Giáo trình Cấu trúc máy tính - Nghề: Quản trị mạng
UBND THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG
GIÁO TRÌNH
Môn học/ mô dun: Cấu trúc máy tính
NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG
( Ban hành kèm theo Quyết định số:
/2011/QĐ-……của …………
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................... 2
LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................... 9
2.Thông tin và sự mã hóa thông tin ................................................................... 13
2.2. Sự mã hóa thông tin................................................................................. 15
3. Đặc điểm của các thế hệ máy tính điện tử ..................................................... 21
3.1. Thế hệ thứ nhất: (1945-1955).................................................................. 21
3.2. Thế hệ thứ hai: (1955-1965).................................................................... 21
3.3. Thế hệ thứ ba: (1965-1980)..................................................................... 21
3.4. Thế hệ thứ tư: (1980- nay )...................................................................... 22
4. Kiến trúc và tổ chức máy tính........................................................................ 22
4.1. Khái niệm kiến trúc máy tính.................................................................. 22
4.2. Khái niệm tổ chức máy tính .................................................................... 23
5. Các mô hình kiến trúc máy tính..................................................................... 23
5.2. Mô hình kiến trúc Havard........................................................................ 24
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.................................................................................... 25
1. Các thành phần cơ bản của máy tính ............................................................. 26
1.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) ........................................................................ 27
1.2 Bộ nhớ máy tính ....................................................................................... 28
1.3 Hệ thống vào - ra ...................................................................................... 29
1.4 Liên kết hệ thống...................................................................................... 30
2. Kiến trúc các tập lệnh CISC và RISC............................................................ 31
2.1. Kiến trúc tập lệnh CISC .......................................................................... 31
2.2. Kiến trúc tập lệnh RISC .......................................................................... 32
3. Mã lệnh........................................................................................................... 33
3.1 Khái niệm lệnh máy, mã lệnh................................................................... 33
3.2 Tập lệnh .................................................................................................... 34
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.......................................................................................... 40
1.Sơ đồ khối của bộ xử lý .................................................................................. 41
2. Đường dẫn dữ liệu.......................................................................................... 42
3. Bộ điều khiển ................................................................................................ 44
3.1. Chức năng bộ điều khiển......................................................................... 44
4. Tiến trình thực hiện lệnh máy........................................................................ 46
4.1. Đọc lệnh................................................................................................... 46
3
4.2. Giải mã lệnh............................................................................................. 47
4.3. Thi hành lệnh........................................................................................... 47
4.4. Thâm nhập bộ nhớ trong ........................................................................ 47
4.5 Lưu trữ kết quả ......................................................................................... 48
5. Kỹ thuật ống dẫn lệnh.................................................................................... 48
6. Kỹ thuật siêu ống dẫn lệnh............................................................................. 49
7. Các chướng ngại của ống dẫn lệnh................................................................ 50
7.1. Chướng ngại do cấu trúc.......................................................................... 50
7.2. Chướng ngại do dữ liệu........................................................................... 51
7.3. Chướng ngại do điều khiển ..................................................................... 52
8. Các loại ngắt................................................................................................... 53
8.1. Ngắt.......................................................................................................... 53
8.2. Các loại ngắt............................................................................................ 54
8.3. Hoạt động của ngắt.................................................................................. 54
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.................................................................................... 55
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG NHỚ........................................................................... 56
1.Phân loại bộ nhớ.............................................................................................. 56
