Giáo trình nghề Quản trị mạng - Môđun: Cấu trúc máy tính

UBND TỈNH HẢI PHÒNG  
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG  
GIÁO TRÌNH  
Môn học: Cấu trúc máy tính  
NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG  
HẢI PHÒNG  
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:  
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể  
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và  
tham khảo.  
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh  
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.  
LỜI GIỚI THIỆU  
Chìa khóa để hướng tới một xã hội thông tin là phát triển công nghệ thông  
tin (CNTT), tuy nhiên để phát triển CNTT lâu dài và bền vững, không phải chỉ  
đào tạo những kiến thức mới nhất, mà trong nội dung đào tạo cũng phải trang bị  
sinh viên những kiến thức nền tảng, trên cơ sở đó tạo cho sinh viên phát huy  
tính sáng tạo, chủ động trong việc tiếp thu nghiên cứu, ứng dụng CNTT. Do đó,  
trong các trường đào tạo, sinh viên phải được trang bị các kiến thức nền tảng về  
CNTT và trong đó thể thiếu là môn học Cấu trúc máy tính.  
Hiện nay có nhiều giáo trình cấu trúc máy tính, tuy nhiên hầu hết các giáo  
trình chỉ đáp ứng các đối tượng là sinh viên đại học. Giáo trình này viết chủ yếu  
cho đối tượng là sinh viên các trường dạy nghề.  
Giáo trình cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về cấu trúc  
máy tính, về tổ chức và hoạt động bộ vi xử lý, các thành phần phần trong hệ  
thống máy tính và các biện pháp kĩ thuật cơ bản. Cấu trúc máy tính là môn học  
cơ sở để sinh viên có thể thực hành bảo trì hệ thống máy tính. Giáo trình bao  
gồm 7 chương:  
Chương 1: Tổng quan về cấu trúc máy tính  
Chương 2: Kiến trúc phần mềm bộ xử lý  
Chương 3: Tổ chức bộ vi xử lý  
Chương 4: Hệ thống nhớ  
Chương 5: Thiết bị nhập xuất  
Chương 6: Các loại bus  
Chương 7: Ngôn ngữ assembly  
Trong mỗi chương đều có giới thiệu mục tiêu, nội dung và các câu hỏi bài  
tập. Giáo trình có thể xem là nguồn tài liệu cung cấp thông tin cho các giáo viên  
giảng dạy, đồng thời cũng là tài liệu học tập cho sinh viên.  
Nhân đây ban biên soạn cũng xin cảm ơn các lãnh đạo và đồng nghiệp  
của chúng tôi tại trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ,  
cũng cho chúng tôi ý kiến quý báu trong quá trình biên soạn giáo trình này.  
Vì thời gian có hạn và đây cũng là lần đầu tiên giáo trình được soạn thảo  
nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc.  
 
MỤC LỤC  
LỜI GIỚI THIỆU..................................................................................................  
1
4
5
6
MÔN HỌC ĐÀO TẠO CẤU TRÚC MÁY  
TÍNH Mã môn học:MH 09  
* Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:  
- Vị trí: Môn học Cấu trúc máy tính được bố trí học sau các môn học chung,  
các môn tin học đại cương, tin học văn phòng, kỹ thuật điện-điện tử và học  
cùng với mô đun lắp ráp cài đặt máy tính.  
- Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở thuộc môn học đào tạo nghề.  
- Ý nghĩa và vai trò: đây là môn cơ sở, cung cấp cho sinh viên các kiến thức về  
máy tính của nghề Quản trị mạng.  
* Mục tiêu của môn học:  
- Trình bày được lịch sử của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại  
máy tính.  
- Mô tả các thành phần cơ bản của kiến trúc máy tính, các tập lệnh. Các kiểu  
kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, các kiểu định vị.  
- Trình bày được cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và  
nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý.  
- Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máy và một số kỹ thuật xử lý thông tin:  
ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng.  
- Trình bày được chức năng và nguyên lý hoạt động của các loại bộ nhớ.  
- Trình bày phương pháp lưu trữ dữ liệu đối với bộ nhớ ngoài.  
- Cài đặt được chương trình và các lệnh điều khiển cơ bản trong Assembly để  
thực hiện bài toán theo yêu cầu.  
- Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an toàn cho người và phương tiện học tập.  
Nội dung chính của môn học (danh sách các chương mục...):  
7
Thời gian  
Số  
Tên các chương  
Tổng  
số  
Lý  
Thực  
Kiểm  
tra*  
TT  
thuyết hành  
Tổng quan về kiến trúc máy tính  
1
10  
5
5
Kiến trúc tập lệnh của máy tính  
2
3
13  
9
8
4
8
4
4
4
1
1
1
Bộ xử lý  
Bộ nhớ  
4
13  
5
Thiết bị nhớ ngoài  
Các loại bus  
15  
10  
5
5
10  
5
6
7
Ngôn ngữ Assembly  
20  
10  
9
1
Cộng  
90  
45  
41  
4
8
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH  
Mã chương:MH09-01  
Mục tiêu:  
- Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính;  
- Trình bày khái niệm về thông tin;  
- Mô tả được các kiến trúc máy tính;  
- Biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu  
diễn các ký tự.  
1.Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính  
Mục tiêu: Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy  
tính  
30 năm trước, 5150 ra đời đã phá vỡ mọi quan điểm trước đó về máy tính.  
Lần đầu tiên, máy tính được nhìn nhận như một thiết bị có kích thước vừa phải,  
hợp túi tiền và được công chúng chú ý nhiều hơn.  
Hình 1.1: 1982: Franklin Ace 100  
Đây là chiếc máy tính gây ra vụ kiện về bản quyền phần mềm đầu tiên  
trong lịch sử. Acer bị Apple kiện vì vi phạm nhãn hiệu hàng hóa khi sao chép  
phần cứng và phần mềm của máy tính Apple II cho Franklin Ace 100 . Trong vụ  
kiện này, phần thắng thuộc về Apple.  
 
9
1982: Commodore 64  
Có thể coi Commodore là máy tính dành cho hộ gia đình nổi tiếng nhất. Từ năm  
1982 tới năm 1993, gần 30 triệu máy Commodore 64 đã được bán ra trên toàn  
thế giới.  
XT là bản nâng cấp máy tính cá nhân 5150 đầu tiên của IBM. XT có ổ cứng  
trong 10 MB. Sản phẩm này của IBM sau đó nhanh chóng trở thành máy tính  
tiêu chuẩn.  
Hình 1.2: 1983: Apple Lisa  
Lisa là máy tính tiêu dùng đầu tiên có giao diện đồ họa. Tuy nhiên, cái  
giá 10.000 USD trở thành rào cản đưa sản phẩm đến với người tiêu dù.  
10  
1984: Macintosh  
Macintosh thu được thành công vang dội tới mức 30 năm đó, các sản  
phẩm máy tính hiện nay của Apple vẫn được coi là kế thừa trực tiếp của  
Macintosh. Macintosh cũng có giao diện đồ họa như Lisa nhưng mức giá "mềm"  
hơn rất nhiều giúp sản phẩm này dễ tiêu thụ hơn.  
Hình 1.3: 1990: NeXT  
Máy tính NeXT được sản xuất bởi công ty riêng của Steve Jobs thành lập  
sau khi ông rời Apple vào năm 1985. Tuy nhiên, chiếc máy tính này trở nên  
quan trọng vì 1 lý do khác: đây là mẫu máy tính đầu tiên được Tim Berners-Lee  
dùng làm máy chủ World Wide Web.  
Hình 1.4: 1996: Deep Blue  
11  
Năm 1994, máy tính Deep Thought của IBM bị kiện tướng cờ vua Garry  
Kasparov đánh bại một cách dễ dàng. Tháng 2 năm 1996, máy tính Deep Blue  
đánh thắng Garry Kasparov trong hiệp đấu đầu tiên. Đây là lần đầu tiên một  
đương kim vô địch thế giới thất bại trong một ván cờ trước đối thủ máy tính.Tuy  
nhiên, các hiệp sau đó Deep đã bị Garry Kasparov chinh phục. Sau lần thất bại  
này, các kỹ sư IBM ra sức nghiên cứu nâng cấp Deep Blue và trở lại "phục thù",  
đánh bại kiện tướng cờ vua vào năm 1997, trình diễn khả năng xử lý chưa từng  
thấy trong lịch sử trước đó.  
