Bài giảng Cấu trúc máy tính - Chương 1: Tổ chức tổng quát của hệ thống máy tính

CẤU 
TRÚC 
MÁY 
TÍNH 
LẬP TRÌNH HỢP NGỮ 
11/9/2021 
1 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
 Cấu trúc Máy tính & Lập trình Assembly 
MỤC TIÊU : 
Khám phá bí mật bên trong máy tính . 
3. Nắm được cách hoạt động,cách giao tiếp của các thành phần cấu tạo nên máy tính. 
4. Biết viết 1 chương trình bằng Assembly – dịch liên kết và thực thi chương trình này. 
5. Biết lập trình xử lý đơn giản phần cứng, lập trình hệ thống . 
6. Các khái niệm cơ bản về virus TH - nghiên cứu các kỹ thuật lây lan của virus tin học 
2.Trang bị những kiến thức cơ bản về cấu trúc tổng quát của máy tính cũng như các thành phần cấu tạo nên máy tính . 
11/9/2021 
2 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Tài liệu tham khảo 
 Structured Computer Organization – Andrew Tanenbaum 
 Assembly Language For the IBM-PC – Kip R Irvine 
 Assembly Programming Language & IBM PC Ythayu – Charles Marut 
 Giáo trình Cấu trúc máy tính - Tống Văn On 
 Lập trình Hợp ngữ - Nguyễn Ngọc Tấn -Vũ Thanh Hiền 
 Cấu trúc Máy tính - Đại học Bách khoa 
11/9/2021 
3 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Tài liệu tham khảo 
 Computer Virus Handbook 
 Virus Writing guide Billy Belceb 
 The macro virus writing guide 
 The little black book of computer viruses 
 Một số mẫu chương trình virus (virus file, virus macro) 
11/9/2021 
4 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Giáo viên : Ngô Phước Nguyên  Email : nguyenktcn@yahoo.com Mobile: 091-8-380-926 
11/9/2021 
5 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Đề cương mơn học 
Chương 1 : Tổ chức tổng quát của hệ thống MT 
Chương 2 : Tổ chức CPU 
Chương 3 : Mức logic số 
Chương 4 : Tổ chức bộ nhớ 
Chương 5 : Xuất nhập 
Chương 6 : Lập trình Assembly – Tập lệnh 
Chương 7 : Cấu trúc điều khiển & Vịng lặp 
Chương 8 : Macro & Procedure – nhúng CT Assembly vào ngơn ngữ cấp cao như C 
Chương 9 : Lập trình xử lý màn hình-bàn phím-mouse. 
Chương 10 : Lập trình xử lý File 
Chương 11 : Các khái niệm cơ bản về Virus tin học – phân tích các kỹ thuật lây lan chung của VR tin học và lây lan trên mạng. 
11/9/2021 
6 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Chương 1 :CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA MỘT HỆ THỐNG MÁY TÍNH 
11/9/2021 
7 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
 N ắm được tổng quan về cấu trúc máy tính. 
 Hiểu về Máy Turing & Nguyên lý Von Neumann 
 Biết sơ đồ khối chi tiết của máy tính 
Nắm nguyên lý hoạt động máy tính 
Biết các component của máy tính : Processors,Memory,Input/Output devices,Bus 
Mục tiêu : 
11/9/2021 
8 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Chương 1 
Tổng quan về cấu trúc máy tính. 
Mô hình máy Turing 
Nguyên lý Von Neumann. 
Sơ đồ tổng quát của một máy tính. 
Nguyên lý hoạt động của máy tính 
Câu hỏi ôn tập 
Nội dung 
11/9/2021 
9 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
11/9/2021 
10 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
11/9/2021 
11 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
2+3/4*3-5=? 
. 
.. 
. 