1.2.Phân loại theo đọc ghi của bộ nhớ............................................................ 56
2. Các loại bộ nhớ bán dẫn................................................................................. 56
2.3. Thiết kế môdun nhớ bán dẫn................................................................... 60
3. Hệ thống nhớ phân cấp .................................................................................. 61
4. Kết nối bộ nhớ với bộ xử lý........................................................................... 63
5.Các tổ chức cache ........................................................................................... 65
5.1. Cache (bộ nhớ đệm nhanh)...................................................................... 65
5.2. Tổ chức cache.......................................................................................... 65
5.3. Các phương pháp ánh xạ địa chỉ ............................................................. 66
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.................................................................................... 69
1.Các thiết bị nhớ trên vật liệu từ....................................................................... 70
1.1Đĩa từ (đĩa cứng, đĩa mềm)........................................................................ 70
1.2 Băng từ...................................................................................................... 72
2.Thiết bị nhớ quang học ................................................................................... 73
3.Các loại thẻ nhớ .............................................................................................. 74
4. An toàn dữ liệu trong lưu trữ ......................................................................... 75
4.2. Các loại RAID ......................................................................................... 75
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.................................................................................... 79
4
CHƯƠNG 6: CÁC LOẠI BUS............................................................................. 80
1. Định nghĩa bus, bus hệ thống......................................................................... 80
1.1. Định nghĩa bus......................................................................................... 80
1.2. Bus hệ thống(System bus)....................................................................... 80
2. Bus đồng bộ và không đồng bộ...................................................................... 80
2.1.Bus đồng bộ.............................................................................................. 80
2.2. Bus không đồng bộ.................................................................................. 81
3. Hệ thống bus phân cấp................................................................................... 81
3.1. Bus nối bộ xử lý với bộ nhớ.................................................................... 81
3.2. Bus vào – ra............................................................................................. 81
1. Tổng quan ...................................................................................................... 85
2.Cấu trúc chương trình ..................................................................................... 86
2.1. Cấu trúc chương trình hợp ngữ ............................................................... 86
2.2. Cú pháp lệnh hợp ngữ.............................................................................. 87
2.3. Các kiểu dữ liệu trong hợp ngữ............................................................... 88
3. Các lệnh điều khiển........................................................................................ 90
3.1. Các lệnh cơ bản ....................................................................................... 90
4. Ngăn xếp và các thủ tục................................................................................. 99
4.1. Ngăn xếp................................................................................................ 100
4.2. Các thủ tục............................................................................................. 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 103
5
MÔN HỌC ĐÀO TẠO CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Mã môn học/mô đun:MH 09
* VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT, Ý NGHĨA VÀ VAI TRÒ CỦA MÔ ĐUN
- Vị trí: Môn học Cấu trúc máy tính được bố trí học sau các môn học chung, các
môn tin học đại cương, tin học văn phòng, kỹ thuật điện-điện tử và học cùng
với mô đun lắp ráp cài đặt máy tính.
- Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc.
- Ý nghĩa : đây là môn cơ sở, cung cấp cho sinh viên các kiến thức về máy tính
của nghề Quản trị mạng
* MỤC TIÊU MÔ ĐUN:
- Trình bày được lịch sử của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại
máy tính.
- Mô tả các thành phần cơ bản của kiến trúc máy tính, các tập lệnh. Các kiểu
kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, các kiểu định vị.
- Trình bày được cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên
lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý.
- Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máy và một số kỹ thuật xử lý thông tin:
ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng.
- Trình bày được chức năng và nguyên lý hoạt động của các loại bộ nhớ.
- Trình bày phương pháp lưu trữ dữ liệu đối với bộ nhớ ngoài.
- Cài đặt được chương trình và các lệnh điều khiển cơ bản trong Assembly để
thực hiện bài toán theo yêu cầu.
- Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an toàn cho người và phương tiện học tập.
