Bài Giảng Kiến Trúc Máy Tính

Bài giảng "Kiến trúc máy tính xách tay và hệ điều hành" cung cấp cho người gọi những nội dung: Giới thiệu bình thường, kăn năn xử lý trung tâm, hệ thống lưu giữ, hệ thống BUS cùng những vật dụng ngoại vi, tổng quan tiền về hệ điều hành và quản lý, các yếu tố của hệ quản lý và điều hành.

Bạn đang xem: Bài giảng kiến trúc máy tính

Mời các bạn cùng tham khảo câu chữ cụ thể.


*

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ----------------------------------- NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BÀI GIẢNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH HÀ NỘI 2013 LỜI NÓI ĐẦUKiến trúc máy tính xách tay là một trong các nghành công nghệ các đại lý của ngành Khoa học sản phẩm công nghệ tínhthích hợp với Công nghệ thông báo nói phổ biến. Kiến trúc máy vi tính là công nghệ về chọn lựa vàghxay nối các thành phần Hartware của sản phẩm tính nhằm mục đích đạt được những kim chỉ nam về hiệu năngcao, tuấn kiệt đa dạng chủng loại với Chi tiêu rẻ.Hệ điều hành là yếu tắc quan trọng đặc biệt trong khối hệ thống máy tính. Nắm vững vàng kiến thức hệ điềuhành là các đại lý cho bài toán hiểu biết sâu sắc hệ thống máy vi tính nói phổ biến.Môn học Kiến trúc máy tính và hệ điều hành là môn học tập cửa hàng trong công tác huấn luyện và đào tạo caođẳng cùng ĐH ngành điện tử viễn thông. Mục tiêu của môn học là hỗ trợ mang lại sinch viênnhững kỹ năng cửa hàng của kiến trúc máy tính xách tay cùng hệ quản lý điều hành, bao gồm: phong cách thiết kế máy tính tổngquát, phong cách xây dựng bộ xử lý trung trọng điểm, kiến trúc tập lệnh máy tính, bề ngoài ống lệnh, hệ thống phâncấp bộ nhớ lưu trữ, khối hệ thống bus và thứ bên cạnh ra; với khái niệm, nguyên tắc vận động tổng quátcủa hệ điều hành nói chung như một nguyên tố đặc trưng của hệ thống máy vi tính.Kiến trúc máy vi tính với hệ quản lý và điều hành là lĩnh vực đã có được cải tiến và phát triển vào một thời gian tươngđối nhiều năm với lượng kiến thức béo bệu, nhưng bởi độ lớn của tư liệu gồm đặc thù là bài bác giảngmôn học, team người sáng tác nỗ lực trình diễn hầu như vụ việc đại lý tốt nhất phục vụ kim chỉ nam môn học.Nội dung của tài liệu được biên soạn thành nhì phần cùng với sáu chương nhỏng sau:Phần một là câu chữ về nghành bản vẽ xây dựng máy tính, được kết cấu thành bốn chương thơm.Cmùi hương một là phần giới thiệu các có mang cửa hàng của phong cách thiết kế laptop, nlỗi khái kiệm kiếntrúc với tổ chức triển khai thứ tính; cấu tạo cùng công dụng các yếu tắc của dòng sản phẩm tính; các kiến trúcmáy vi tính von-Neumann và bản vẽ xây dựng Harvard. Khái niệm về những hệ đếm cùng giải pháp tổ chức dữliệu trên máy tính xách tay cũng rất được trình diễn vào cmùi hương này.Chương thơm 2 giới thiệu về khối hận xử lý trung trọng điểm, chính sách vận động và các nguyên tố của chính nó.Kăn năn xử trí trung trung khu là yếu tắc đặc trưng cùng phức tạp độc nhất trong máy tính xách tay, đóng vai tròlà khối óc của sản phẩm tính. Thông qua việc thực hiện các lệnh của chương trình vì khối hận xử lýtrung trung khu, máy vi tính hoàn toàn có thể triển khai những trải đời của người sử dụng. Cmùi hương 2 cũng giới thiệuvề tập lệnh của máy tính, bao gồm những khái niệm về lệnh, dạng lệnh, các nhân tố của lệnh;các dạng địa chỉ và những chính sách tác động, một số trong những dạng lệnh thông dụng kèm ví dụ minc hoạ.Ngoài ra, phép tắc ống lệnh – cách xử trí xen kẹt những lệnh cũng rất được kể.Cmùi hương 3 trình diễn về hệ thống nhớ: bao quát về khối hệ thống bộ lưu trữ cùng cấu tạo phân cấp củahệ thống nhớ; giới thiệu những loại bộ nhớ ROM với RAM. Một phần khôn xiết quan trọng đặc biệt của chươnglà phần giới thiệu về bộ lưu trữ cabít - một bộ nhớ quan trọng có khả năng giúp tăng tốc độ hệ thốngghi nhớ dành riêng cùng cả hệ thống máy tính nói bình thường. Cmùi hương này cũng giới thiệu về một số trong những bộghi nhớ bên cạnh điển hình: đĩa trường đoản cú với đĩa quang quẻ 1Cmùi hương 4 trình diễn về khối hệ thống bus cùng các máy nước ngoài vi. Phần trình bày về khối hệ thống bus đềcập tới những các loại bus nhỏng ISA, EISA, PCI, AGPhường. và PCI-Express. Phần trình làng các thiết bịvào ra đề cập tới nguyên lý hoạt động vui chơi của một trong những sản phẩm vào ra phổ cập, như keyboard,con chuột, màn hình với máy in.Phần 2 là văn bản về lĩnh vực hệ quản lý điều hành, được chia thành hai chương thơm 5 cùng 6.Cmùi hương 5 bao hàm những định nghĩa tầm thường về hệ điều hành, những yếu tố chức năng vàmột số trong những kiểu kiến trúc phổ biến. Cmùi hương này cũng tóm tắt quy trình xuất hiện cùng phân phát triểncủa hệ quản lý, thông qua đó trình bày một số trong những quan niệm cùng nghệ thuật đặc trưng.Chương thơm 6 trình làng về những nguyên tố tính năng chủ yếu của hệ điều hành: cai quản hệ thốngfile, làm chủ bộ nhớ với thống trị tiến trình. Trong chương thơm này, các cách thức, thuật toán cơphiên bản nhằm hệ quản lý điều hành thực hiện việc làm chủ hệ thống tệp tin, cấp phép bộ lưu trữ cùng đều đặn tiến trìnhcũng khá được trình diễn.Tài liệu được biên soạn dựa trên kinh nghiệm tay nghề đào tạo môn học tập Kiến trúc máy vi tính và Hệđiều hành trong vô số nhiều năm của tác giả và đồng nghiệp vào cỗ môn Khoa học máy vi tính,Khoa Công nghệ thông tin 1, Học viện Công nghệ Bưu bao gồm – Viễn thông, kết hợp tiếp thunhững đóng góp của người cùng cơ quan cùng đánh giá tự sinc viên. Tài liệu rất có thể được thực hiện làm cho tàiliệu tiếp thu kiến thức đến sinch viên hệ ĐH với cao đẳng ngành năng lượng điện tử viễn thông. Trong thừa trìnhbiên soạn, mặc dù đội người sáng tác đã rất cố gắng tuy nhiên cấp thiết rời khỏi bao gồm thiếu sót.Nhóm tác giả khôn xiết ước muốn nhận ra ý kiến bình luận và những góp ý cho những thiếu sót, cũngnhư mong muốn loài kiến về việc update, triển khai xong văn bản của tư liệu. Hà nội, tháng 9 năm trước đó Tác trả 2 MỤC LỤCCHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................... 8 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KIẾN TRÚC VÀ TỔ CHỨC MÁY TÍNH .......................................... 8 1.2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÁY TÍNH .................... 8 1.2.1 Sơ vật dụng khối hận công dụng ................................................................................................ 8 1.2.2 Các yếu tố của sản phẩm tính ..................................................................................... 9 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY TÍNH ........................................................................... 11 1.3.1 Thế hệ 1 (1944-1959) .............................................................................................. 11 1.3.2 Thế hệ 2 (1960-1964) .............................................................................................. 11 1.3.3 Thế hệ 3 (1964-1975) .............................................................................................. 11 1.3.4 Thế hệ 4 (1975-1989) .............................................................................................. 11 1.3.5 Thế hệ 5 (1990 - nay) .............................................................................................. 11 1.4 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VON-NEUMANN VÀ HARVARD ................................... 12 1.4.1 Kiến trúc laptop von-Neumann ........................................................................... 12 1.4.2 Kiến trúc máy tính xách tay Harvard ..................................................................................... 13 1.5 CÁC HỆ SỐ ĐẾM VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU TRÊN MÁY TÍNH ............................... 13 1.5.1 Các thông số đếm .......................................................................................................... 13 1.5.2 Tổ chức dữ liệu trên máy vi tính ................................................................................. 14 1.5.3 Số tất cả vết cùng số không vết ...................................................................................... 16 1.5.4 Bảng mã ASCII ....................................................................................................... 16CHƯƠNG 2 KHỐI XỨ LÝ TRUNG TÂM ............................................................................. 18 2.1 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM ........................................................................................ 18 2.1.1 Sơ thiết bị khối hận bao quát với các nhân tố tác dụng của CPU ................................. 18 2.1.2 Chu trình xử trí lệnh ................................................................................................. 19 2.1.3 Các thanh ghi ........................................................................................................... 19 2.1.4 Kân hận điều khiển và tinh chỉnh ....................................................................................................... 21 2.1.5 Kân hận số học cùng xúc tích ................................................................................................ 22 2.1.6 Bus vào CPU ......................................................................................................... 23 2.2 tập lệnh máy tính xách tay ............................................................................................................ 23 2.2.1 Khái niệm lệnh, tập lệnh và những yếu tố của lệnh ............................................. 23 1 2.2.2 Chu kỳ với những trộn thực hiện lệnh ............................................................................ 23 2.2.3 Các dạng toán thù hạng.................................................................................................. 23 2.2.4 Các cơ chế can dự .................................................................................................... 