Memory : chứa các chỉ thị & dữ liệu 
Input device : thiết bị nhập 
Bộ xử lý 
Máy tính & Sự tính toán 
11/9/2021 
12 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
The system bus (shown in yellow) connects the various components of a computer.The CPU is the heart of the computer, most of computations occur inside the CPU.RAM is a place to where the programs are loaded in order to be executed.  
11/9/2021 
13 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Tổng quan về cấu trúc máy tính 
Máy tính hiện đại ngày nay được thiết kế dựa trên mơ hình Turing Church và mơ hình Von Neumann. 
 S i 
 b 
khối xử lý 
đầu đọc ghi 
chứa tập hữu hạn các trạng thái 
Băng dữ liệu vơ hạn , dữ liệu kết thúc là b 
Mơ hình Turing : 
Mơ hình này rất đơn giản nhưng nĩ cĩ tất cả các đặc trưng của 1 hệ thống máy tính sau này. Nguyên lý cấu tạo máy Turing : 
11/9/2021 
14 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Nguyên lý xây dựng MT 
MT điện tử làm việc theo hai nguyên lý cơ bản : nguyên lý số và nguyên lý tương tự. 
Nguyên lý số sử dụng các trạng thái rờI rạc của 1 đạI lượng vật lý để biểu diễn số liệu  nguyên lý đếm . 
Nguyên lý tương tự sử dụng 1 đạI lượng vật lý biến đổI liên tục để biểu diễn số liệu  nguyên lý đo 
11/9/2021 
15 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Mạch điện trong MT 
Trong MT cĩ những loạI mạch điện nào ? 
Mạch tổ hợp : là mạch điện cĩ trạng thái ngõ ra phụ thuộc tức thờI vào tổ hợp của trạng thái ngõ vào. 
Ex : Mạch giảI mã địa chỉ 
Mạch tuần tự : là mạch điện thực hiện 1 mục đích mà trạng thái ngõ ra phụ thuộc vào tổ hợp của trạng thái ngõ vào và trạng thái của quá khứ ngõ vào. 
Ex : mạch cộng, trừ, nhân , chia 
11/9/2021 
16 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Nguyên lý Turing 
Máy làm việc theo từng bước rời rạc . Một lệnh của máy như sau : q i S i S j Xq j . 
Nghĩa là : đầu đọc ghi đang ở ơ S i thì sẽ ghi đè S j vào ơ hiện tại và dịch chuyển hoặc đứng yên theo chỉ thị là X và trạng thái hiện hành của máy là q j 
 S i 
S j 
 b 
khối xử lý 
đầu đọc ghi 
chứa tập hữu hạn các trạng thái 
Băng dữ liệu vơ hạn , dữ liệu kết thúc là b 
11/9/2021 
17 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Nguyên lý hoat động máy Turing 
 Quá trình sẽ dừng lại khi trạng thái trong của máy là trạng thái kết thúc q f. 
Dữ liệu của bài tốn là 1 chuổi các ký hiệu thuộc tập các ký hiệu của máy khơng kể ký hiệu rỗng b, được cất vơ băng. 
 Trạng thái trong ban đầu của máy là q 0 . 
 Đầu đọc/ghi ở ơ chứa ký hiệu đầu tiên của chuổi ký hiệu nhập. Trong quá trình hoạt động, sự thay đổi dữ liệu trên băng, sự dịch chuyển đầu đọc ghi và sự biến đổi trạng thái trong của máy sẽ diễn ra tuân theo các lệnh thuộc tập lệnh của máy tùy theo trạng thái hiện tại và ký hiệu ở ơ hiện tại. 
11/9/2021 
18 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Thí dụ máy Turing 
Xét thí dụ máy Turing thực hiện phép tốn NOT trên chuổi các bit 0/1.Chuổi dữ liệu nhập ban đầu là 10 
 tập các ký hiệu của máy {0,1} 
 tập các trạng thái trong {q 0 , q 1 } 
 tập lệnh gồm 3 lệnh : q 0 01Rq 0 , q 0 10Rq 0 , q 0 bbNq 1 
1 
0 
b 
q 0 
0 
0 
b 
q 0 
q 0 
0 
1 
b 
Ban đầu 
q 1 
0 
1 
b 
Dừng 
Kết quả 01 
11/9/2021 
19 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Nguyên lý VonNeumann 
Máy Von Neumann là mơ hình của các máy tính hiện đại . 
