10/27/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Khoa Cơng nghệ thơng tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Chương Cấu trúc máy tính BÀI GIẢNG TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG CẤU TRÚC MÁY TÍNH 2.1 Giới thiệu 2.2 Chức sơ đồ cấu trúc máy tính 2.2.1 Chức máy tính 2.2.2 Nguyên lý hoạt động máy tính 2.2.3 Sơ đồ cấu trúc máy tính 2.3 Các phận máy tính 2.3.1 CPU 2.3.2 Bộ nhớ 2.3.3 Các thiết bị vào-ra 2.3.4 Liên kết hệ thống Chương 1: Giới thiệu chung Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.1 Giới thiệu Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương ENIAC • Máy tính điện tử (từ sau gọi tắt máy tính) đời năm 1946, có tên ENIAC: - Chiếc máy tính nặng 30 - Kích thước 140 m2 - Thực 5000 phép cộng/giây - Xử lý theo số thập phân - Bộ nhớ lưu trữ liệu - Lập trình cách thiết lập vị trí chuyển mạch cáp nối Chương 1: Giới thiệu chung 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.1 Giới thiệu (tiếp) 2.1 Giới thiệu (tiếp) • Năm 1952, máy tính von Neumann - Ra đời Học viện Nghiên cứu tiên tiến Princeton - Những nguyên lý trở thành mơ hình máy tính ngày • Năm 1980, hãng IBM cho đời máy tính cá nhân đầu tiên, sử dụng vi xử lý bit 8085 Intel Với 70 năm phát triển, máy tính trải qua hệ: - Sử dụng đèn điện tử (1943-1956) - Sử dụng transistor (1957-1965) - Sử dụng vi mạch tích hợp IC (1966-1980) - Sử dụng siêu vi mạch tích hợp (1981-nay) Chương 1: Giới thiệu chung Ngày nay, máy tính cá nhân, máy tính bảng, điện thoại thơng minh,… có kích thước nhỏ gọn, cấu hình mạnh mẽ Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Chương 1: Giới thiệu chung Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2 Chức sơ đồ cấu trúc máy tính 2.2.1 Chức máy tính 2.2.1 Chức máy tính 2.2.2 Nguyên lý hoạt động máy tính 2.2.3 Sơ đồ cấu trúc máy tính - Nhận thơng tin vào (input) từ người sử dụng thông qua thiết bị vào; - Xử lý thông tin nhận theo dãy lệnh nhớ sẵn bên trong; - Đưa thông tin sau xử lý (output) tới người sử dụng thông qua thiết bị ra; - Lưu trữ thơng tin số hóa Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Các khối chức năng: 2.2.2 Sơ đồ cấu trúc chung máy tính • Bộ xử lý trung tâm (CPU) • Bộ nhớ • Hệ thống vào-ra Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Giới thiệu chung Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội 10 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ nhớ • Chức – điều khiển hoạt động máy tính – xử lý liệu • Nguyên tắc hoạt động bản: – CPU hoạt động theo chương trình nằm nhớ • Chức năng: lưu trữ chương trình liệu • Các thao tác với nhớ: – Đọc (Read) – Ghi (Write) • Các thành phần chính: – Bộ nhớ (Internal Memory) – Bộ nhớ (External Memory) Chương 1: Giới thiệu chung 11 Chương 1: Giới thiệu chung 12 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Hệ thống vào-ra 2.2.3 Nguyên lý hoạt động máy tính • Chức năng: trao đổi thơng tin máy tính với giới bên ngồi • Các thao tác bản: – Vào liệu (Input) – Ra liệu (Output) • Các thành phần chính: – Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Devices) – Các mơđun vào-ra (IO Modules) • Từ đời đến nay, máy tính hoạt động theo nguyên lý đề xuất năm 1946 nhà khoa học lỗi lạc người Mỹ gốc Hungary John von Neumann (1903-1957) • Phần nghiên cứu: - Nguyên lý Von Neumann - Cấu trúc lệnh trình thực lệnh Chương 1: Giới thiệu chung 13 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Chương 1: Giới thiệu