26 2.2.5 Một số dạng lệnh thịnh hành .................................................................................. 29 2.3 GIỚI THIỆU CƠ CHẾ ỐNG LỆNH .............................................................................. 32 2.3.1 Giới thiệu qui định ống lệnh ....................................................................................... 32 2.3.2 Các vụ việc của hiệ tượng ống lệnh và hướng xử lý .............................................. 34CHƯƠNG 3 hệ thống ghi nhớ ........................................................................................................ 38 3.1 PHÂN LOẠI BỘ NHỚ MÁY TÍNH .............................................................................. 38 3.1.1 Phân một số loại bộ nhớ ...................................................................................................... 38 3.1.2 Tổ chức mạch lưu giữ ................................................................................................... 38 3.2 CẤU TRÚC PHÂN CẤPhường. BỘ NHỚ MÁY TÍNH .......................................................... 39 3.2.1 Giới thiệu cấu trúc phân cấp cho hệ thống nhớ .............................................................. 39 3.2.2 Vai trò của cấu trúc phân cung cấp hệ thống nhớ ............................................................ 40 3.3 BỘ NHỚ ROM VÀ RAM .............................................................................................. 41 3.3.1 Bộ lưu giữ ROM ........................................................................................................... 41 3.3.2 Bộ ghi nhớ RAM ........................................................................................................... 42 3.4 BỘ NHỚ CACHE .......................................................................................................... 44 3.4.1 Cađậy là gì? ............................................................................................................. 44 3.4.2 Vai trò cùng nguyên lý vận động ............................................................................... 44 3.4.3 Các dạng bản vẽ xây dựng cađậy ......................................................................................... 46 3.4.4 Các dạng tổ chức/ánh xạ cađậy................................................................................ 48 3.4.5 Các cách thức hiểu ghi cùng những chế độ thay thế ............................................. 53 3.4.6 Hiệu năng cache cùng những nhân tố tác động .............................................................. 55 3.5 bộ nhớ quanh đó ................................................................................................................... 56 3.5.1 Đĩa từ bỏ ....................................................................................................................... 56 3.5.2 Đĩa quang................................................................................................................. 61CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG BUS VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI ........................................... 664.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BUS ................................................................... 66 4.2GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI BUS THÔNG DỤNG ..................................................... 68 4.2.1Bus ISA với EISA ...................................................................................................... 68 4.2.2Bus PCI ..................................................................................................................... 69 2 4.2.3Bus AGPhường ................................................................................................................... 72 4.2.4Bus PCI Express ....................................................................................................... 72 4.3GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI ................................................ 73 4.3.1Giới thiệu thông thường ....................................................................................................... 73 4.3.2Các cổng giao tiếp .................................................................................................... 74 4.4GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀO RA chủ yếu ........................................................ 75 4.4.1Bàn phím .................................................................................................................. 75 4.4.2Chuột ........................................................................................................................ 77 4.4.3Màn hình ................................................................................................................... 78 4.4.4Máy in ....................................................................................................................... 