Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (996.6 KB, 8 trang )
BÁO CÁO
Câu 1: Trình bày các thành phần của máy tính vàchức năng của từng thành phần.Câu 2: Trình bày nguyên lý Von Neumann.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2019
Câu 1: Trình bày các thành phần của máy tính và chức năng của từng thành phần.MemoryCPU
Input/OutputDevices
Hình 1.1 – Sơ đồ cấu trúc cơ bảncủa máy tính1- Các thành phần cơ bản của máy tính.a. Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit/CPU): Điều khiển hoạt động củamáy tính và xử lý số liệu.b. Hệ thống bộ nhớ: chứa chương trình và dữ liệu đang được xử lý.c. Hệ thống vào/ra (Input/Output): Trao đổ thông tin giữa bên ngoài và bên trongmáy tính.d. Liên kết hệ thống (Interconnetion): Kết nối và vận chuyển thông tin giữa cácthành phần với nhau.2- Chức năng của các thành phần.a. Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit/CPU) hay còn gọi là bộ xử lý trungtâm có chức năng là:i. Điều khiển toàn bộ hoạt động của máy tính.ii. Xử lý dữ liệu (vd: Các phép toán số học và logic).
Nó là bộ não của một chiếc máy tính đóng vai trò chỉ huy, xử lý các lệnh, thông tinnhận được và đưa ra lệnh để điều khiển mọi hoạt động của máy tính. Là phần tử cốtlõi nhất, không thể thiếu của một chiếc máy tính.Hình 1.2 là ví dụ về một chiếc CPU. Bộ vi xửlý được đặt và bảo mật vào một đế cắm CPUđược gọi là CPU socket tương thích được tìmtrên bo mạch chủ (main). CPU khi sử dụng sẽsản sinh nhiệt, vì thế chúng thường được phủmột lớp tản nhiệt để làm mát giúp sử dụng trơntru hơn.Hình 1.2 – Hình dạng CPU Inteldòng I – Core i9
Hầu hết ngày nay các loại CPU đều giống vớiảnh ở trên.
b. Hệ thống bộ nhớ máy tính có chức năng lưu trữ chương trình và dữ liệu gồm 2thao tác: Thao tác đọc dữ liệu (Real) Thao tác ghi dữ liệu (Write)
Hình 1.3 – Mô hình về bộ nhớ máy tính Các thành phần chínhi. Bộ nhớ trong (Internal Memory) Chức năng và đặc điểm: Chứa thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp Tốc độ rất nhanh Dung lượng không lớn Sử dụng bộ nhớ bán dẫn RAM, ROM
Các loại bộ nhớ trong: Bộ nhớ chính (Main memory): Chứa chương trình và dữ liệu đangđược sử dụng bởi CPU. Được tổ chức thành các ngăn nhớ (ngănnhớ được tổ chức theo byte) và được đánh dấu địa chỉ. Nội dungủa ngăn nhớ có thể thay đổi nhưng địa chỉ thì không. Bộ nhớ Cache (Cache memory) hay còn gọi là bộ nhớ đệm. Là bộnhớ bán dẫn có tốc độ nhanh và chúng được đặt đệm giữa CPU vàbộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ truy xuất của CPU tới bộ nhớ chính.Dung lượng nhở hơn bộn nhớ chính rất nhiều, nhưng tốc độ xử lýlại nhanh hơn. Ngày nay Cache được tích hợp và trong bộ vi xử lývà nó trong suốt với người sử dụng.ii. Bộ nhớ ngoài (External Memory) Chức năng và đặc điểm Lưu trữ tài nguyên phần mềm của máy tính.