+ Nội dung chính của môn học /mô đun (danh sách các chương mục/bài
học...):
Thời gian
Số
TT
Thực Kiểm tra *
hành, (LT
Bài tập hoặcTH)
Tên chương, mục
Tổng
số thuyết
Lý
I
Tổng quan về kiến trúc máy 10
tính
5
5
Các mốc lịch sử phát triển
công nghệ máy tính
Thông tin và sự mã hóa thông
tin
Đặc điểm của các thế hệ máy
tính điện tử
Kiến trúc và tổ chức máy tính
Các mô hình kiến trúc máy
tính
6
II
Kiến trúc tập lệnh của máy
tính
13
8
4
1
Các thành phần cơ bản của
một máy tính
Kiến trúc các tập lệnh
CISC(complex instruction set
computer) và RISC (Reduced
instruction set computer )
Mã lệnh
III Bộ xử lý
Sơ đồ khối của bộ xử lý
9
4
4
1
Đường dẫn dữ liệu
Bộ điều khiển
Tiến trình thực hiện lệnh máy
Kỹ thuật ống dẫn lệnh
Kỹ thuật siêu ống dẫn lệnh
Các chướng ngại của ống dẫn
lệnh
Các loại ngắt
IV
Bộ nhớ
13
8
4
1
Phân loại bộ nhớ
Các loại bộ nhớ bắn dẫn
Hệ thống nhớ phân cấp
Kết nối bộ nhớ với bộ xử lý
Các tổ chức cache
V
Thiết bị nhớ ngoài
Các thiết bị nhớ trên vật liệu từ
Thiết bị nhớ quang học
Các loại thẻ nhớ
15
10
5
5
10
5
An toàn dữ liệu trong lưu trữ
VI
Các loại bus
Định nghĩa bus, bus hệ thống
Bus đồng bộ và không đồng bộ
Hệ thống bus phân cấp
Các loại bus sử dụng trong các
hệ thống vi xử lý
7
VII Ngôn ngữ Assembly
Tổng quan
20
90
10
45
9
1
4
Cấu trúc chương trình
Các lệnh điều khiển
Ngăn xếp và các thủ tục
Cộng
41
YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN
- Về kiến thức: Được đánh giá kiến thức qua bài kiểm tra viết, trắc nghiệm đạt
được các yêu cầu sau:
+ Biết cách phân loại máy tính.
+ Hiểu các thành phần cơ bản của kiến trúc máy tính, các tập lệnh. Các kiểu
kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, các kiểu định vị.
+ Hiểu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lý hoạt
động của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh
mã máy và một số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô
hướng.
+ Hiểu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ.
+ Hiểu phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngoài.
+ Hiểu các tập lệnh cơ bản trong Assembly.
- Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành của học sinh:
+ Hiệu chỉnh được các thông số để máy tính đạt hiệu xuất cao nhất.
+ Thực hiện được các phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ.
+ Viết được các chương trình cơ bản bằng ngôn ngữ Assembly và thực thi
chúng.
- Về thái độ: Cẩn thận, thao tác nhanh chuẩn xác, tự giác trong học tập.
8
LỜI NÓI ĐẦU
Chìa khóa để hướng tới một xã hội thông tin là phát triển công nghệ thông
tin (CNTT), tuy nhiên để phát triển CNTT lâu dài và bền vững, không phải chỉ
đào tạo những kiến thức mới nhất, mà trong nội dung đào tạo cũng phải trang bị
học sinh sinh viên những kiến thức nền tảng, trên cơ sở đó tạo cho học sinh sinh
viên phát huy tính sáng tạo, chủ động trong việc tiếp thu nghiên cứu, ứng dụng
CNTT. Do đó, trong các trường đào tạo, học sinh sinh viên phải được trang bị
các kiến thức nền tảng về CNTT và trong đó thể thiếu là môn học Cấu trúc máy
tính.
Hiện nay có nhiều giáo trình cấu trúc máy tính, tuy nhiên hầu hết các giáo
trình chỉ đáp ứng các đối tượng là sinh viên đại học. Giáo trình này viết chủ yếu
cho đối tượng là học sinh sinh viên các trường dạy nghề.
Giáo trình cung cấp cho học sinh sinh viên những kiến thức cơ bản về cấu
trúc máy tính, về tổ chức và hoạt động bộ vi xử lý, các thành phần phần trong hệ
thống máy tính và các biện pháp kĩ thuật cơ bản. Cấu trúc máy tính là môn học cơ
sở để học sinh sinh viên có thể thực hành bảo trì hệ thống máy tính.
Giáo trình bao gồm 7 chương:
Chương 1: Tổng quan về cấu trúc máy tính
Chương 2: Kiến trúc phần mềm bộ xử lý
Chương 3: Tổ chức bộ vi xử lý
Chương 4: Hệ thống nhớ
Chương 5: Thiết bị nhập xuất
Chương 6: Các loại bus
Chương 7: Ngôn ngữ assembly
Trong mỗi chương đều có giới thiệu mục tiêu, nội dung và các câu hỏi bài
tập. Giáo trình có thể xem là nguồn tài liệu cung cấp thông tin cho các giáo viên
giảng dạy, đồng thời cũng là tài liệu học tập cho sinh viên.
Nhân đây ban biên soạn cũng xin cảm ơn các lãnh đạo và đồng nghiệp của
chúng tôi tại trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ, cũng
cho chúng tôi ý kiến quý báu trong quá trình biên soạn giáo trình này.
Vì thời gian có hạn và đây cũng là lần đầu tiên giáo trình được soạn thảo
nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc.
Đà nẵng, ngày 20 tháng 7 năm 2012
Tham gia biên soạn
1. Trương Văn Hiền
2. Nguyễn Xuân Diệu
3. Nguyễn Thị Trường Giang
9
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Mã chương:..M1
Mục tiêu:
- Giúp sinh viên hiểu lịch sử phát triển của máy tính
- Biết được các thành tựu của máy tính
- Hiểu được khái niệm về thông tin
-Hiểu các cách biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng
được dùng để biểu diễn các ký tự
1.Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính
Mục tiêu: sinh viên hiểu được lịch sử phát triển của máy tính
30 năm trước, 5150 ra đời đã phá vỡ mọi quan điểm trước đó về máy tính.
Lần đầu tiên, máy tính được nhìn nhận như một thiết bị có kích thước vừa phải,
hợp túi tiền và được công chúng chú ý nhiều hơn.
1982: Franklin Ace 100
Đây là chiếc máy tính gây ra vụ kiện về bản quyền phần mềm đầu tiên
trong lịch sử. Acer bị Apple kiện vì vi phạm nhãn hiệu hàng hóa khi sao chép
phần cứng và phần mềm của máy tính Apple II cho Franklin Ace 100 . Trong vụ
kiện này, phần thắng thuộc về Apple.
1982: Commodore 64
Có thể coi Commodore là máy tính dành cho hộ gia đình nổi tiếng nhất. Từ năm
1982 tới năm 1993, gần 30 triệu máy Commodore 64 đã được bán ra trên toàn thế
giới.
10
XT là bản nâng cấp máy tính cá nhân 5150 đầu tiên của IBM. XT có ổ cứng trong
10 MB. Sản phẩm này của IBM sau đó nhanh chóng trở thành máy tính tiêu
chuẩn.
1983: Apple Lisa
Lisa là máy tính tiêu dùng đầu tiên có giao diện đồ họa. Tuy nhiên, cái giá 10.000
USD trở thành rào cản đưa sản phẩm đến với người tiêu dù.
1984: Macintosh
Macintosh thu được thành công vang dội tới mức 30 năm đó, các sản
phẩmmáy tính hiện nay của Apple vẫn được coi là hậu duệ trực tiếp của
Macintosh. Macintosh cũng có giao diện đồ họa như Lisa nhưng mức giá "mềm"
hơn rất nhiều giúp sản phẩm này dễ tiêu thụ hơn.
11
1990: NeXT
Máy tính NeXT được sản xuất bởi công ty riêng của Steve Jobs thành lập
sau khi ông rời Apple vào năm 1985. Tuy nhiên, chiếc máy tính này trở nên quan
trọng vì 1 lý do khác: đây là mẫu máy tính đầu tiên được Tim Berners-Lee dùng
làm máy chủ World Wide Web.