81CHƯƠNG 5 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ................................................................. 85 5.1 KHÁI NIỆM hệ quản lý và điều hành.............................................................................................. 85 5.1.1 Quản lý tài nguyên ổn ................................................................................................... 85 5.1.2 Quản lý câu hỏi tiến hành những lịch trình ................................................................. 86 5.2 các hình thức bởi hệ quản lý cung ứng ............................................................................ 87 5.3 quy trình phát triển của hệ quản lý và điều hành .............................................................................. 88 5.3.1 Các hệ thống đơn giản và dễ dàng ............................................................................................. 88 5.3.2 Xử lý theo mẻ .......................................................................................................... 89 5.3.3 Đa chương trình ....................................................................................................... 89 5.3.4 Chia sẻ thời hạn ...................................................................................................... 91 5.4 cấu tạo hệ quản lý ...................................................................................................... 91 5.4.1 Các thành phần của hệ quản lý điều hành ............................................................................ 91 5.4.2 Nhân của hệ quản lý và điều hành............................................................................................. 94 5.4.3 Một số kiểu dáng cấu tạo hệ điều hành ........................................................................... 94 5.5 Một số hệ điều hành phổ cập .................................................................................... 97 5.5.1 Unix ......................................................................................................................... 97 5.5.2 Minix .......................................................................................................................

Xem thêm: Attention Required! - 8 Ý Tưởng Học Tiếng Anh 5 Phút Mỗi Ngày

97 5.5.3 Linux ........................................................................................................................ 98 5.5.4 MS-DOS .................................................................................................................. 99 5.5.5 Win NT .................................................................................................................... 99CHƯƠNG 6 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH ................................................. 100 6.1 Quản lý khối hệ thống tệp tin .................................................................................................... 100 3 6.1.1 Các khái niệm liên quan tới tệp tin............................................................................. 100 6.1.2 Thỏng mục ................................................................................................................. 103 6.1.3 Cấp vạc không gian cho file ................................................................................. 108 6.1.4 Độ tin cậy và bảo mật mang đến khối hệ thống tệp tin ................................................................ 114 6.2 quản lý bộ nhớ lưu trữ .............................................................................................................. 116 6.2.1 Khái niệm phân chương thơm bộ nhớ ............................................................................ 116 6.2.2 Khái niệm phân trang bộ nhớ lưu trữ ................................................................................ 1đôi mươi 6.2.3 Khái niệm phân đoạn bộ nhớ lưu trữ ................................................................................. 121 6.2.4 Sở nhớ ảo ............................................................................................................... 123 6.3 cai quản quy trình ........................................................................................................... 128 6.3.1 Các định nghĩa ........................................................................................................ 128 6.3.2 Điều độ tiến trình ................................................................................................... 133TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 141 4 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ VIẾT TẮTThuật ngữ giờ Anh Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Việt/Giải thíchCentral Processing Unit CPU Bộ/Đơn vị giải pháp xử lý trung tâmControl Unit CU Bộ/Đơn vị điều khiểnArithmethic và Logic Unit ALU Bộ/Đơn vị tính toán số học tập với logicProgram Counter PC Bộ đếm chương thơm trìnhSystem Bus Bus hệ thốngMemory Sở nhớCabít Bộ nhớ đệm / bộ nhớ lưu trữ kếtRandom Access Memory RAM Sở ghi nhớ truy vấn ngẫu nhiênRead Only Memory ROM Sở nhớ chỉ đọcBasic Input Output System BIOS Hệ thống vào ra cơ sởPipeline Cơ chế ống lệnh giỏi hình thức cách xử lý đan xen những lệnhHit Đoán thù trúng – là việc kiện CPU truy kiếm tìm một mục tin cùng tìm thấy trong cache.Miss Đân oán trượt – là việc kiện CPU tầm nã search một mục tin cùng không tìm thấy trong cabít.Advanced Technology ATA Chuẩn ghép nối đĩa cứng ATAAttachmentsParallel Advanced PATA Chuẩn ghép nối đĩa cứng PATA – tốt ATA song songTechnology AttachmentsIntegrated Drive sầu Electronics IDE Chuẩn ghép nối đĩa cứng IDESerial ATA SATA Chuẩn ghép nối đĩa cứng SATA – hay ATA nối tiếpSmall Computer System SCSI Chuẩn ghnghiền nối đĩa cứng SCSIInterfaceRedundant Array of RAID Công nghệ tàng trữ RAID – tạo ra thành xuất phát điểm từ một mảng liênIndependent Disks kết những đĩa cứng đồ dùng lý 5Network Attached Storage NAS Hệ thống tàng trữ gắn vào mạngStorage Area Network SAN Mạng giữ trữIndustrial Standard ISA Bus theo chuẩn chỉnh công nghiệp ISAArchitectureExtended ISA EISA Bus theo chuẩn chỉnh công nghiệp không ngừng mở rộng EISAPeripheral Component PCI Bus PCIInterconnectAccelerated Graphic Port AGPhường Cổng tăng tốc độ đồ hoạ AGPPCI Express PCIe Bus PCIeCathode Ray Tube CRT Màn hình ống năng lượng điện tử âm cựcLiquid Crystal Display LCD Mình hình tinh thể lỏngFile Allocation Table FAT Hệ thống cấp phép fileNew Technology File System NTFS Hệ thống tệp tin công nghệ mớiExtended File System EXT Hệ thống file mở rộng (những phiên bản cụ thể Ext2, Ext3, Ext3) 6PHẦN 1: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Chương thơm 1- Giới thiệu thông thường CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG1.1 KHÁI NIỆM VỀ KIẾN TRÚC VÀ TỔ CHỨC MÁY TÍNHKiến trúc máy tính xách tay (Computer Architecture) cùng Tổ chức máy vi tính (Computer Organization) làhai trong các các khái niệm cơ phiên bản của ngành Công nghệ máy tính (Computer Engineering).cũng có thể nói phong cách thiết kế máy vi tính là bức tranh toàn chình ảnh về hệ thống laptop, còn tổ chức máytính là bức ảnh ví dụ về các yếu tắc Hartware của hệ thống máy tính xách tay.Kiến trúc laptop là kỹ thuật về vấn đề tuyển lựa với liên kết các nhân tố phần cứng để sản xuất ranhững laptop đã có được những thưởng thức về tính năng (functionality), tính năng (performance) vàgiá cả (cost). Yêu cầu chức năng đòi hỏi máy tính đề xuất tất cả thêm nhiều công dụng phong phúvà hữu ích; trải đời tính năng yên cầu máy vi tính đề xuất đạt vận tốc cách xử lý cao hơn cùng yên cầu giáthành đòi hỏi laptop nên ngày càng rẻ rộng. Để giành được cả ba đòi hỏi về tác dụng,tính năng với Chi tiêu là siêu trở ngại. Tuy nhiên, nhờ có sự cải cách và phát triển khôn cùng trẻ trung và tràn trề sức khỏe của côngnghệ vi giải pháp xử lý, các máy vi tính thời buổi này bao gồm nhân kiệt đa dạng và phong phú, nhanh rộng với thấp rộng so vớimáy tính xách tay những cố kỉnh hệ trước.Kiến trúc máy tính được cấu thành từ bỏ 3 nguyên tố con: (i) Kiến trúc tập lệnh (Instruction SetArchitecture), (ii) Vi phong cách xây dựng (Micro Architecture) cùng Thiết kế khối hệ thống (System Design). Kiến trúc tập lệnh: là hình hình họa của một khối hệ thống máy tính ở tầm mức ngôn từ đồ vật. Kiến trúc tập lệnh bao gồm những thành phần: tập lệnh, các chính sách liên can, các thanh khô ghi, khuôn dạng cửa hàng cùng dữ liệu. Vi kiến trúc: là biểu đạt nút rẻ về các yếu tắc của khối hệ thống máy tính, phối hận ghnghiền với câu hỏi trao đổi ban bố giữa chúng. Vi bản vẽ xây dựng góp vấn đáp nhị thắc mắc (1) Các nguyên tố phần cứng của sản phẩm tính liên kết cùng nhau như vậy nào? và (2) Các yếu tắc phần cứng của sản phẩm tính ảnh hưởng cùng nhau thế nào để xúc tiến tập lệnh? Thiết kế hệ thống: bao gồm toàn bộ những thành phần phần cứng của hệ thống máy vi tính, bao gồm: Hệ thống phối hận ghnghiền (những bus và các chuyển mạch), Hệ thống bộ nhớ lưu trữ, Các vẻ ngoài giảm thiết lập mang đến CPU (nhỏng tróc nã nhập thẳng bộ nhớ) cùng Các vấn đề khác (nlỗi nhiều giải pháp xử lý với xử trí tuy vậy song).Tổ chức máy tính tuyệt cấu trúc máy tính xách tay là khoa học nghiên cứu về những thành phần của dòng sản phẩm tínhvà cách tiến hành thao tác làm việc của bọn chúng. Với tư tưởng điều này, tổ chức laptop tương đối sát gũivới vi kiến trúc – một nhân tố của bản vẽ xây dựng laptop. vì thế, hoàn toàn có thể thấy rằng, kiến trúcmáy vi tính và quan niệm rộng rộng, nó khái quát cả tổ chức triển khai tuyệt kết cấu máy tính.1.2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÁY TÍNH1.2.1 Sơ đồ dùng kân hận chức năngHình 1 minch hoạ sơ đồ kăn năn chức năng của một hệ thống máy tính xách tay. Theo kia, hệ thống máytính gồm tứ nhân tố chính: (1) CPU – Khối hận xử lý trung tâm, (2) CMOS, có bộlưu giữ ROM và bộ nhớ lưu trữ RAM, (3) Các thứ nước ngoài vi, có các