chung Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.2.3.2 Cấu trúc lệnh 2.2.3.1 Nguyên lý Von Neumann • Để xử lý thơng tin tự động, máy tính cần cài đặt sẵn tập lệnh • Mỗi lệnh máy yêu cầu CPU thực thao tác tốn hạng • Các lệnh phải đầy đủ thông tin sau: - Thao tác cần thực hiện: chuyển liệu, xử lý số học với số nguyên/ số dấu phẩy động, xử lý logic, điều khiển vào-ra - Nơi đặt liệu lệnh nơi đặt kết xử lý: nhớ ghi CPU • Cấu trúc chung lệnh máy sau: • Nguyên lý điều khiển chương trình: máy tính hoạt động theo chương trình lưu trữ sẵn nhớ • Ngun lý truy cập theo địa chỉ: chương trình, liệu trước, sau xử lý đưa vào nhớ vùng nhớ đánh địa Mã thao tác Chương 1: Giới thiệu chung 14 Địa tốn hạng 15 10/27/2013 Khoa Cơng nghệ thơng tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Quá trình thực lệnh 2.3 Các thành phần máy tính • Nhận lệnh (Fetch Instruction) Bộ điều khiển CPU gửi nội dung PC (Program Counter) vào Bộ giải mã địa để đọc byte lệnh lên ghi lệnh • Giải mã lệnh(Decode Instruction) Bộ điều khiển vào mã lệnh để biết lệnh dài byte để đọc nốt thông tin địa lệnh hồn thành việc đọc lệnh • Nhận liệu (Fetch Data): nhận liệu từ nhớ cổng vào-ra • Xử lý liệu (Process Data): thực phép toán số học hay phép toán logic với liệu • Ghi liệu (Write Data): ghi liệu nhớ hay cổng vàora Các lệnh thực theo vòng lặp bước • • • • Khoa Cơng nghệ thơng tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ nhớ Các thiết bị vào-ra Liên kết hệ thống Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) (tiếp) - Những chức CPU: • Nhận lệnh, giải mã lệnh, điều khiển khối khác thực lệnh; • Thực phép tính số học, logic phép tính khác; • Sinh tín hiệu địa để truy nhập nhớ 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) (tiếp) • Khối điều khiển (CU: control unit) khối chức điều khiển hoạt động máy tính theo chương trình định sẵn • Khối số học logic (ALU: arithmetic and logic unit) thực phép toán sở phép toán số học, phép toán logic, phép tạo mã,… • Các ghi (registers): dùng nhớ nhanh, tương tác trực tiếp với mạch xử lý CPU Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2 Bộ nhớ • Bộ nhớ thiết bị dùng để lưu trữ liệu chương trình Tính nhớ đánh giá qua đặc trưng sau: - Thời gian truy cập (access time) khoảng thời gian cần thiết kể từ phát tín hiệu điều khiển đọc/ghi đến việc đọc/ghi hoàn thành - Dung lượng (capacity) lượng liệu mà nhớ lưu trữ đồng thời - Độ tin cậy: đo khoảng thời gian trung bình hai lần lỗi Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) (tiếp) Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu vi xử lý bao gồm: • Tốc độ đồng hồ - ? 3.6 GHz = 3.6x109 Hz • Tốc độ bus • Kích thước từ nhớ • Dung lượng nhớ cache • Tập lệnh • Số lượng lõi (nhân) • Các kỹ thuật xử lý Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2 Bộ nhớ (tiếp) Dung lượng tăng dần, tốc độ giảm dần, giá thành/1 bit giảm dần 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.2.1 Bộ nhớ • Bộ nhớ nhớ có thời gian truy cập nhỏ, dùng để nạp hệ điều hành, ghi chương trình liệu thời gian xử lý • Gồm mức nhớ mà CPU truy cập trực tiếp: cache, RAM (Random Access Memory) ROM (Read Only Memory) • Bộ nhớ cache RAM nhớ đọc ghi liệu, bị thông tin nguồn ni; • ROM nhớ cho phép đọc, liệu khơng bị xóa nguồn Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Cấu tạo Tổ chức nhớ Cấu tạo • từ phần tử vật lý có trạng thái đối lập, ví dụ: tụ điện, flip-flop Tổ chức • Là dãy liên tiếp byte nhớ đánh số