1996: Deep Blue
Năm 1994, máy tính Deep Thought của IBM bị kiện tướng cờ vua Garry
Kasparov đánh bại một cách dễ dàng. Tháng 2 năm 1996, máy tính Deep Blue
đánh thắng Garry Kasparov trong hiệp đấu đầu tiên. Đây là lần đầu tiên một
đương kim vô địch thế giới thất bại trong một ván cờtrước đối thủ máy tính.Tuy
nhiên, các hiệp sauđó Deepđã bị Garry Kasparov chinh phục. Sau lần thất bại này,
các kỹ sư IBM ra sức nghiên cứu nâng cấp Deep Blue và trở lại "phục thù", đánh
bại kiện tướng cờ vua vào năm 1997, trình diễn khả năng xử lý chưa từng thấy
trong lịch sử trước đó.
12
1998: iMac
iMac đã xóa đi hình ảnh nhàm chán của những chiếc máy tính cá nhân màu
xám cục mịch. Apple đã cách mạng hóa hình ảnh máy tính với những mẫu
iMacnhiều màu sắc sặc sỡ.
Hiện tại là iPad?
Loại "máy tính di động" này vẫn còn gây ra nhiều tranh cãi vớimối nghi
ngờ liệumáy tính bảng nói chung và iPad nói riêng có phải chỉ là "mốt nhất thời".
Dù sao hãy thử xem trong vòng 5 năm, máy tính sẽ thay đổi như thế nào nữa với
iPad.
2.Thông tin và sự mã hóa thông tin
Mục tiêu:nắm được thông tin là gì.Cách thức mã hóa thông tin
13
2.1. Khái niệm thông tin và lượng thông tin
Khái niệm thông tin
Thông tin về 2 trạng thái có ý nghĩa của hiệu điện thế
Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng thái cho sẵn trong
nhiều trạng thái có thể có vào một thời điểm cho trước.
Trong hình này, chúng ta quy ước có hai trạng thái có ý nghĩa: trạng thái thấp khi
hiệu điện thế thấp hơn VL và trạng thái cao khi hiệu điện thế lớn hơn VH. Để có thông
tin, ta phải xác định thời điểm ta nhìn trạng thái của tín hiệu. Thí dụ, tại thời điểm t1 thì
tín hiệu ở trạng thái thấp và tại thời điểm t2 thì tín hiệu ở trạng thái cao.
Lượng thông tin
Thông tin được đo lường bằng đơn vị thông tin mà ta gọi là bit. Lượng thông tin
được định nghĩa bởi công thức:
I = Log2(N)
Trong đó:
I: là lượng thông tin tính bằng bit
N: là số trạng thái có thể có
Vậy một bit ứng với sự hiểu biết của một trạng thái trong hai trạng thái có thể có.
Thí dụ, sự hiểu biết của một trạng thái trong 16 trạng thái có thể ứng với một lượng
thông tin là:
I = Log2(16) = 4 bit
Tám trạng thái được ghi nhận nhờ 4 số nhị phân (mỗi số nhị phân có thể có giá trị
0 hoặc 1).
Như vậy lượng thông tin là số con số nhị phân cần thiết để biểu diễn số trạng
thái có thể có. Do vậy, một con số nhị phân được gọi là một bit. Một từ n bit có thể
tượng trưng một trạng thái trong tổng số 2n trạng thái mà từ đó có thể tượng trưng.
Vậy một từ n bit tương ứng với một lượng thông tin n bit.