thứ vào và những lắp thêm ra và(4) Bus khối hệ thống, là khối hệ thống kênh dẫn bộc lộ ghnghiền nối các yếu tố nhắc trên. Dường như, còn 8 Chương thơm 1- Giới thiệu chungtất cả các bối cảnh ghxay nối vào với ghép nối ra dùng làm ghxay nối các lắp thêm ngoại vi vào bus hệthống. Mục 1.2.2 tiếp theo vẫn biểu đạt cụ thể tác dụng của từng kăn năn. CMOS ROM RAM CPU Bus khối hệ thống Ghnghiền nối vào Ghxay nối ra Thiết bị vào Thiết bị ra Bàn phím Màn hình con chuột Máy in Ổ đĩa Ổ đĩa Máy quét Các trang bị nước ngoài vi Hình 1. Sơ thứ kăn năn chức năng của khối hệ thống sản phẩm công nghệ tính1.2.2 Các nguyên tố của sản phẩm tính1.2.2.1 Kăn năn cách xử trí trung tâmKăn năn cách xử trí trung vai trung phong (Central Processing Unit - CPU) là yếu tắc đặc biệt duy nhất - đượcxem như là khối óc của sản phẩm tính. Các hưởng thụ của hệ thống với của người tiêu dùng hay đượctrình diễn thành các công tác laptop, trong những số ấy từng lịch trình hay được chế tạo thànhtừ rất nhiều lệnh của CPU. CPU đảm nhiệm bài toán hiểu các lệnh của chương trình tự bộ nhớ lưu trữ, giảimã và thực hiện lệnh. Thông qua câu hỏi CPU tiến hành những lệnh của chương trình, máy vi tính cókỹ năng cung ứng các nhân kiệt có lợi cho người thực hiện.CPU là vi mạch tích hợp với mật độ không nhỏ, được cấu thành từ bỏ tư yếu tắc con: (1) Bộtinh chỉnh và điều khiển (Control Unit - CU), (2) Sở tính tân oán số học tập và logic (Arithmetic and Logic Unit -ALU), (3) Các thanh hao ghi (Registers) cùng bus trong CPU (Internal Bus). Sở điều khiển và tinh chỉnh có nhiệmvụ đọc, giải mã với tinh chỉnh quy trình thực hiện lệnh. Bộ tính toán thù số học tập với ngắn gọn xúc tích chuyêntiến hành những phxay tân oán số học tập như cùng trừ, nhân, phân tách, cùng những phxay tân oán lôgic nlỗi với, hoặc,đậy định và những phnghiền dịch, tảo. Các thanh ghi là kho cất lệnh với dữ liệu trong thời điểm tạm thời mang đến CPUxử lý. Bus vào CPU tất cả trọng trách truyền dẫn những biểu lộ giữa những phần tử vào CPU và kếtnối cùng với khối hệ thống bus ngoại trừ. Hình 2 minc hoạ hai CPU của hãng Intel là 8086 thành lập năm 1978và Core 2 Duo thành lập và hoạt động năm 2006.1.2.2.2 Sở nhớ trongCMOS, còn được gọi là bộ nhớ lưu trữ chủ yếu (Internal Memory tốt Main Memory) là kho cất lệnhvà tài liệu của khối hệ thống và của người dùng ship hàng CPU giải pháp xử lý. Bộ nhớ trong thường là bộlưu giữ buôn bán dẫn, bao gồm nhị loại: (1) Bộ ghi nhớ chỉ phát âm (Read Only Memory – ROM) cùng (2) Bộlưu giữ truy cập thốt nhiên (Random Access Memory – RAM). ROM hay được sử dụng để 9 Chương thơm 1- Giới thiệu chunglưu lệnh cùng tài liệu của hệ thống. tin tức vào ROM được nạp trường đoản cú khi cung cấp cùng thườngchỉ hoàn toàn có thể hiểu ra trong quy trình áp dụng. Ngoài ra lên tiếng vào ROM luôn luôn lâu dài kể cả khikhông có nguồn điện áp nuôi. Hình 2. CPU của hãng Intel: 8086 và Vi xử lý Core 2 DuoKhác với bộ lưu trữ ROM, bộ nhớ RAM thường xuyên được thực hiện để lưu giữ lệnh với tài liệu của tất cả hệthống với của người dùng. RAM thông thường sẽ có dung lượng lớn hơn các so với ROM. Tuy nhiên,biết tin vào RAM chỉ trường thọ lúc có điện áp nguồn nuôi. Hình 3 minh hoạ vi mạch cỗ nhớROM cùng các vi mạch ghi nhớ RAM gắn bên trên một tkhô cứng lưu giữ RAM. Hình 3 Sở nhớ ROM với RAM1.2.2.3 Các sản phẩm vào raCác trang bị vào ra (Input – Output đầu ra devices), hay còn được gọi là các thứ nước ngoài vi (Peripheraldevices) đảm nhiệm câu hỏi nhập tài liệu vào, điều khiển khối hệ thống và kết xuất dữ liệu ra. Có haiteam thiết bị ngoại vi: (1) Các lắp thêm vào (Input devices) với (2) Các trang bị ra (Outputdevices). Các sản phẩm vào dùng để làm nhập tài liệu vào và tinh chỉnh hệ thống, gồm: bàn phím(keyboard), chuột (mouse), ổ đĩa (Disk Drives), thiết bị quét hình ảnh (Scanners),... Các sản phẩm công nghệ ra 10 Cmùi hương 1- Giới thiệu chungdùng làm xuất tài liệu ra, gồm: màn hình (Screen), thiết bị in (Printers), ổ đĩa (Disk Drives), máyvẽ (Plotters),...1.2.2.4 Bus hệ thốngBus khối hệ thống (System Bus) là 1 trong tập những đường dây kết nối CPU cùng với những nguyên tố kháccủa máy tính. Bus hệ thống hay gồm tía bus con: Bus cửa hàng – Bus A (Address bus), Busdữ liệu – Bus D (Data bus), Bus điều khiển - Bus C (Control bus). Bus xúc tiến tất cả nhiệm vụtruyền biểu lộ địa chỉ còn CPU cho bộ lưu trữ và những trang bị ngoại vi; Bus dữ liệu di chuyển cácdấu hiệu dữ liệu theo hai phía đi cùng mang đến CPU; Bus điều khiển truyền biểu lộ điều khiển từCPU đến những thành phần khác, đồng thời truyền biểu lộ tinh thần của những yếu tố kháccho CPU.1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY TÍNHLịch sử cải cách và phát triển máy tính rất có thể được chia thành 5 nạm hệ chủ yếu phục trực thuộc vào sự phát triểncủa mạch năng lượng điện tử.1.3.1 Thế hệ 1 (1944-1959)Máy tính nuốm hệ 1 áp dụng đèn khí tử làm linh kiện thiết yếu với băng trường đoản cú làm cho lắp thêm vào ra. Mậtđộ tích phù hợp linh kiện vào tầm khoảng 