Hình 1.5: 1998: iMac  
iMac đã xóa đi hình ảnh nhàm chán của những chiếc máy tính cá nhân  
màu xám. Apple đã cách mạng hóa hình ảnh máy tính với những mẫu iMac  
nhiều màu sắc sặc sỡ.  
Hiện tại là iPad?  
Loại "máy tính di động" này vẫn còn gây ra nhiều tranh cãi với mối nghi  
ngờ liệu máy tính bảng nói chung và iPad nói riêng có phải chỉ là "mốt nhất  
thời". Dù sao hãy thử xem trong vòng 5 năm, máy tính sẽ thay đổi như thế nào  
nữa với iPad.  
12  
Hình 1.6: máy tính bảng iPad  
2.Thông tin và sự mã hóa thông tin  
Mục tiêu:Trình bày khái niệm thông tin.Cách thức mã hóa thông tin  
Biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được  
dùng để biểu diễn các ký tự.  
2.1. Khái niệm thông tin và lượng thông tin  
Khái niệm thông tin  
Hình 1.7: Thông tin về 2 trạng thái có ý nghĩa của hiệu điện thế  
Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng thái cho sẵn  
trong nhiều trạng thái có thể có vào một thời điểm cho trước.  
 
13  
Trong hình này, chúng ta quy ước có hai trạng thái có ý nghĩa: trạng thái  
thấp khi hiệu điện thế thấp hơn V  
L
và trạng thái cao khi hiệu điện thế lớn hơn  
VH. Để có thông tin, ta phải xác định thời điểm ta nhìn trạng thái của tín hiệu.  
Thí dụ, tại thời điểm t  
ở trạng thái cao.  
1
thì tín hiệu ở trạng thái thấp và tại thời điểm t thì tín hiệu  
2
Lượng thông tin  
Thông tin được đo lường bằng đơn vị thông tin mà ta gọi là bit. Lượng  
thông tin được định nghĩa bởi công thức:  
I = Log (N)  
2
Trong đó: I: là lượng thông tin tính bằng bit  
N: là số trạng thái có thể có  
Vậy một bit ứng với sự hiểu biết của một trạng thái trong hai trạng thái có  
thể có. Thí dụ, sự hiểu biết của một trạng thái trong 16 trạng thái có thể ứng với  
một lượng thông tin là:  
I = Log (16) = 4 bit  
2
Tám trạng thái được ghi nhận nhờ 4 số nhị phân (mỗi số nhị phân có thể  
có giá trị 0 hoặc 1).  
Như vậy lượng thông tin là số con số nhị phân cần thiết để biểu diễn số  
trạng thái có thể có. Do vậy, một con số nhị phân được gọi là một bit. Một từ n  
bit có thể tượng trưng một trạng thái trong tổng số 2  
tượng trưng.  
n
trạng thái mà từ đó có thể  
Vậy một từ n bit tương ứng với một lượng thông tin n bit.  
Ví dụ : Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân  
14  
Trạng  
thái  
0
A0  
A1  
A2  
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
2
3
4
5
6
7
2.2. Sự mã hóa thông tin  
2.2.1. Mã và mã hóa là gì?  
Mã hóa là phương pháp để biến thông tin (phim ảnh, văn bản, hình ảnh...)  
từ định dạng bình thường sang dạng thông tin không thể hiểu được nếu không  
có phương tiện giải mã.  
Ví dụ một quy tắc mã hóa đơn giản:  
Tất cả các ký tự đều bị thay thế bằng ký tự thứ 4 phía trước nó trong bảng chữ  
cái.  
Bảng chữ cái gồm: "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVXYZ "  
Vậy với câu: KY THUAT MA HOA CO BAN  
Theo quy tắc trên, K => G, Y => T, " " => V ...  
Sau khi mã hóa sẽ có được chuỗi: GYVPDQXPVIXVDKXVZKVYXJ  
Rõ ràng đọc chuỗi này bạn sẽ không hiểu được nội dung là gì nếu không  
có khóa để giải mã. Khóa đó chính là số 4 ký tự mà bạn dịch.  
Khi nhận được chuỗi này, bạn chỉ cần dịch ngược trở về bằng cách thay ký tự  
bằng ký tự thứ 4 phía sau nó. G => K, T => Y, ...  
Với ví dụ trên, tất cả các ký tự đều bị thay thế bằng ký tự thứ 4 phía trước nó  
trong bảng chữ cái là mã hóa thay ký tự bằng ký tự thứ 4 phía sau nó là giải mã.  
