Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI TS Phạm Văn Thành (phamvanthanh@hus.edu.vn) Nội dung Lịch sử phát triển máy vi tính điện tử Phân loại máy vi tính Các thành phần máy vi tính PC (personal computer) http://en.wikipedia.org/wiki/Personal_computer http://en.wikipedia.org/wiki/Computer Lịch sử phát triển máy vi tính điện tử Lịch sử 1946-1959 • Chế tạo: bóng đèn điện tử chân khơng, tiêu thụ điện lớn • Tốc độ: vài nghìn phép tính giây • Ngơn ngữ lập trình: ngơn ngữ ký hiệu, ngôn ngữ máy ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) 17,468 vacuum tubes 7,200 crystal diodes 1,500 relays 70,000 resistors 10,000 capacitors 2.4 m × 0.9 m × 30 m 150kW $500,000 (~$6,000,000 today) 5,000 simple addition or subtraction http://en.wikipedia.org/wiki/ENIAC Lịch sử 1959-1965 • Chế tạo: chất bán dẫn, tiêu thụ điện • Tốc độ: hàng vạn phép tính giây • Trang bị nhớ lớn, thiết bị ngoại vi bắt đầu phát triển hình đen trắng, bàn phím • Ngơn ngữ lập trình: Fortran, Cobol, IBM 1401 (http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_1401) HoneyWell 400 Univac III (http://en.wikipedia.org/wiki /UNIVAC_III) 1965-1975 Lịch sử • Chế tạo: Các mạch IC-Integrated circuit (Bộ vi xử lý Intel 4004) • Tốc độ: tốc độ tính tốn hàng triệu phép tính giây • Ngơn ngữ lập trình hệ điều hành phát triển mạnh IBM360 UNIVAC 1108 Lịch sử 1975-1980 • IC công suất lớn đời sở để vi xử lý Intel 8080, 8085 đời (8 bit Bus liệu 16 bit Bus địa chỉ), Intel 8086 (16 bit Bus liệu 20 bit Bus địa chỉ, 1st generation of x86 family) • Tốc độ: tốc độ xử lý lên tới hàng triệu phép tính giây • Có nhớ lớn, thiết bị ngoại vi phát triển mạnh: hình mầu, bàn phím, máy in, ổ đĩa CD_ROM,… • Hệ điều hành DOS, ngơn ngữ trí tuệ nhân tạo Prolog (Programming Logic) IBM 1982-1983 Lịch sử • Máy tính cá nhân PC XT IBM (Intel 8088 4.77MHz, có bit Bus liệu 20 bit Bus địa chỉ) • PC XT máy vi tính trang bị ổ cứng10 MB Seagate ST-412, đĩa mềm 360KB nhớ 256KB, có khe cắm mở rộng ISA bit tăng khả kết nối thành phần ngoại vi • Hệ điều hành: IBM BASIC / PC DOS 2.0-3.20 / SCO (Santa Cruz Operation) IBM PC/XT (model 5160) http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_5160 Lịch sử 1984-1987 • Máy tính cá nhân PC AT IBM (Intel 80286, 6~8 MHz,16 bit Bus liệu 24 bit Bus địa chỉ, quản lý nhớ 16MB) • Ổ cứng 20 MB hard disk drive, có khe cắm mở rộng ISA 16 bit • Hệ điều hành: PC DOS 3.x/ Window 1.0 IBM AT (model 5170) http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_Personal_Computer/AT Lịch sử 1987-1989 • Ra đời máy tính sử dụng Intel 80386 (33Mhz, 32 bit Bus liệu, 32 bit Bus địa chỉ), khả quản lý nhớ lên tới GB, trang bị khe cắm mở rộng EISA(Extended Industry Standard Architecture) 32 bit, • Có nhiều thiết bị ngoại vi phục vụ cho nhu cầu giải trí, xem phim, nghe nhạc, trị chơi, đồ hoạ, • Chất lượng chưa cao Intel 80386 http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_80386 Thành phần a) CPU (Central Processing Unit) • Khối thực lệnh EU: – Có nhiệm vụ giải mã lệnh thành xung điện áp khác để điều khiển khối khác thực lệnh – EU có khối điều khiển CU chứa mạch giải mã lệnh, mã lệnh đưa vào từ PQ (từ nhớ chính, từ ổ đĩa,…) thông qua khối lệnh IU đưa đến đầu vào giải mã Các thông tin thu đầu đưa tới ALU toán số học(+, -, *, / ) logic (AND, OR, NAND, NOR, XOR, ), đưa tới mạch tạo xung điều khiển để điều khiển khối khác thực (các thiết bị khác) mã lệnh lệnh điều khiển Thành phần b) Bộ nhớ (Memory) • Thơng tin tập hợp thành file lưu trữ đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa CD hay RAM, ROM, Cache L1, L2, thông