Ví dụ : Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân
14
Trạng thái
A0
0
0
0
0
1
1
1
1
A1
0
0
1
1
0
0
1
1
A2
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
2
3
4
5
6
7
2.2. Sự mã hóa thông tin
2.2.1. Mã và mã hóa là gì?
Mã hóa là phương pháp để biến thông tin (phim ảnh, văn bản, hình ảnh...)
từ định dạng bình thường sang dạng thông tin không thể hiểu được nếu không có
phương tiện giải mã.
Ví dụ một quy tắc mã hóa đơn giản:
Tất cả các ký tự đều bị thay thế bằng ký tự thứ 4 phía trước nó trong bảng chữ
cái.
Bảng chữ cái gồm: "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVXYZ "
Vậy với câu: KY THUAT MA HOA CO BAN
Theo quy tắc trên, K => G, Y => T, " " => V ...
Sau khi mã hóa sẽ có được chuỗi: GYVPDQXPVIXVDKXVZKVYXJ
Rõ ràng đọc chuỗi này bạn sẽ không hiểu được nội dung là gì nếu không có khóa
để giải mã. Khóa đó chính là số 4 ký tự mà bạn dịch.
Khi nhận được chuỗi này, bạn chỉ cần dịch ngược trở về bằng cách thay ký tự
bằng ký tự thứ 4 phía sau nó. G => K, T => Y, ...
Với ví dụ trên,
Tắt cả các ký tự đều bị thay thế bằng ký tự thứ 4 phía trước nó trong bảng chữ
cái là mã hóa
thay ký tự bằng ký tự thứ 4 phía sau nó là giải mã.
2.2.2. Biểu diễn số trong máy tính
Khái niệm hệ thống số: Cơ sở của một hệ thống số định nghĩa phạm vi các
giá trị có thể có của một chữ số. Ví dụ: trong hệ thập phân, một chữ số có giá trị
từ 0-9, trong hệ nhị phân, một chữ số (một bit) chỉ có hai giá trị là 0 hoặc 1.
Dạng tổng quát để biểu diễn giá trị của một số:
i=n−1
V = b .ki
k
i
i=−m
Trong đó:
15
Vk: Số cần biểu diễn giá trị
m: số thứ tự của chữ số phần lẻ
(phần lẻ của số có m chữ số được đánh số thứ tự từ -1 đến -m)
n-1: số thứ tự của chữ số phần nguyên
(phần nguyên của số có n chữ số được đánh số thứ tự từ 0 đến n-1)
bi: giá trị của chữ số thứ i
k: hệ số (k=10: hệ thập phân; k=2: hệ nhị phân;...).
Ví dụ: biểu diễn số 541.2510
541.2510 = 5 * 102 + 4 * 101 + 1 * 100 + 2 * 10-1 + 5 * 10-2
= (500)10 + (40)10 + (1)10 + (2/10)10 + (5/100)10
Một máy tính được chủ yếu cấu tạo bằng các mạch điện tử có hai trạng thái.
Vì vậy, rất tiện lợi khi dùng các số nhị phân để biểu diễn số trạng thái của các
mạch điện hoặc để mã hoá các ký tự, các số cần thiết cho vận hành của máy tính.
* Để biến đổi một số hệ thập phân sang nhị phân, ta có hai phương thức biến đổi:
- Phương thức số dư để biến đổi phần nguyên của số thập phân sang nhị phân.
Ví dụ: Đổi 23.37510 sang nhị phân. Chúng ta sẽ chuyển đổi phần nguyên dùng
phương thức số dư:
23
11
5
2
1
:
:
:
:
:
2
2
2
2
2
=
=
=
=
=
11
5
2
1
0
Dư
Dư
Dư
Dư
Dư
1
1
1
0
1
Kết quả: (23)10 = (10111)2
- Phương thức nhân để biến đổi phần lẻ của số thập phân sang nhị phân:
0.375 x 2 = 0.75
0.75 x 2 = 1.5
0.5 x 2 = 1.0
Phần nguyên = 0
Phần nguyên = 1
Phần nguyên = 1
Kết quả: (0.375)10 = (0.011)2
Kết quả cuối cùng nhận được là: 23.37510 = 10111.0112
Tuy nhiên, trong việc biến đổi phần lẻ của một số thập phân sang số nhị phân theo
phương thức nhân, có một số trường hợp việc biến đổi số lặp lại vô hạn. Ví dụ:
0.2.