 
15  
2.2.2. Biểu diễn số trong máy tính  
Khái niệm hệ thống số: Cơ sở của một hệ thống số định nghĩa phạm vi các  
giá trị có thể có của một chữ số. Ví dụ: trong hệ thập phân, một chữ số có giá trị  
từ 0-9, trong hệ nhị phân, một chữ số (một bit) chỉ có hai giá trị là 0 hoặc 1.  
Dạng tổng quát để biểu diễn giá trị của một số:  
i=n−1  
i
V = ∑ b .k  
k
i
i=−m  
Trong đó:  
: Số cần biểu diễn giá trị  
m: số thứ tự của chữ số phần lẻ  
Vk  
(phần lẻ của số có m chữ số được đánh số thứ tự từ -1 đến -m)  
n-1: số thứ tự của chữ số phần nguyên  
(phần nguyên của số có n chữ số được đánh số thứ tự từ 0 đến n-1)  
bi: giá trị của chữ số thứ i  
k: hệ số (k=10: hệ thập phân; k=2: hệ nhị phân;...).  
Ví dụ: biểu diễn số 541.2510  
541.2510 = 5 * 102 + 4 * 101+ 1 * 100 + 2 * 10-1 + 5 * 10-  
2 = (500)10 + (40)10 + (1)10 + (2/10)10 + (5/100)10  
Một máy tính được chủ yếu cấu tạo bằng các mạch điện tử có hai trạng  
thái. Vì vậy, rất tiện lợi khi dùng các số nhị phân để biểu diễn số trạng thái của  
các mạch điện hoặc để mã hoá các ký tự, các số cần thiết cho vận hành của máy  
tính.  
* Để biến đổi một số hệ thập phân sang nhị phân, ta có hai phương thức biến  
đổi:  
16  
- Phương thức số dư để biến đổi phần nguyên của số thập phân sang nhị  
phân.  
Ví dụ: Đổi 23.37510 sang nhị phân. Chúng ta sẽ chuyển đổi phần nguyên dùng  
phương thức số dư:  
23  
11  
5
:
:
:
:
2
2
2
2
=
=
=
=
11  
5
2
Dư  
Dư  
Dư  
Dư  
1
1
1
0
2
1
1
:
2
=
0
Dư  
1
Kết quả: (23)10 = (10111)  
2
- Phương thức nhân để biến đổi phần lẻ của số thập phân sang nhị phân:  
0.375 x 2 = 0.75  
0.75 x 2 = 1.5  
Phần nguyên = 0  
Phần nguyên = 1  
0.5 x 2 = 1.0  
Phần nguyên = 1  
Kết quả: (0.375)10 = (0.011)  
2
Kết quả cuối cùng nhận được là: 23.37510 = 10111.011  
2
Tuy nhiên, trong việc biến đổi phần lẻ của một số thập phân sang số nhị phân  
theo phương thức nhân, có một số trường hợp việc biến đổi số lặp lại vô hạn. Ví  
dụ: 0.2.  
Trường hợp biến đổi số nhị phân sang các hệ thống số khác nhau, ta có  
thể nhóm một số các số nhị phân để biểu diễn cho số trong hệ thống số tương  
ứng.  
Thông thường, người ta nhóm 4 bit trong hệ nhị phân hệ để biểu diễn số  
dưới dạng thập lục phân (Hexadecimal), nhóm 3 bit để biểu diễn số dưới dạng  
bát phân (Octal).  
Hệ thập phân Hệ nhị phân  
Hệ bát phân  
Hệ thập lục phân  
0
1
2
0000  
0001  
0010  
00  
01  
02  
0
1
2
17  
Hệ thập phân Hệ nhị phân  
Hệ bát phân  
Hệ thập lục phân  
3
4
5
6
7
0011  
0100  
0101  
0110  
0111  
1000  
1001  
1010  
1011  
1100  
1101  
1110  
1111  
03  
04  
05  
06  
07  
10  
11  
12  
13  
14  
15  
16  
17  
3
4
5
6
7
8
9
8
9
10  
11  
12  
13  
14  
15  
A
B
C
D
E
F
Như vậy, dựa vào cách biến đổi số trong bảng nêu trên, chúng ta có ví dụ  
về cách biến đổi các số trong các hệ thống số khác nhau theo hệ nhị phân:  
101010  
2
= (101  
2
)(010  
2
) = 52  
8
01101101  
2
= (0110  
2
)(1101  
2
) = 6D16  
Một từ n bit có thể biểu diễn tất cả các số dương từ 0 tới 2  
n
-1. Nếu d là  
i
một số nhị phân thứ i, một từ n bit tương ứng với một số nguyên thập phân.  
