc vào

phần mềm sử dụng, dung lượng RAM yêu cầu thường

được ghi trên nhãn của các gói phần mềm. Ví dụ: cài

hệ điều hành Windows 7 nên có ít nhất 1GB RAM, các

ứng dụng/trò chơi đồ họa, video cần tối thiểu 2GB

RAM, …

DDR3-SDRAM

- Đa số các máy tính cá nhân ngày nay sử dụng SDRAM

- SDRAM được phân lớp tiếp thành DDR, DDR2,

DDR3

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

45

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

46

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.1. BỘ NHỚ TRONG

• ROM (Read Only Memory) (tiếp):

• ROM (Read Only Memory):

- ROM là loại bộ nhớ có nội dung cố định, chỉ cho

phép người dùng/máy tính đọc dữ liệu nhưng không

cho phép ghi vào

- Dữ liệu thường được ghi vào ROM trong lúc chế tạo,

là tập các lệnh cốt lõi để khởi động máy tính như cách

truy cập đĩa cứng, tìm hệ điều hành, và nạp vào

RAM; tập lệnh này được gọi là BIOS (Basic

Input/Output System)

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

47

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

48

12

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.2. BỘ NHỚ NGOÀI

• Đặc điểm cơ bản của bộ nhớ ngoài:

• Khái niệm:

- Thông tin không được định vị bằng địa chỉ giống như

bộ nhớ trong mà được tổ chức theo từng khối logic gọi

là tệp (file)

- Bộ nhớ ngoài (storage devices): gồm các loại bộ nhớ

mà CPU không thể truy cập trực tiếp, thông tin lưu trữ

không bị xóa khi mất nguồn, có dung lượng lớn hơn bộ

nhớ trong nhưng tốc độ truy cập thấp hơn

- CPU không thể làm việc trực tiếp với dữ liệu ở bộ nhớ

ngoài

- Bộ nhớ ngoài gồm các loại đĩa từ tính (đĩa cứng từ, đĩa

mềm), đĩa quang (CD/DVD/Bluray), bộ nhớ flash (các

loại thẻ nhớ, thanh nhớ usb, ổ cứng thể rắn), …

- Trước khi sử dụng, dữ liệu ở các file được chuyển dần

vào bộ nhớ trong để CPU có thể xử lý

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

49

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

50

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.2.2. BỘ NHỚ NGOÀI

• Một số hình ảnh bộ nhớ ngoài:

• Đặc điểm cơ bản của bộ nhớ ngoài (tiếp):

- Dữ liệu không được ghi theo dạng số 0/1 theo nghĩa

đen. Thay vào đó, các bit 0 và 1 phải được chuyển

thành dạng nào đó thể hiện được trên bề mặt của các

phương tiện lưu trữ

- Có 3 công nghệ được dùng để chế tạo bộ nhớ ngoài là:

từ tính, quang, thể rắn

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

51

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

52

13

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA

• Thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices) hay thiết bị

vào/ra (I/O - Input/Output devices), có chức năng:

trao đổi dữ liệu/thông tin giữa máy tính và môi

trường bên ngoài

• Các thiết bị vào/ra cơ sở:

- Thiết bị vào:

- Bàn phím (keyboard)

- Chuột (mouse)

- Thiết bị ra:

- Vào: chuyển dữ liệu từ bên ngoài vào bộ nhớ trong

- Ra: chuyển thông tin từ bộ nhớ trong ra môi trường

bên ngoài

- Màn hình (display hoặc monitor)

• Một số thiết bị vừa là thiết bị vào vừa là thiết bị ra:

• Hệ thống vào/ra bao gồm

- Thiết bị ngoại vi

màn hình cảm ứng, modem, ổ đọc và ghi đĩa, …

- Ghép nối vào/ra (các cổng vào/ra, …)

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

53

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

54

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA

• Bàn phím (keyboard)

• Bàn phím (keyboard) (tiếp):

- Dùng để đưa vào máy tính các

lệnh điều khiển, dữ liệu

- Thiết kế giao diện tương tự như

các máy đánh chữ, có ưu điểm

là tránh sự mắc kẹt cơ khí của

các phím (giao diện QWERTY)

- Khi ta ấn một phím, tín hiệu

được truyền cho máy tính thông

qua bộ lập mã, tương ứng với ký

tự của phím

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

55

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

56

14

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA

• Chuột (mouse):

• Bàn phím (keyboard) (tiếp):

- Là thiết bị chỉ định điểm làm việc trên màn hình phổ

biến nhất

- Hoạt động theo nguyên lý phát hiện chuyển động

theo hai hướng so với bề mặt bên dưới

- Bàn phím có khoảng 104 phím, được chia thành 4

nhóm:

+ Nhóm phím chữ: gồm các phím chữ cái, chữ số, các

dấu

- Chuyển động của chuột trên bề mặt được phiên dịch

thành chuyển động của một con trỏ trên màn hình

giao diện đồ họa

+ Nhóm phím chức năng: để thực hiện nhanh một số

yêu cầu nào đó như: F1, F2, …, F12

+ Nhóm phím điều khiển: xác định một số chức năng

đặc biệt như Esc (Escape), Caps Lock, Shift, Ctrl

(Control), Alt (Alternate), Insert, …

- Dạng phổ biến nhất của chuột là gồm 2 nút bấm và 1

nút cuộn; nút trái dùng cho thao tác lựa chọn, đặt vị

trí của con trỏ màn hình; nút phải để hiện menu ngữ

cảnh gồm các lệnh có thể thực hiện với đối tượng tại

vị trí con trỏ

+ Nhóm phím điều khiển con trỏ màn hình: gồm các

phím mũi tên lên, xuống, trái, phải, Home, End, Page

Up, Page Down, …

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

57

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

58

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA

• Chuột (mouse) (tiếp):