Trường hợp biến đổi số nhị phân sang các hệ thống số khác nhau, ta có thể
nhóm một số các số nhị phân để biểu diễn cho số trong hệ thống số tương ứng.
16
Thông thường, người ta nhóm 4 bit trong hệ nhị phân hệ để biểu diễn số
dưới dạng thập lục phân (Hexadecimal), nhóm 3 bit để biểu diễn số dưới dạng bát
phân (Octal).
Hệ thập phân Hệ nhị phân Hệ bát phân
Hệ thập lục phân
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
00
01
02
03
04
05
06
07
10
11
12
13
14
15
16
17
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9
10
11
12
13
14
15
A
B
C
D
E
F
Như vậy, dựa vào cách biến đổi số trong bảng nêu trên, chúng ta có ví dụ
về cách biến đổi các số trong các hệ thống số khác nhau theo hệ nhị phân:
1010102 = (1012)(0102) = 528
011011012 = (01102)(11012) = 6D16
Một từ n bit có thể biểu diễn tất cả các số dương từ 0 tới 2n -1. Nếu di là
một số nhị phân thứ i, một từ n bit tương ứng với một số nguyên thập phân.
n−1
N = d 2i
i
i=0
Một Byte (gồm 8 bit) có thể biểu diễn các số từ 0 tới 255 và một từ 32 bit
cho phép biểu diễn các số từ 0 tới 4294967295.
Số nguyên có dấu
Có nhiều cách để biểu diễn một số n bit có dấu. Trong tất cả mọi cách thì
bit cao nhất luôn tượng trưng cho dấu.
Khi đó, bit dấu có giá trị là 0 thì số nguyên dương, bit dấu có giá trị là 1
thì số nguyên âm.
17
dn-1
dn-2
dn-3
d2
d1
d0
............
........
bít dấu (+,-)
Số nguyên có bit dn-1 là bit dấu và có trị số tượng trưng bởi các bit từ d0 tới dn-2.
a) Cách biểu diễn bằng trị tuyệt đối và dấu
Trong cách này, bit dn-1 là bit dấu và các bit từ d0 tới dn-2 cho giá trị tuyệt
đối. Một từ n bit tương ứng với số nguyên thập phân có dấu.
n−2
N =(−1)d
d .2i
n−1
i
i=0
Ví dụ: +2510 = 000110012
-2510 = 100110012
- Một Byte (8 bit) có thể biểu diễn các số có dấu từ -127 tới +127.
- Có hai cách biểu diễn số không là 0000 0000 (+0) và 1000 0000 (-0).
b) Cách biểu diễn bằng số bù 1 và số bù 2
+ Số bù 1:
Trong cách biểu diễn này, số âm -N được có bằng cách thay các số nhị
phân di của số dương N bằng số bù của nó (nghĩa là nếu di = 0 thì người ta đổi nó
thành 1 và ngược lại).
Ví dụ: +2510 = 000110012
- Một Byte cho phép biểu diễn tất cả các số có dấu từ -127 (1000 00002)
đến 127 (0111 11112)
- Có hai cách biểu diễn cho 0 là 0000 0000 (+0) và 1111 1111 (-0).
+ Số bù 2:
Để có số bù 2 của một số nào đó, người ta lấy số bù 1 rồi cộng thêm 1.
Ví dụ: +2510 = 000110012
-2510 = 111001102
Số bù 1 của 25 là 11100110
+ 1
Số bù 2 của 25 là 11100111
Vậy
-2510 = 111001112
Chỉ có một giá trị 0: +0 = 000000002,
-0 = 000000002
c) Cách biểu diễn số nguyên bằng mã BCD (Binary Coder Decimal)
18
Dùng 4 bit để mã hóa cho các chữ số thập phân từ 0 đến 9.