n−1  
N= ∑ d  
i
i
2 i=0  
Một Byte (gồm 8 bit) có thể biểu diễn các số từ 0 tới 255 và một từ 32 bit  
cho phép biểu diễn các số từ 0 tới 4294967295.  
Số nguyên có dấu  
Có nhiều cách để biểu diễn một số n bit có dấu. Trong tất cả mọi cách thì  
bit cao nhất luôn tượng trưng cho dấu.  
Khi đó, bit dấu có giá trị là 0 thì số nguyên dương, bit dấu có giá trị là 1  
thì số nguyên âm.  
d
n-1  
d
n-2  
d
n-3  
............  
d
2
d
1
d0  
18  
........  
bít dấu (+,-)  
Số nguyên có bit dn-1 là bit dấu và có trị số tượng trưng bởi các bit từ d  
0
tới dn-  
2
. a) Cách biểu diễn bằng trị tuyệt đối và dấu  
Trong cách này, bit dn-1 là bit dấu và các bit từ d tới dn-2 cho giá trị tuyệt  
0
đối. Một từ n bit tương ứng với số nguyên thập phân có dấu.  
n−2  
d
N= (−1) n−1 ∑ di . 2i  
i =0  
Ví dụ: +2510 = 00011001  
2
-2510 = 10011001  
2
- Một Byte (8 bit) có thể biểu diễn các số có dấu từ -127 tới +127.  
- Có hai cách biểu diễn số không là 0000 0000 (+0) và 1000 0000 (-0).  
b) Cách biểu diễn bằng số bù 1 và số bù 2  
+ Số bù 1:  
Trong cách biểu diễn này, số âm -N được có bằng cách thay các số nhị  
phân d  
i
của số dương N bằng số bù của nó (nghĩa là nếu d = 0 thì người ta đổi  
i
nó thành 1 và ngược lại).  
Ví dụ: +2510 = 00011001  
2
-2510 = 11100110  
2
- Một Byte cho phép biểu diễn tất cả các số có dấu từ -127 (1000 0000  
đến 127 (0111 1111  
- Có hai cách biểu diễn cho 0 là 0000 0000 (+0) và 1111 1111 (-0).  
2
)
2
)
+ Số bù 2:  
Để có số bù 2 của một số nào đó, người ta lấy số bù 1 rồi cộng thêm 1.  
Ví dụ:  
+2510 = 00011001  
2
Số bù 1 của 25 là  
11100110  
+ 1  
19  
Số bù 2 của 25 là 11100111  
Vậy -2510 = 11100111  
Chỉ có một giá trị 0: +0 = 00000000  
2
2
,
-0 = 00000000  
2
c) Cách biểu diễn số nguyên bằng mã BCD (Binary Coder Decimal)  
Dùng 4 bit để mã hóa cho các chữ số thập phân từ 0 đến 9.  
0 0000  
1 0001  
2 0010  
3 0011  
4 0100  
5
6
7
8
9
0101  
0110  
0111  
1000  
1001  
Có 6 tổ hợp không sử dụng (từ 10 đến 15) : 1010, 1011, 1100, 1101,  
1110, 1111.  
Ví dụ :  
35 0011 0101 BCD  
61 0101 0001 BCD  
29 0010 1001 BCD  
Các kiểu lưu trữ số BCD  
- BCD không gói (Unpacked BCD) : mỗi số BCD 4 bit được lưu trữ trong 4 bit  
thấp của mỗi byte. Ví dụ : số 35 được lưu trữ như sau :  
0011  
0101  
- BCD gói (Packed BCD): hai số BCD được lưu trữ trong 1 byte.  
Ví dụ : số 35 được lưu trữ như sau :  
00110101  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 130 trang Thùy Anh 16220 Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình nghề Quản trị mạng - Môđun: Cấu trúc máy tính", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_nghe_quan_tri_mang_modun_cau_truc_may_tinh.pdf