1000 linh kiện / foot3 (1 foot = 30.48 cm). Đại diện tiêu biểucủa núm hệ máy tính này là siêu máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator andComputer), trị giá chỉ 500.000 USD.1.3.2 Thế hệ 2 (1960-1964)Máy tính núm hệ 2 sử dụng bóng cung cấp dẫn (transitor) làm linh kiện bao gồm. Mật độ tích vừa lòng linhkhiếu nại vào mức 100.000 linh phụ kiện / foot3. Các đại diện tiêu biểu vượt trội của nuốm hệ máy tính xách tay này làUNIVAC 1107, UNIVAC III, IBM 7070, 7080, 7090, 1400 series, 1600 series. Máy tínhUNIVAC thứ nhất Thành lập và hoạt động vào khoảng thời gian 1951, có giá khởi điểm là 159.000 USD. Một số phiên bảnkết tiếp của UNIVAC có mức giá nằm trong tầm 1.250.000 – 1.500.000 USD.1.3.3 Thế hệ 3 (1964-1975)Máy tính rứa hệ 3 áp dụng mạch tích đúng theo (IC – Integrated Circuit) làm linh phụ kiện bao gồm. Mật độtích phù hợp linh phụ kiện vào tầm 10.000.000 linh kiện / foot3. Các đại diện tiêu biểu của nắm hệlaptop này là UNIVAC 9000 series, IBM System/360, System 3, System 7.1.3.4 Thế hệ 4 (1975-1989)Máy tính thế hệ 4 sử dụng mạch tích vừa lòng loại béo (LSI – Large Scale Integrated Circuit) làmlinh phụ kiện chủ yếu. Mật độ tích vừa lòng linh phụ kiện vào tầm 1 tỷ linh kiện / foot3. Các thay mặt tiêubiểu của vắt hệ máy tính xách tay này là IBM System 3090, IBM RISC 6000, IBM RT, Cray 2 XMPhường.1.3.5 Thế hệ 5 (1990 - nay)Máy tính vắt hệ 5 sử dụng mạch tích phù hợp loại cực kỳ mập (VLSI – Very Large Scale IntegratedCircuit) làm linh kiện chủ yếu. Mật độ tích phù hợp linh kiện không nhỏ với các công nghệ 0.180µm –0.045µm (kích cỡ transitor giảm xuống còn 180 – 45 nano mét). Các đại diện thay mặt tiêu biểu củaráng hệ máy tính này là laptop thực hiện CPU Hãng sản xuất Intel Pentium II, III, IV, M, D, Core Duo, bộ vi xử lý Core 11 Cmùi hương 1- Giới thiệu chung2 Duo, Chip Core Quad,... Máy tính núm hệ 5 đạt tính năng cách xử lý không hề nhỏ, cung ứng nhiều tính năngtiến tiến, như hỗ trợ cách xử lý song song, tích thích hợp tài năng xử lý âm tkhô giòn cùng hình hình ảnh.1.4 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VON-NEUMANN VÀ HARVARD1.4.1 Kiến trúc máy vi tính von-NeumannKiến trúc laptop von-Neumann được đơn vị toán học tập John von-Neumann đưa ra vào năm1945 trong một báo cáo về máy vi tính EDVAC nhỏng minh hoạ trên Hình 4 - Kiến trúc thứ tínhvon-Neumann nguim thuỷ. Hình 4 Kiến trúc máy vi tính von-Neumann nguyên thuỷCác máy vi tính tân tiến thời nay sử dụng phong cách thiết kế máy tính xách tay von-Neumann cách tân – còn gọi làkiến trúc máy tính xách tay von-Neumann văn minh, nlỗi minc hoạ trên Hình 5. Đơn vị xử trí trung tâm (CPU) Đơn vị điều khiển (CU) Sở ghi nhớ chủ yếu Các đồ vật Đơn vị số (Main memory) vào ra (I/O) học-súc tích (ALU) Các tkhô giòn ghi (Registers) Bus khối hệ thống Hình 5 Kiến trúc máy vi tính von-Neumann hiện đạiKiến trúc von-Neumann dựa vào 3 định nghĩa cơ sở: (1) Lệnh với tài liệu được lưu trữ trong bộlưu giữ hiểu ghi chia sẻ - một bộ nhớ nhất được sử dụng nhằm lưu trữ cả lệnh và dữ liệu, (2) Bộghi nhớ được tiến công thúc đẩy theo vùng, ko phụ thuộc vào vào nội dung nó lưu trữ cùng (3) Các lệnh 12 Cmùi hương 1- Giới thiệu chungcủa một công tác được triển khai tuần tự. Quá trình thực hiện lệnh được chia thành 3 giaiđoạn (stages) chính: (1) CPU gọi (fetch) lệnh từ bỏ bộ lưu trữ, (2) CPU giải thuật cùng triển khai lệnh;nếu lệnh thưởng thức tài liệu, CPU hiểu tài liệu trường đoản cú cỗ nhớ; và (3) CPU ghi tác dụng triển khai lệnhvào bộ nhớ (nếu có).1.4.2 Kiến trúc máy vi tính HarvardKiến trúc laptop Harvard là một trong phong cách thiết kế tiên tiến nhỏng minc hoạ trên Hình 6. Hình 6 Kiến trúc máy tính HarvardKiến trúc laptop Harvard chia bộ lưu trữ vào thành nhì phần riêng rẽ: Bộ ghi nhớ giữ chươngtrình (Program Memory) cùng Sở nhớ lưu lại dữ liệu (Data Memory). Hai hệ thống bus riêng đượcthực hiện để liên kết CPU với bộ lưu trữ giữ chương trình cùng bộ nhớ lưu trữ lưu lại tài liệu. Mỗi khối hệ thống busđều có không thiếu cha yếu tố nhằm truyền dẫn các biểu đạt shop, tài liệu và điều khiển và tinh chỉnh.Máy tính dựa trên bản vẽ xây dựng Harvard có chức năng đã đạt được tốc độ cách xử trí cao hơn máy vi tính dựabên trên phong cách thiết kế von-Neumann vị phong cách thiết kế Harvard cung ứng hai khối hệ thống bus tự do với băngthông lớn hơn. Bên cạnh đó, dựa vào bao gồm hai hệ thống bus độc lập, hệ thống lưu giữ vào kiến trúcHarvard cung ứng những lệnh truy vấn nhập bộ lưu trữ trên 1 thời điểm, giúp bớt xung đột truy tìm nhậpbộ nhớ, đặc trưng Khi CPU sử dụng kỹ thuật đường ống (pipeline).1.5 CÁC HỆ SỐ ĐẾM VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU TRÊN MÁY TÍNH1.5.1 Các hệ số đếmTrong đời sống từng ngày, hệ đếm thập phân (Decimal Numbering System) là hệ đếm thôngdụng độc nhất. Tuy nhiên, trong số đông những hệ thống tính toán hệ đếm nhị phân (BinaryNumbering System) lại được thực hiện nhằm trình diễn dữ liệu. Trong hệ đếm nhị phân, chỉ 2 chữsố 0 và 1 được sử dụng: 0 trình diễn quý giá Sai (False) và 1 màn biểu diễn quý giá Đúng (True).Trong khi, hệ đếm thập lục phân (Hexadecimal Numbering System) cũng khá được sử dụng. Hệthập lục phân sử dụng 16 chữ số: 0-9, A, B, C, D, E, F.1.5.1.1 Hệ đếm thập phânHệ đếm thập phân là hệ đếm cơ số 10, sử dụng 10 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Mỗi sốvào hệ 10 có thể được trình diễn thành một đa thức: anan-1...a1 = an*10n-1an-1*10n-2*...