0 → 0000
1 → 0001
2 → 0010
3 → 0011
4 → 0100
5 → 0101
6 → 0110
7 → 0111
8 → 1000
9 → 1001
Có 6 tổ hợp không sử dụng (từ 10 đến 15) : 1010, 1011, 1100, 1101, 1110,
1111.
Ví dụ :
35 → 0011 0101 BCD
61 → 0101 0001 BCD
29 → 0010 1001 BCD
Các kiểu lưu trữ số BCD
- BCD không gói (Unpacked BCD) : mỗi số BCD 4 bit được lưu trữ trong 4 bit
thấp của mỗi byte. Ví dụ : số 35 được lưu trữ như sau :
0011
0101
- BCD gói (Packed BCD): hai số BCD được lưu trữ trong 1 byte.
Ví dụ : số 35 được lưu trữ như sau :
0011
0101
Cách biểu diễn số với dấu chấm động
- Tổng quát : một số thực X được biểu diễn theo kiểu số dấu chấm động
như sau :
X = M * RE
M là phần định trị (Mantissa)
R là cơ số (Radix)
E là phần mũ (Exponent)
- Chuẩn IEEE 754: Có nhiều cách biểu diễn dấu chấm động, trong đó cách
biểu diễn theo chuẩn IEEE 754 được dùng rộng rãi trong khoa học máy tính hiện
nay. Chuẩn IEEE 754 định nghĩa hai dạng biểu diễn số chấm động:
+ Dạng 32 bit :
1 bit 8 bit
23 bit
19
S
E
M
S là bit dấu, S = 0 là số dương, S = 1 là số âm.
e (8 bit) là mã excess-127 của phần mũ E
e = E + 127 → E = e - 127
giá trị 127 được gọi là độ lệch (bias)
m (23 bit) là phần lẻ của phần định trị M
M = 1.m
Công thức xác định giá trị của số thực :
X = (-1)S * 1.m*2e-127
Ví dụ 1: xác định giá trị của số thực được biểu diễn bằng 32 bit như sau :
1100 0001 0101 0110 0000 0000 0000 0000
- S =1 → số âm
- e = 1000 00102 = 130 → E = 130 -127 = 3
Vậy X = -1.10101100*23 = -1101.011 = - 13.375
Ví dụ 2: Biểu diễn số thực X = 83.75 về dạng dấu chấm động IEEE 754 32
bit.
X = 83.7510 = 0101 0011.112 = 1.01001111*26
Ta có: S = 0 vì đây là số dương
e - 127 = 6 → E = 127 + 6 = 13310 = 1000 01012
Vậy X = 0 100 0010 1 010 0111 1000 0000 0000 0000
S
E
M
Các qui ước đặc biệt:
- Các bit của e bằng 0, các bit của m bằng 0, thì X = 0
- Các bit của e bằng 1, các bit của m bằng 0, thì
- Các bit của e bằng 1, còn m có ít nhất một bit bằng 1, thì nó không biểu
diễn cho số nào cả (NaN - Not a number)
X =
- Phạm vi biểu diễn:
+ Dạng 64 bit:
1bit 11 bit
2-127 đến 2+127 , 10-38 đến 10+38
52 bit
S
e
M
- S là bit dấu
- e (11 bit) là mã excess - 1023 của phần mũ E: E = e - 1023
- m (52 bit) là phần lẻ của phần định trị M
- Giá trị của số thực:
X = (-1)S * 1.m * 2e-1023
20
Tải về để xem bản đầy đủ
103 trang
21200
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Cấu trúc máy tính - Nghề: Quản trị mạng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_cau_truc_may_tinh_nghe_quan_tri_mang.pdf