Được kết nối với hệ thống như thiết bị vào ra. Dung lượng rất lớn (lên đến Gb hoặc Tb) Tốc độ xử lí chậm. Các loại bộ nhớ ngoài.Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩamềm, …
Bộ nhớ quang CD, VCD,DVD, …
Bộ nhớ bán dẫn: flashDisk, memory Card ,…
Bảng 1 – Các loại ổ nhớ ngoài
c. Hệ thống vào/ra (Input/Output) có chức năng trao đổi thông ti giữa máy tính vớithế giới bên ngoài.i. Các thao tác cơ bản Nhập dữ liệu (In) Xuất dữ liệu (Out)ii. Các thành phần chính Thiết bị ngoại vi: Có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ bên ngoàithành dữ liệu đi vào máy tính và ngược lại: Thiết bị vào ( bànphím, chuột, máy Scan,…), Thiết bị ra ( màn hình, máy in, máychiếu,….), Thiết bị nhớ( đĩa từ, đĩa quang,…), thiết bị truyềnthông( Modem,…). Các Module I/O (IO module): có nhiệm vụ ghép nối thiết bị ngoạivi với máy tính, mỗi module có 1 hay nhiều cổng ra -vào, mỗi
cổng được đánh địa chỉ xác định. Ví dụ: COM, LPT, USB, VGA,Module Remote I/O, Wireless Sensing, …d. Liên kết hệ thống (Interconnetion): là một hệ thống phụ chuyển dữ liệu giữa cácthành phần bên trong máy tính, hoặc giữa các máy tính với nhau. Các bus máy tính đầu tiên theo nghĩa đen là các dây điện song song với đakết nối, nhưng thuật ngữ này bây giờ được sử dụng cho bất cứ sắp xếp vậtlýcung cấp cùng một chức năng như các bus điện tử song song. Các bus máy tính hiện đại có thể dùng cả thông tin liên lạc song song vàcác kết nối chuỗi bit, và có thể được đi dây trong một multidrop (dòng điệnsong song) hoặc chuỗi Daisy (kỹ thuật điện tử) có cấu trúc liên kết, hoặckết nối với các hub chuyển mạch, như USB.
Hình 1.3 – Mô hình về bộ nhớ máy tính
Câu 2: Trình bày nguyên lý Von Neumann.
–
–
Kiến trúc von Neumann – còn được gọi là mô hình von Neumann hoặc kiến trúcPrinceton – là kiến trúc máy tính dựa trên mô tả năm 1945 của nhà toán học và vậtlý John von Neumann và những người khác trong Bản thảo đầu tiên của Báo cáo vềEDVAC.Đặc điểm về kiến trúc của Von Neumann:o Dữ liệu và chương trình chứa trong bộ nhớ đọc ghi.o Bộ nhớ được đánh địa chỉ cho các ngăn nhớ không phụ thuộc và nội dung củachúng.o Các lệnh được máy tính thực hiện một cách tuần tự.
–
Von Neumann chia hoạt của máy tính thành 5 thành phần chính là:1. CPU (Bộ xử lý trung tâm) – Là thành phần chính của máy tính, đây là nơi sẽ thựchiện các phép tính số học và logic của quá trình xử lý thông tin, đồng thời là nơisinh ra các tín hiệu để đồng bộ và điều khiển toàn bộ mọi hoạt động của máy tính.2. Bộ nhớ làm việc (RAM) – Là nơi tạo ra môi trường làm việc cho Hệ điều hành vàcác chương trình ứng dụng.3. Bộ nhớ vĩnh cửu (ROM) – Là nơi chứa các chương trình điều hành hoạt động máymáy tính ở mức độ cơ sở.4. Thiết bị vào (Input) – là các ngoại vi như bàn phím, con chuột Scanner.v.v. giúpcho máy tính có nhiều khả năng phong phú khi thu thập số liệu và giao tiếp ngườimáy.5. Thiết bị ra (Output) – là các ngoại vi như Màn hình, máy in, máy vẽ, loa bộ nhớngoài.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.