Nguyên lý của nĩ như sau : 
Về mặt logic ( chức năng ) , máy gồm 3 khối cơ bản : đơn vị xử lý , bộ nhớ và hệ thống xuất nhập . 
B ộ nhớ 
Đơn vị xử lý 
H ệ xuất nhập 
data 
chương trình 
Trao đổi thơng tin 
Điều khiển 
11/9/2021 
20 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Nguyên lý Von Neumann (cont ) 
 Chương trình điều khiển xử lý dữ liệu cũng được xem là data và được lưu trữ trong bộ nhớ gọi là chương trình lưu trữ . 
Bộ nhớ chia làm nhiều ơ, mỗi ơ cĩ 1 địa chỉ (đánh số thứ tự) để cĩ thể chọn lựa ơ nhớ trong quá trình đọc ghi dữ liệu. (nguyên lý định địa chỉ) 
11/9/2021 
21 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Nguyên lý Von Neumann (cont ) 
Các lệnh được thực hiện tuần tự nhờ 1 bộ đếm chương trình (thanh ghi lệnh) nằm bên trong đơn vị xử lý. 
Chương trình MT cĩ thể biểu diễn dướI dạng số và đặt vào trong bộ nhớ của MT bên cạnh dữ liệu. 
11/9/2021 
22 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Typical Von Neumann Machine 
Typical Von Neumann Machine 
ALU 
11/9/2021 
23 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Nguyên lý hoạt động MT 
 CPU 
 Đọc lệnh 
 Phân tích lệnh 
 Thực thi lệnh 
Bộ nhớ chính 
 Lưu trữ thơng tin 
 Nơi chứa chương trình 
để CPU đọc và thực thi 
Khối xuất nhập 
Giao tiếp với mơi trường bên ngồi 
xuất nhập dữ liệu , bộ nhớ phụ 
11/9/2021 
24 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Tổ chức Máy tính 1 CPU & 2 I/O device  
Printer 
Disk 
CPU 
Main Memory 
Control Unit 
ALU 
. 
. 
Registers 
Bus 
I/O Devices 
Bus 
Bus 
11/9/2021 
25 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Sơ đồ khối chi tiết 
Control Unit 
đọc , phân tích , ra lệnh cho các đơn vị chức năng thực hiện 
ALU 
Phép tốn : số học , luận lý , so sánh , dịch , quay, xử lý bit. 
 Main Memory 
Cĩ 2 tác vụ : đọc / Ghi 
2 loại dữ liệu : 
1) Data : số liệu đầu vào , 
kết quả , dữ liệu trung gian 
2) Chương trình 
Đơn vị giao tiếp – IO Card 
IO Devices 
Registers 
MỗI phép tốn cho 2 kết quả 
11/9/2021 
26 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Tổng kết chương 
Máy tính được thiết kế trên ý tưởng của Máy Turing và nguyên lý Von Neumann. 
Về mặt chức năng máy tính gồm 3 phần : đơn vị xử lý, bộ nhớ chính và các thiết bị xuất nhập. 
11/9/2021 
27 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT 
Câu hỏi 
Câu 1: Trình bày nguyên lý Von Neumann. 
Câu 2: Cho biết sự khác nhau giữa mơ hình Turing và mơ hình VonNeumann. 
Câu 3: Trình bày nguyên lý hoạt động của Máy Turing. 
Câu 4: Truớc khi cĩ nguyên lý Von Neumann, chương trình để máy tính thực hiện được để ở đâu? 
Câu 5 : Cho biết kết quả của 2+3 ? 
11/9/2021 
28 
Chuong 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HTMT