tin xử lý nhờ CPU bên máy tính Những thiết bị sử dụng để lưu trữ liệu gọi chung nhớ • Có loại nhớ nhớ ngồi (CD, HDD,…) nhớ (RAM, ROM, Cache,…) Thành phần b) Bộ nhớ (Memory)- Bộ nhớ ngồi • Chia theo cấu tạo nhớ: Bộ nhớ từ, nhớ quang nhớ flash – Bộ nhớ từ sử dụng vật liệu từ để nhớ bao gồm: có đĩa mềm FDD (floppy disk), đĩa cứng HDD (hard disk), băng từ – Bộ nhớ quang cấu tạo vật liệu nhớ quang: CD-ROM, DVD, … – Bộ nhớ flash: USB, SSD,… Thành phần b) Bộ nhớ (Memory)- Bộ nhớ Bộ nhớ từ Ổ đĩa mềm floppy HDD Bộ nhớ quang Ổ đĩa CD Ổ đĩa DVD Thành phần b) Bộ nhớ (Memory)- Bộ nhớ Bộ nhớ flash USB (2013 1TB) SSD (Solid State Drive) Thành phần b) Bộ nhớ (Memory)- Bộ nhớ • Được cấu tạo từ vi mạch nhớ bán dẫn • Sử dụng để lưu trữ lệnh, chương trình liệu q trình xử lý • Được chia thành ô nhớ, ô nhớ chia thành nhiều ngăn, ngăn lưu trữ bit thông tin (bit bit 1), thông thường ô nhớ tương ứng với byte (1 byte gồm có bit) n 3 Thành phần b) Bộ nhớ (Memory)- Bộ nhớ Bộ nhớ chia làm loại chính: Bộ nhớ đọc ROM nhớ truy nhập RAM • Bộ nhớ đọc ROM (Read Only Memory):  Là nhớ đọc khơng thể ghi hay xố  Được sử dụng để chứa chương trình điều khiển hệ thống BIOS (Basic Input Output System - hệ thống vào sở) The first EPROM (Intel 1702) http://en.wikipedia.org/wiki/Read-only_memory Thành phần b) Bộ nhớ (Memory)- Bộ nhớ • Bộ nhớ truy nhập RAM (Random Access Memory):  Là nhớ có khả đọc ghi liệu  Được sử dụng để lưu trữ mã lệnh, liệu trình xử lý  Dữ liệu bị máy vi tính điện http://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory Thành phần c) Thiết bị ngoại vi Thiết bị ngoại vi bao gồm thiết bị vào thiết bị • Thiết bị vào: Là thiết bị sử dụng để đưa thơng tin vào máy vi tính Thành phần c) Thiết bị ngoại vi • Thiết bị ra: : Là thiết bị sử dụng để đưa thông tin khỏi máy vi tính Thành phần d) Hệ thống Bus • Các đường dẫn kết nối thiết bị lại với nhau, • Được sử dụng để truyền tín hiệu CPU, nhớ thiết bị ngoại vi với • Các loại hệ thống Bus: Bus liệu, Bus địa Bus điều khiển  Bus liệu:  Các đường dây sử dụng để truyền thông tin CPU, nhớ thiết bị ngoại vi với  Bus bit, bus bit, bus 16 bit, bus 32 bit bus 64 bit tuỳ theo hệ hệ vi xử lý, số bit số lượng dây dẫn cấu thành nên bus Thành phần d) Hệ thống Bus  Bus liệu: Ví dụ: Intel 4004 co bit liệu Intel 8088 có bit liệu Intel 8086 có 16 bit liệu  Bus địa chỉ:  Được sử dụng để truyền tín hiệu địa từ vi xử lý tới nhớ tới thiết bị ngoaị vi  Gồm có 12, 16, 20, 24, 32, 36 bit tuỳ theo hệ vi xử lý Ví dụ: Intel 8086 có 20 bit bus địa Intel pentium có 32 bit bus địa Intel pentium III có 36 bit bus địa Thành phần d) Hệ thống Bus  Bus địa chỉ:  Số lượng bit bus khả quản lý không gian nhớ vật lý CPU Ví dụ: CPU có bus địa 24 bit có khả quản lý 224 = 16x210 x210 bytes = 16 Mbytes ô nhớ khác tương ứng với địa ô nhớ từ đến 224-1  Bus điều khiển:  Được sử dụng để điều khiển nhớ thiết bị ngoại vi khác theo yêu cầu CPU  Việc điều khiển điều khiển đọc/ghi nhớ điều khiển vào thiết bị ngoại vi ... Dữ liệu bị máy vi tính điện http://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory Thành phần c) Thiết bị ngoại vi Thiết bị ngoại vi bao gồm thiết bị vào thiết bị • Thiết bị vào: Là thiết bị sử dụng... tin vào máy vi tính 3 Thành phần c) Thiết bị ngoại vi • Thiết bị ra: : Là thiết bị sử dụng để đưa thông tin khỏi máy vi tính 3 Thành phần d) Hệ thống Bus • Các đường dẫn kết nối thiết bị lại... loại máy vi tính a) b) c) d) Siêu máy tính (Supercomputer) Máy vi tính lớn (Mainframe computer) Máy vi tính (Minicomputer) Máy vi tính (Microcomputer – personal computer) 2 Phân loại a) Siêu máy