Hình 2.1 Mô hình Von Neumann-
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 cácngoại vi. Cho phép CPU có khả năng địa chỉ hóa và quản lý được các ô nhớ, cáccổng vào và các cổng ra. Số lượng dây dẫn tạo nên các tín hiệu địa chỉ (độ rộng busđịa chỉ) cho thấy khả năng địa chỉ hóa được các ô nhớ và các cổng vào/ra trên máytính. Nếu độ rộng của Bus địa chỉ là k bits thì máy tính đó có khả năng địa chỉ hóađược 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 nhớhay cổng vào và cổng ra. Trên máy tính thường xuyên diễn ra 2 quá trình cơ bản làquá 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 đếnbộ nhớ hay các cống ra. Tín hiệu điều khiển: là các tín hiệu cho phép điều khiển khi nào thì CPU đọchay ghi số liệu, cho phép máy tính thực hiện hay không thực hiện các chức năng nhưngắt, DMA, biểu diễn trạng thái của máy tính hay mã hóa các quá trình thực hiệnlệnh trên máy tính. Có 3 tín hiệu điều khiển xuất phát từ CPU để điều khiển quá trình đọc/ghi trênmáy tính: M/IO, RD, WR. Từ 3 tín hiệu này máy tính có thể tạo được các tín hiệuđiều khiển để đọc bộ nhớ, ghi bộ nhớ hay đọc và ghi vào/ra.Tại một thời điểm trên bus điều khiển chỉ tồn tại một trong số 4 tín hiệu trên, đồng thời busđịa chỉ cũng chỉ tồn tại 1 giá trị, do đó tại 1 thời điểm máy chỉ có thể thực hiện 1 thao tác trongsố 4 thao tác cơ bản của máy tính. Hay nói cách khác CPU chỉ có thể thực hiện trao đổi thôngtin 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 trìnhxử lý tuần tự (step-by-step). Đây là nhược điểm lớn nhất của máy tính hoạt động theo nguyênlý Voneumann. Vì trong các bài toán xử lý thông tin trong thực tế, tại 1 thời điểm, máy tínhthường xuyên cần phải đồng thời trao đổi thông tin với nhiều ngoại vi, nguyên lý Voneumannnhư đã trình bày ở trên không cho phép máy tính thực hiện được nhiệm vụ này. Để khắc phụcnhược điểm này người ta phải tăng tốc độ làm việc của máy tính, xây dựng các mạng máy tínhxử lý song song và đưa ra một mô hình máy tính mới hoạt động theo nguyên lý xứ lý songsong – máy tính mạng nơron (Neural network).
TÀI LIỆU THAM KHẢO1. Slide bài giảng: Giới thiệu chung về công nghệ thông tin – HV Kỹ Thuật quân sự2. Giáo trình tin học cơ sở, Hồ Sỹ Đàm, Đào Kiến Quốc, Hồ Đắc Phương. Đại họcSư phạm, 20043. Giáo trình: Thông tin – Xử lý thông tin tổng quan về hệ thống máy tính – TTQuản trị mạng ATHENA
Nó là bộ não của một chiếc máy tính đóng vai trò chỉ huy, giải quyết và xử lý những lệnh, thông tinnhận được và đưa ra lệnh để điều khiển và tinh chỉnh mọi hoạt động giải trí của máy tính. Là thành phần cốtlõi nhất, không hề thiếu của một chiếc máy tính. Hình 1.2 là ví dụ về một chiếc CPU. Bộ vi xửlý được đặt và bảo mật thông tin vào một đế cắm CPUđược gọi là CPU socket thích hợp được tìmtrên bo mạch chủ ( main ). CPU khi sử dụng sẽsản sinh nhiệt, vì vậy chúng thường được phủmột lớp tản nhiệt để làm mát giúp sử dụng trơntru hơn. Hình 1.2 – Hình dạng CPU Inteldòng I – Core i9Hầu hết thời nay những loại CPU đều giống vớiảnh ở trên. b. Hệ thống bộ nhớ máy tính có tính năng tàng trữ chương trình và tài liệu gồm 2 thao tác : Thao tác đọc tài liệu ( Real ) Thao tác ghi tài liệu ( Write ) Hình 1.3 – Mô hình về bộ nhớ máy tính Các thành phần chínhi. Bộ nhớ trong ( Internal Memory ) Chức năng và đặc thù : Chứa thông tin mà CPU hoàn toàn có thể trao đổi trực tiếp Tốc độ rất nhanh Dung lượng không lớn Sử dụng bộ nhớ bán dẫn RAM, ROM Các loại bộ nhớ trong : Bộ nhớ chính ( Main memory ) : Chứa chương trình và tài liệu đangđược sử dụng bởi CPU. Được tổ chức triển khai thành những ngăn nhớ ( ngănnhớ được tổ chức triển khai theo byte ) và được ghi lại địa chỉ. Nội dungủa ngăn nhớ hoàn toàn có thể đổi khác nhưng địa chỉ thì không. Bộ nhớ Cache ( Cache memory ) hay còn gọi là bộ nhớ đệm. Là bộnhớ bán dẫn có vận tốc nhanh và chúng được đặt đệm giữa CPU vàbộ nhớ chính nhằm mục đích tăng vận tốc truy xuất của CPU tới bộ nhớ chính. Dung lượng nhở hơn bộn nhớ chính rất nhiều, nhưng vận tốc xử lýlại nhanh hơn. Ngày nay Cache được tích hợp và trong bộ vi xử lývà nó trong suốt với người sử dụng. ii. Bộ nhớ ngoài ( External Memory ) Chức năng và đặc thù Lưu trữ tài nguyên ứng dụng của máy tính. Được liên kết với mạng lưới hệ thống như thiết bị vào ra. Dung lượng rất lớn ( lên đến Gb hoặc Tb ) Tốc độ xử lí chậm. Các loại bộ nhớ ngoài. Bộ nhớ từ : đĩa cứng, đĩamềm, … Bộ nhớ quang CD, VCD, DVD, … Bộ nhớ bán dẫn : flashDisk, memory Card, … Bảng 1 – Các loại ổ nhớ ngoàic. Hệ thống vào / ra ( Input / Output ) có công dụng trao đổi thông ti giữa máy tính vớithế giới bên ngoài. i. Các thao tác cơ bản Nhập dữ liệu ( In ) Xuất dữ liệu ( Out ) ii. Các thành phần chính Thiết bị ngoại vi : Có tính năng quy đổi tín hiệu từ bên ngoàithành tài liệu đi vào máy tính và ngược lại : Thiết bị vào ( bànphím, chuột, máy Scan, … ), Thiết bị ra ( màn hình hiển thị, máy in, máychiếu, …. ), Thiết bị nhớ ( đĩa từ, đĩa quang, … ), thiết bị truyềnthông ( Modem, … ). Các Module I / O ( IO module ) : có trách nhiệm ghép nối thiết bị ngoạivi với máy tính, mỗi module có 1 hay nhiều cổng ra – vào, mỗicổng được đánh địa chỉ xác lập. Ví dụ : COM, LPT, USB, VGA, Module Remote I / O, Wireless Sensing, … d. Liên kết mạng lưới hệ thống ( Interconnetion ) : là một mạng lưới hệ thống phụ chuyển tài liệu giữa cácthành phần bên trong máy tính, hoặc giữa những máy tính với nhau. Các bus máy tính tiên phong theo nghĩa đen là những dây điện song song với đakết nối, nhưng thuật ngữ này giờ đây được sử dụng cho bất kể sắp xếp vậtlýcung cấp cùng một công dụng như những bus điện tử song song. Các bus máy tính văn minh hoàn toàn có thể dùng cả thông tin liên lạc song song vàcác liên kết chuỗi bit, và hoàn toàn có thể được đi dây trong một multidrop ( dòng điệnsong tuy nhiên ) hoặc chuỗi Daisy ( kỹ thuật điện tử ) có cấu trúc link, hoặckết nối với những hub chuyển mạch, như USB.Hình 1.3 – Mô hình về bộ nhớ máy tínhCâu 2 : Trình bày nguyên lý Von Neumann. Kiến trúc von Neumann – còn được gọi là quy mô von Neumann hoặc kiến trúcPrinceton – là kiến trúc máy tính dựa trên miêu tả năm 1945 của nhà toán học và vậtlý John von Neumann và những người khác trong Bản thảo tiên phong của Báo cáo vềEDVAC. Đặc điểm về kiến trúc của Von Neumann : o Dữ liệu và chương trình chứa trong bộ nhớ đọc ghi. o Bộ nhớ được đánh địa chỉ cho những ngăn nhớ không nhờ vào và nội dung củachúng. o Các lệnh được máy tính triển khai một cách tuần tự. Von Neumann chia hoạt của máy tính thành 5 thành phần chính là : 1. CPU ( Bộ giải quyết và xử lý TT ) – Là thành phần chính của máy tính, đây là nơi sẽ thựchiện những phép tính số học và logic của quy trình giải quyết và xử lý thông tin, đồng thời là nơisinh ra những tín hiệu để đồng nhất và điều khiển và tinh chỉnh hàng loạt mọi hoạt động giải trí của máy tính. 2. Bộ nhớ thao tác ( RAM ) – Là nơi tạo ra môi trường tự nhiên thao tác cho Hệ điều hành quản lý vàcác chương trình ứng dụng. 3. Bộ nhớ vĩnh cửu ( ROM ) – Là nơi chứa những chương trình điều hành quản lý hoạt động giải trí máymáy tính ở mức độ cơ sở. 4. Thiết bị vào ( Input ) – là những ngoại vi như bàn phím, con chuột Scanner. v.v. giúpcho máy tính có nhiều năng lực đa dạng chủng loại khi tích lũy số liệu và tiếp xúc ngườimáy. 5. Thiết bị ra ( Output ) – là những ngoại vi như Màn hình, máy in, máy vẽ, loa bộ nhớngoài. v.v. giúp cho máy tính có năng lực phong phú và đa dạng khi xứ lý và tàng trữ số liệucũng như tiếp xúc người máy và những thiết bị chuyên sử dụng khác. Hình 2.1 Mô hình Von NeumannCác thiết bị kể trên được liên kết với nhau trải qua mạng lưới hệ thống Bus gồm có những tín hiệu : Tín hiệu địa chỉ : Tín hiệu này được sinh ra từ CPU hướng đến bộ nhớ và cácngoại vi. Cho phép CPU có năng lực địa chỉ hóa và quản trị được những ô nhớ, cáccổng vào và những cổng ra. Số lượng dây dẫn tạo nên những tín hiệu địa chỉ ( độ rộng busđịa chỉ ) cho thấy năng lực địa chỉ hóa được những ô nhớ và những cổng vào / ra trên máytính. Nếu độ rộng của Bus địa chỉ là k bits thì máy tính đó có năng lực địa chỉ hóađược 2 k ô nhớ và tối đa 2 k cổng vào và 2 k cổng ra. Tín hiệu số liệu : Là tín hiệu 2 chiều được cho phép CPU trao đổi thông tin với bộ nhớhay cổng vào và cổng ra. Trên máy tính tiếp tục diễn ra 2 quy trình cơ bản làquá trình đọc và quy trình ghi. Ở quy trình đọc số liệu sẽ xuất phát từ bộ nhớ hay cáccổng vào hướng đến CPU. Ở quy trình ghi, số liệu sẽ xuất phát từ CPU hướng đếnbộ nhớ hay những cống ra. Tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển : là những tín hiệu được cho phép tinh chỉnh và điều khiển khi nào thì CPU đọchay ghi số liệu, được cho phép máy tính thực thi hay không thực thi những công dụng nhưngắt, DMA, trình diễn trạng thái của máy tính hay mã hóa những quy trình thực hiệnlệnh trên máy tính. Có 3 tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển xuất phát từ CPU để điều khiển và tinh chỉnh quy trình đọc / ghi trênmáy tính : M / IO, RD, WR. Từ 3 tín hiệu này máy tính hoàn toàn có thể tạo được những tín hiệuđiều khiển để đọc bộ nhớ, ghi bộ nhớ hay đọc và ghi vào / ra. Tại một thời gian trên bus điều khiển và tinh chỉnh chỉ sống sót một trong số 4 tín hiệu trên, đồng thời busđịa chỉ cũng chỉ sống sót 1 giá trị, do đó tại 1 thời gian máy chỉ hoàn toàn có thể triển khai 1 thao tác trongsố 4 thao tác cơ bản của máy tính. Hay nói cách khác CPU chỉ hoàn toàn có thể triển khai trao đổi thôngtin với 1 ô nhớ, 1 cổng vào ra hay 1 cổng ra trên máy tính. Nói về quy trình triển khai lệnh thìCPU tại một thời gian chỉ hoàn toàn có thể thực thi được 1 lệnh mà thôi. Quá trình này gọi là quá trìnhxử lý tuần tự ( step-by-step ). Đây là điểm yếu kém lớn nhất của máy tính hoạt động giải trí theo nguyênlý Voneumann. Vì trong những bài toán giải quyết và xử lý thông tin trong thực tiễn, tại 1 thời gian, máy tínhthường xuyên cần phải đồng thời trao đổi thông tin với nhiều ngoại vi, nguyên lý Voneumannnhư đã trình diễn ở trên không được cho phép máy tính thực thi được trách nhiệm này. Để khắc phụcnhược điểm này người ta phải tăng vận tốc thao tác của máy tính, thiết kế xây dựng những mạng máy tínhxử lý song song và đưa ra một quy mô máy tính mới hoạt động giải trí theo nguyên lý xứ lý songsong – máy tính mạng nơron ( Neural network ). TÀI LIỆU THAM KHẢO1. Slide bài giảng : Giới thiệu chung về công nghệ thông tin – HV Kỹ Thuật quân sự2. Giáo trình tin học cơ sở, Hồ Sỹ Đàm, Đào Kiến Quốc, Hồ Đắc Phương. Đại họcSư phạm, 20043. Giáo trình : tin tức – Xử lý thông tin tổng quan về mạng lưới hệ thống máy tính – TTQuản trị mạng ATHENA
