Trình bày số đồ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy tính điện tử

Nguyên lý họat động của máy tính A.Cấu trúc máy tính : Về cơ bản tất cả các hệ thống máy tính đều có các bộ phận cơ bản sau : - CPU : Bộ xử lý trung tâm - Bộ nhớ trong : ROM& RAM - Bộ nhớ ngoài : Backing Storage - Các thiết bị nhập :Input Unit - Các thiết bị xuất : Output Unit

1. Bộ xử lý trung tâm : CPU:

2.Bộ nhớ trong (ROM&RAM)

VD: Bios ROM

3.Bộ nhớ ngoài :

4.Các thiết bị nhập :

5.Các thiết bị xuất : Là các thiết bị dùng để xuất dữ liệu ra ngoài sau khi đã đựợc xử lý :

BÁO CÁOCâu 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 2019Câu 1: Trình bày các thành phần của máy tính và chức năng của từng thành phần.MemoryCPUInput/OutputDevicesHình 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 i9Hầu 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 ngoàic. 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, mỗicổng 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 tínhCâu 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 liệucũng 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 cáccổng 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 thìCPU 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