Đề cương ôn tập môn học cấu trúc máy tính

CPU là thành phần chính của máy tính, đây là nơi sẽ thực hiện các phép tính số học và logic của quá trình xử lý thông tin, đồng thời là nơi sinh ra các tín hiệu để đồng bộ và điều khiển toàn bộ mọi hoạt động của máy tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đề cương ôn tập môn học cấu trúc máy tính ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN HỌC CẤU TRÚC MÁY TÍNH. CHƯƠNG 1: Cấu trúc hệ máy tính. 1. Máy tính làm việc theo nguyên lý Voneumann. Von Neumann chia hoạt của máy tính thành 5 thành phần chính là: - CPU (Bộ xử lý trung tâm) – Là thành phần chính của máy tính, đây là nơi sẽ thực hiện các phép tính số học và logic của quá trình xử lý thông tin, đồng thời là nơi sinh ra các tín hiệu để đồng bộ và điều khiển toàn bộ mọi hoạt động của máy tính. - Bộ nhớ làm việc (RAM) – Là nơi tạo ra môi trường làm việc cho Hệ điều hành và các chương trình ứng dụng. - Bộ nhớ vĩnh cửu (ROM) – Là nơi chứa các chương trình điều hành hoạt động máy máy tính ở mức độ cơ sở. - Thiết bị vào (Input) – là các ngoại vi như bàn phím, con chuột, Scanner.v.v. giúp cho máy tính có nhiều khả năng phong phú khi thu thập số liệu và giao tiếp người máy. - Thiết bị ra (Output) - là các ngoại vi như Màn hình, máy in, máy vẽ, loa bộ nhớ ngoài .v.v. giúp cho máy tính có khả năng phong phú khi xứ lý và lưu trữ số liệu cũng như giao tiếp người máy và các thiết bị chuyên dụng khác. Các thiết bị kể trên được kết nối với nhau thông qua hệ thống Bus bao gồm các tín hiệu: - Tín hiệu địa chỉ: Tín hiệu này được sinh ra từ CPU hướng đến bộ nhớ và các ngoại vi. Cho phép CPU có khả năng địa chỉ hóa và quản lý được các ô nhớ, các cổng vào và các cổng ra. Số lượng dây dẫn tạo nên các tín hiệu địa chỉ (độ rộng bus địa chỉ) cho thấy khả năng địa chỉ hóa được các ô nhớ và các cổng vào/ra trên máy tính. Nếu độ rộng của Bus địa chỉ là k bits thì máy tính đó có khả năng địa chỉ hóa được 2k ô nhớ và tối đa 2k cổng vào và 2k cổng ra. - Tín hiệu số liệu: Là tín hiệu 2 chiều cho phép CPU trao đổi thông tin với bộ nhớ hay cổng vào và cổng ra. Trên máy tính thường xuyên diễn ra 2 quá trình cơ bản là quá trình đọc và quá trình ghi. Ở quá trình đọc số liệu sẽ xuất phát từ bộ nhớ hay các cổng vào hướng đến CPU. Ở quá trình ghi, số liệu sẽ xuất phát từ CPU hướng đến bộ nhớ hay các cống ra. - Tín hiệu điều khiển: là các tín hiệu cho phép điều khiển khi nào thì CPU đọc hay ghi số liệu, cho phép máy tính thực hiện hay không thực hiện các chức năng như ngắt, DMA, biểu diễn trạng thái của máy tính hay mã hóa các quá trình thực hiện lệnh trên máy tính. Có 3 tín hiệu điều khiển xuất phát từ CPU để điều khiển quá trình đọc/ghi trên máy tính: M / IO, RD, WR . Từ 3 tín hiệu này máy tính có thể tạo được các tín hiệu điều khiển để đọc bộ nhớ, ghi bộ nhớ hay đọc và ghi vào/ra. M / IO RD WR Thao tác trên máy tính Đọc bộ nhớ (số liệu xuất phát từ bộ nhớ 1 0 1 MEMR hướng đến CPU) 1 1 0 MEMW Ghi bộ nhớ (số liệu xuất phát từ CPU hướng đến bộ nhớ) Đọc cổng vào (số liệu xuất phát từ cổng vào 0 0 1 IOR hướng đến CPU) Ghi cổng ra (số liệu xuất phát từ CPU 0 1 0 IOW hướng đến cổng ra) Tại một thời điểm trên bus điều khiển chỉ tồn tại một trong số 4 tín hiệu trên, đồng thời bus địa chỉ cũng chỉ tồn tại 1 giá trị, do đó tại 1 thời điểm máy chỉ có thể thực hiện 1 thao tác trong số 4 thao tác cơ bản của máy tính. Hay nói cách khác CPU chỉ có thể thực hiện trao đổi thông tin với 1 ô nhớ, 1 cổng vào ra hay 1 cổng ra trên máy tính. Nói về quá trình thực hiện lệnh thì CPU tại một thời điểm chỉ có thể thực hiện được 1 lệnh mà thôi. Quá trình này gọi là quá trình xử lý tuần tự (step-by-step). Đây là nhược điểm lớn nhất của máy tính hoạt động theo nguyên lý Voneumann. Vì trong các bài toán xử lý thông tin trong thực tế, tại 1 thời điểm, máy tính thường xuyên cần phải đồng thời trao đổi thông tin với nhiều ngoại vi, nguyên lý Voneumann như đã trình bày ở trên không cho phép máy tính thực hiện được nhiệm vụ này. Để khắc phục nhược điểm này người ta phải tăng tốc độ làm việc của máy tính, xây dựng các mạng máy tính xử lý song song và đưa ra một mô hình máy tính mới hoạt động theo nguyên lý xứ lý song song – máy tính mạng nơron (Neural network). 2. Bộ xử lý trung tâm của máy tính. Máy tính cá nhân đầu tiên mà IBM chế tạo (IBM PC XT) sử dụng Bộ VXL 8086/8088 của Intel. Đây là Bộ VXL 16 bits có cấu trúc như sau: §¬ n v Þ th ù c h iÖ n – E U § ¬ n vÞ gh Ð p n è i- B IU (E xec u tion Un it) (B u s In te rface U n it) AX  C ¸c BX th an h gh i CX CS ®a n ¨n g C ¸ c th an h DX DS gh i ® o¹ n SP T han h g hi SS BP c on trá, B U S tron g SI ES c hØ s è c ña C P U DI IP B us d ÷ liÖu Bé t¹ o ®Þa ch Ø ...