thứ tự - địa byte nhớ • Địa đánh số từ 0, 1, 2,… • Mỗi byte gồm bit, bit thiết lập Chương 1: Giới thiệu chung Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 26 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bộ nhớ cache RAM (Random Access Memory) - Là nhớ đệm CPU nhớ (RAM) - Có tốc độ cao, cho phép CPU truy cập liệu nhanh từ nhớ - Cache thường đặt chip CPU - Khi CPU cần đọc liệu, tìm liệu cache trước, khơng thấy tìm nhớ chính, nạp vào cache - Cache làm từ RAM tĩnh (SRAM): bit lưu trữ Flip-Flop, có cấu trúc phức tạp giá thành cao • RAM phổ biến RAM động (DRAM, Dynamic RAM), có cấu trúc đơn giản hơn, tốc độ chậm giá thành thấp so với SRAM (Ram tĩnh) • Được dùng để nạp vào hệ điều hành khởi động máy tính, để chứa lệnh chương trình ứng dụng, để lưu trữ liệu tạm thời chờ CPU đọc ghi • Các máy tính cá nhân ngày thường có 2-8 GB RAM • Đa số máy tính cá nhân ngày sử dụng SDRAM • SDRAM phân lớp tiếp thành DDR, DDR2, DDR3 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương ROM (Read Only Memory) 2.3.2.2 Bộ nhớ ngồi • ROM loại nhớ có nội dung cố định, cho phép người dùng/máy tính đọc liệu khơng cho phép ghi vào • Dữ liệu thường ghi vào ROM lúc chế tạo • Là tập lệnh cốt lõi để khởi động máy tính cách truy cập đĩa cứng, tìm hệ điều hành, nạp vào RAM Tập lệnh gọi BIOS • Thơng tin khơng định vị địa giống nhớ mà tổ chức theo khối logic gọi tệp (file) • Trước sử dụng, liệu file chuyển dần vào nhớ để CPU xử lý • Dữ liệu khơng thể ghi dạng số 0/1 lên bề mặt đĩa mà biên dịch từ trạng thái vật lý khác Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Đĩa cứng - Đĩa cứng gồm nhiều đĩa xếp chồng, đồng trục - Mỗi mặt đĩa chia thành track Các track chia thành sector Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Đĩa quang • Đĩa quang gồm loại đĩa: CD, DVD BD Chương 1: Giới thiệu chung 32 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2.3.3 Thiết bị vào/ra Bộ nhớ bán dẫn • Thiết bị vào: – Bàn phím (keyboard) – Con chuột (mouse), • Thiết bị ra: – Màn hình (display monitor) – Máy in (printer), • Ngồi cịn có số thiết bị vừa thiết bị vào vừa thiết bị như: hình cảm ứng, modem, ổ đọc ghi đĩa • Bộ nhớ bán dẫn dùng công nghệ flash: thẻ nhớ, nhớ usb ổ cứng thể rắn (SSD, solid state disk) • Dùng mạng lưới mạch bán dẫn với cơng nghệ flash, liệu bị xóa ghi lại Mỗi lưới có transistor đóng vai trị cổng giữ bit Chương 1: Giới thiệu chung 33 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bàn phím (keyboard) Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bàn phím (keyboard) (tiếp) • Là thiết bị dùng để đưa vào máy lệnh điều khiển, liệu • Các bàn phím thường thiết kế giao diện tương tự máy đánh chữ có ưu điểm tránh mắc kẹt khí phím • Có giao diện QWERTY 10/27/2013 Khoa Cơng nghệ thơng tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bàn phím (keyboard) (tiếp) Con chuột (mouse) • Bàn phím có khoảng 104 phím, chia thành nhóm sau: – Nhóm phím chữ: gồm phím chữ cái, chữ số, dấu – Nhóm phím chức năng: để thực nhanh số yêu cầu như: F1, F2,… , F12 – Nhóm phím điều khiển: xác định số chức đặc biệt Esc (Escape), Caps Lock, Shift, Ctrl (Control), Alt (Alternate), Insert, … – Nhóm phím điều khiển trỏ hình: gồm phím mũi tên lên, xuống, trái, phải, Home, End, Page Up,… • Khi ta ấn phím, tín hiệu truyền cho máy tính thơng qua lập mã, tương ứng với ký tự phím ấn • Là thiết bị định điểm làm việc hình phổ biến • Hoạt động theo nguyên lý phát chuyển động theo hai hướng