*a1*100Ví dụ: 13 Chương 1- Giới thiệu phổ biến 123 = 1*102 + 2 * 101 + 3*100 = 100 + đôi mươi + 3 123,456 = 1*102 + 2 * 101 + 3*100 + 4*10-1 + 5*10-2 + 6*10-3 = 100 + đôi mươi + 3 + 0.4 + 0.05 + 0.0061.5.1.2 Hệ đếm nhị phânHệ đếm nhị phân là hệ đếm cơ số 2, chỉ áp dụng 2 chữ số: 0 cùng 1. Mỗi số vào hệ 2 cũng cóthể được trình diễn thành 1 đa thức: (anan-1...a1)2 = an*2n-1an-1*2n-2*...*a1*20Ví dụ: (11001010)2 = 1*27 + 1*26 + 0*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20 = 128 + 64 + 8 + 2 = (202)10Việc thay đổi số hệ thập phân sang trọng số hệ nhị phân hoàn toàn có thể được triển khai theo thuật toándễ dàng và đơn giản như minch hoạ trên Hình 7. Hình 7 Chuyển thay đổi số hệ thập phân lịch sự số hệ nhị phân1.5.1.3 Hệ đếm thập lục phânHệ đếm thập lục phân là hệ đếm cơ số 16, áp dụng 16 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B,C, D, E, F. Mỗi số trong hệ 16 được trình diễn vị 4 chữ số vào hệ nhị phân nlỗi minh hoạbên trên Hình 8. Ưu điểm của hệ thập lục phân là số thập lục phân rất có thể thay đổi sang số hệnhị phân và ngược lại một bí quyết thuận lợi với đề nghị không nhiều chữ số rộng hệ nhị phân nhằm màn trình diễn cùngmột đơn vị chức năng tài liệu. Hình 8 Giá trị các số thập lục phân theo hệ thập phân cùng nhị phân1.5.2 Tổ chức tài liệu trên máy vi tính 14 Chương thơm 1- Giới thiệu chungDữ liệu bên trên máy tính được trình diễn theo những đơn vị chức năng (unit). Các đơn vị màn biểu diễn dữ liệu cơsở gồm: bit, nibble, byte, word cùng double-word. Bit là đơn vị dữ liệu nhỏ nhất: từng bit chỉ lưuđược tối nhiều 2 giá chỉ trị: 0 hoặc 1, tốt đúng hoặc sai. Nibble là đơn vị chức năng tiếp đến bit. Mỗi nibble làmột tổ 4 bit. Một nibble rất có thể giữ tối đa 16 quý hiếm, trường đoản cú (0000)2 cho (1111)2, hoặc một chữsố thập lục phân.Byte là đơn vị tài liệu tiếp nối nibble. Một byte là một nhóm của 8 bits hoặc 2 nibbles. Mộtbyte có thể lưu đến 256 quý giá, trường đoản cú (0000 0000)2 cho (1111 1111)2, hoặc tự (00)16 cho (FF)16.Hình 9 minch hoạ đơn vị biểu diễn dữ liệu Byte. Hình 9 Đơn vị biểu diễn dữ liệu ByteWord (từ) là đơn vị dữ liệu sau đó byte. Một word là 1 trong đội của 16 bits, hoặc 2 bytes. Mộtword rất có thể giữ cho 216 (65536) giá trị, trường đoản cú (0000)16 cho (FFFF)16. Hình 10 minh hoạ solo vịbiểu diễn tài liệu word. Hình 10 Đơn vị màn biểu diễn tài liệu WordDouble words (từ kép) là đơn vị trình diễn dữ liệu cơ sở lớn số 1. Một double word là mộtteam 32 bits, hoặc 4 bytes, hoặc 2 words. Một double word hoàn toàn có thể lưu lại mang đến 232 quý giá, từ(0000 0000)16 mang lại (FFFF FFFF)16. Hình 11 minch hoạ đơn vị màn trình diễn tài liệu double word. Hình 11 Đơn vị màn biểu diễn dữ liệu Double word 15 Chương 1- Giới thiệu chung1.5.3 Số bao gồm dấu cùng số không dấuTrong những hệ thống tính tân oán, cùng với thuộc một số trong những bit rất có thể màn biểu diễn các giá trị khác biệt ví như sốđược màn trình diễn là có dấu hoặc ko vệt. Để biểu diễn số bao gồm vệt, người ta áp dụng bit caođộc nhất (phía trái nhất) để trình diễn vệt của số - hotline là bit vết, chẳng hạn bịt dấu có giá trị 0 là sốdương với bít lốt có giá trị 1 là số âm. Với số ko vệt, tất cả các bit được áp dụng nhằm biểudiễn giá trị của số. vì vậy, miền quý hiếm hoàn toàn có thể biểu diễn của một số có n bịt như sau:  Số tất cả dấu: miền trình diễn rảnh -2n-1 mang đến + 2n-1 - 8 bits: từ -128 mang đến +128 - 16 bits: tự -32768 cho +32768 - 32 bits: tự -2.147.483.648 cho +2.147.483.648  Số không dấu: trường đoản cú 0 đến 2n - 8 bits: từ bỏ 0 mang đến 256 - 16 bits: từ 0 mang lại 65536 - 32 bits: từ bỏ 0 mang lại 4.294.967.2961.5.4 Bảng mã ASCIIBảng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) là bảng mã các cam kết tựchuẩn chỉnh tiếng Anh cần sử dụng đến Bàn bạc dữ liệu giữa các hệ thống tính tân oán. Bảng mã ASCII sửdụng 8 bít để biểu diễn 1 ký trường đoản cú, cho phép khái niệm tổng cộng 256 cam kết trường đoản cú, đánh số tự 0 mang đến 255.32 ký kết từ thứ nhất với ký kết tự số 127 là những ký kết từ bỏ điều khiển (không in ra được). Các ký tự tự số32 mang lại 126 là các ký kết trường đoản cú hoàn toàn có thể in được (bao gồm cả vệt trắng). Các vị trí sót lại trong bảng (128-255) để giành riêng cho thực hiện trong tương lai. Hình 12 cùng Hình 13 theo lần lượt là minh hoạ các cam kết tựđiều khiển và tinh chỉnh và các ký tự in được của bảng mã ASCII. 16 Cmùi hương 1- Giới thiệu chungHình 12 Bảng mã ASCII - Một số ký tự điều khiển Hình 13 Bảng mã ASCII - Các ký kết từ bỏ in được 17