- Chuột quang:

• Chuột (mouse) (tiếp):

- Chuột bi:

- Chụp ảnh liên tiếp bề mặt bên

dưới chuột, so sánh để phát

hiện ra sự chuyển dịch

- Thường dùng đi-ốt phát quang

hoặc phát laze hồng ngoại để

chiếu sáng bề mặt bên dưới

- Ưu điểm: độ phân giải cao hơn

nên cho kết quả chính xác hơn,

hoạt động tốt trên nhiều loại bề

mặt khác nhau

- Sử dụng cơ chế cơ học:

một viên bi hình cầu được

đặt ở dưới chuột, khi

chuột di chuyển sẽ truyền

chuyển động vào 2 trụ đặt

vuông góc được gắn với

thiết bị đếm xung để tính

vị trí dịch chuyển của con

trỏ màn hình

- Nhược điểm: dễ bị kẹt do

bẩn

• Chuột cảm ứng

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

59

Chương 2: Cấu trúc máy tính

60

15

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA

• Màn hình (display hoặc monitor)

• Màn hình (display hoặc monitor):

- Là thiết bị hiển thị chữ hay ảnh bằng cách tạo ra lưới

các điểm ảnh (pixel) rất nhỏ có màu sắc khác nhau

- Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh:

+ Kích thước màn hình

(tiếp):

- 2 loại màn hình phổ biến:

+ CRT: sử dụng đèn tia âm cực (đèn

CRT) – loại đèn dùng cho tivi,

loại màn hình này nặng, có độ

dầy lớn, chiếm nhiều diện tích

+ Khoảng cách giữa các điểm ảnh (dot pitch)

+ Độ rộng góc nhìn

+ Tốc độ đáp ứng

+ Độ sâu màu sắc

+ Độ phân giải

+ LCD: loại màn hình mỏng, nhẹ,

dùng công nghệ tinh thể lỏng

(LCD – liquid crystal display)

hoặc plasma

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

61

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

62

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA

• Máy in (printer) (tiếp):

• Máy in (printer):

- Máy in laze (laser printer): là loại máy in dùng kỹ

thuật laze; cho chất lượng ảnh rất cao, tốn ít mực hơn

nên được dùng rất rộng rãi

- Máy in là thiết bị cho phép in chữ hay ảnh ra giấy. Có

ba loại:

+ Máy in kim (dot matrix printer): là loại ra đời đầu

tiên, hiện vẫn khá phổ biến ở các quầy thanh toán

và trong các ngân hàng

+ Máy in phun (ink jet printer): tạo các điểm trên

giấy bằng cách phun tia mực siêu nhỏ; cho chất

lượng bản in tốt, nhưng tốn nhiều mực, giá hộp

mực khá cao

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

63

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

64

16

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.3. THIẾT BỊ VÀO/RA

• Một số thiết bị vào/ra khác:

- Máy quét ảnh (scaner): nhập dữ liệu bằng cách quét

hình ảnh

- Thiết bị quay số (điện thoại):

+ Modem (Modulation-Demodulation)

- Các thiết bị mạng:

Scaner

Barcode Reader

+ Network Inteface Card (NIC)

+ Wireless Adapter

- Bút điện tử (light pen)

Modem

- Máy ảnh số, quay phim số (digital camera)

- Optical Charater Reader (OCR): nhận dạng chữ

- Barcode Reader: đọc mã vạch

Camera

Light pen

NIC

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

65

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

66

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.4. LIÊN KẾT HỆ THỐNG

Các thành phần kết nối hệ thống trên bo mạch chủ

• Các thiết bị máy tính được liên kết với nhau thông

qua các đường bus, các khe cắm mở rộng, hoặc các

loại cổng kết nối; các thành phần này thường được

thiết kế trên một bo mạch chủ

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

67

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

68

17

03/02/2018

Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bài giảng Tin học đại cương

2.3.4. LIÊN KẾT HỆ THỐNG

• Các khe cắm mở rộng (expansion slot) được dùng để

cắm các loại card điều khiển thiết bị vào-ra như card

đồ họa, card âm thanh, modem

• Các cổng (port) dùng để kết nối máy tính với các thiết

bị vào-ra, gồm nhiều loại:

• Bus:

- Là các tuyến đường để thông tin (dữ liệu, lệnh, địa chỉ)

“chạy” trên đó

- Gồm những đường mạch trên bo mạch chủ (ví dụ: nối

giữa CPU và RAM) hoặc các loại cáp mở rộng (ví dụ:

cáp nối ổ đĩa cứng với bo mạch chủ)

- PS/2 kết nối chuột và bàn phím

- VGA kết nối màn hình

- LPT kết nối máy in

- RJ45 kết nối modem

- USB kết nối nhiều thiết bị giao tiếp qua chuẩn USB

- Các cổng âm thanh

- Cổng đọc thẻ nhớ

- …

08/02/2017

Chương 2: Cấu trúc máy tính

69

Chương 2: Cấu trúc máy tính

70

18