so với bề mặt bên • Chuyển động chuột bề mặt phiên dịch thành chuyển động trỏ hình giao diện đồ họa • Dạng phổ biến chuột gồm nút bấm nút cuộn • Thông thường, nút bên trái dùng cho thao tác lựa chọn, đặt vị trí trỏ hình, nút bên phải để menu Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Chuột bi – Sử dụng chế học Một viên bi hình cầu chuột, chuột di chuyển truyền chuyển động vào trụ đặt vng góc – Loại chuột có nhược điểm dễ bị kẹt bẩn Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Chuột quang – Loại chuột chụp ảnh liên tiếp bề mặt bên chuột, so sánh để phát chuyển dịch – Chuột quang thường dùng đi-ốt phát quang phát laze hồng ngoại để chiếu sáng bề mặt bên – Ưu điểm: độ phân giải cao nên cho kết xác hơn, hoạt động tốt nhiều loại bề mặt khác nhau, không bị kẹt bẩn giống chuột bi Chương 1: Giới thiệu chung 40 10 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Màn hình (display monitor) Màn hình (display monitor) (tiếp) • Màn hình thiết bị hiển thị chữ hay ảnh cách tạo lưới điểm ảnh (pixel) nhỏ có màu sắc khác Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh: – kích thước hình – Dot pitch thước đo độ sắc nét ảnh – Độ rộng góc nhìn xác định góc lớn mà người sử dụng nhìn rõ ảnh hình – Tốc độ đáp ứng khoảng thời gian cần thiết để điểm ảnh thay đổi từ đen thành trắng đổi lại thành đen – Độ sâu màu sắc số màu mà hình hiển thị – Độ phân giải thước đo khả thể tinh tế hình • Trước đây, loại hình phổ biến đèn tia âm cực (đèn CRT) – loại đèn dùng cho tivi Loại hình nặng, có độ dầy lớn, chiếm nhiều diện tích • Ngày nay, dùng phổ biến loại hình mỏng, nhẹ, dùng cơng nghệ tinh thể lỏng (LCD – liquid crystal display) plasma Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Máy in (printer) • Máy in thiết bị cho phép in chữ hay ảnh giấy Có ba loại: – Máy in kim (dot matrix printer) loại đời Mặc dù chất lượng hình ảnh in không mịn phổ biến quầy toán ngân hàng – Máy in phun (ink jet printer) tạo điểm giấy cách phun tia mực siêu nhỏ Ưu điểm chất lượng in tốt, tốn nhiều mực, giá hộp mực cao – Máy in laze (laser printer) loại máy in dùng kỹ thuật laze Ưu điểm loại máy in chất lượng ảnh cao, tốn mực nên dùng rộng rãi Bài giảng Tin học đại cương 2.3.4 Liên kết hệ thống • Các thiết bị máy tính liên kết với thông qua đường bus, khe cắm mở rộng, loại cổng kết nối • Các thành phần thường thiết kế bo mạch chủ 11 10/27/2013 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Liên kết thành phần hệ thống Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương 2.3.4 Liên kết hệ thống (tiếp) • Bus tuyến đường để thông tin (dữ liệu, lệnh, địa chỉ) chạy • Các khe cắm mở rộng (expansion slot) dùng để cắm loại card card đồ họa, card âm thanh, modem • Các cổng (port) gồm số loại cổng phổ biến là: – PS/2 kết nối chuột bàn phím, – VGA kết nối hình, – LPT kết nối máy in, RJ45 kết nối modem, – USB kết nối nhiều thiết bị giao tiếp qua chuẩn USB – Các cổng âm – Cổng đọc thẻ nhớ,… Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Các thành phần kết nối hệ thống bo mạch chủ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hết chương Chương 1: Giới thiệu chung 48 12 ...10 /27 /20 13 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2. 1... thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Chương 1: Giới thiệu chung Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 2. 2 Chức... chung 12 10 /27 /20 13 Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương