Mục Lục

1


Tài liệu kiến trúc máy tính
Khái niệm:
Kiến trúc máy tính (Computer architecture) là một khái niệm trừu
tượng của một hệ thống tính toán dưới quan điểm của người lập
trình hoặc người viết chương trình dịch.

Máy tính:
Khái niệm máy tính:
Là công cụ cho phép lưu trữ xử lý dữ liệu một cách nhanh chóng,
chính xác, tự động theo một chương trình định sẵn.
Tập lệnh:
tập hợp các chuỗi nhị phân mã hóa thao tác mà máy tính có thể
thực hiện
Các kiểu dữ liệu:
các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý.
Tổ chức máy tính (Về phần cứng):
Nghiên cứu về cấu trúc phần cứng máy tính.
Kiến trúc (Về phần mềm):
thay đổi chậm (tổ chức phần cứng thay đổi nhanh)
Phân loại máy tính:
1. Microcomputer : còn gọi là PC (Personal computer).
2. Mini computer: Có khả năng sử lý cực mạnh, sức bền cao,
phục vụ cho các nhu cầu xử lý, lưu trữ của một tập thể (dùng
làm server hỗ trợ 4000 người dùng).
3. Main Frame Computer: Khả năng sử lý cực mạnh được dùng
trong các mục đích tính toán có yêu cầu rất cao, ngay tức khắc

4. Super Computer: Tốc độ cực nhanh, là loại máy tính mạnh
nhất. Đơn vị tính Petaflop (triệu tỉ phép tính/giấy)
Thành phần của máy tính:
1. Bộ xử lý.
2. Bộ nhớ.
3. Nhập xuất.
4. Thành phần liên kết hệ thống.

2


Hoạt động của máy tính:
Thực hiện lệnh:
Thực hiện lệnh là thao tác cơ bản của máy tính. Quá trình này lặp đi
lặp lại, gồm 2 bước: Nhận lệnh& thực thi lệnh.

Dữ Liệu:
Mã hóa dữ liệu:
- Mọi dữ liệu đưa vào máy tính đề được mã hóa dưới dạng nhị
phận.
- Các loại dữ liệu:
+ Dữ liệu nhân tạo (Do con người quy ước)
+ Dữ liệu tự nhiên tồn tại khách quan giữa con người (âm
thanh, ánh sáng, nhiệt độ, hình ảnh
+ Mô hình thông tin đầu vào và tái tạo tín hiệu:
=>(t/hvật lý)=>Bộ cảm biến=>Bộ chuyển đổi tương tự
số=>Máy tính=>bộ chuyển đổi số tương tự=>bộ tái tạo
tín hiệu=>(t/h vật lý)=>
Thứ tự lưu trữu cảu các bye dữ liệu:
Bộ nhớ chính tường được tổ chức thep bye. Độ dài dữ liệu có thể

chiếm 1 đến 10 bye
Phân lọai cách lưu trữ dữ liệu:
Little endian (lưu trữ đầu nhỏ)
Big endian (lưu trữ đầu lớn)

CPU (Central Processing Unit) :
Chức năng:
Điều khiển hoạt động của PC, xử lý dữ liệu.
Nhiệm vụ:
1. Nhận lệnh: CPU đọ lệnh từ bộ nhớ.
2. Giải mã lệnh: Xác định thao tác yêu cầu.
3. Nhận dữ liệu: Từ bộ nhớ hoặc cổng vào ra
4. Xử Lý dữu liệu: Thực hiện phép toán số học logic.
5. Ghi dữu liệu: Vào bộ nhớ hay các cổng vào ra.
Thanh ghi:
có tốc đọ truy suất cực nhanh, chứa các thông tin tạm thời phục vụ
cho hoạt động chuyền tải của CPU. Số lượng thanh ghi tùy thộc vào
3


bộ xử lý cụ thể. Số lượng thanh ghi nhiều sẽ làm tăng hiệu năng
hoạt động của CPU.
1. Phân loại: dựa theo chức năng.
2. Thanh ghi địa chỉ: Quản lý địa chỉ của ngăn nhớ khi cổng vào
3.
4.
5.
6.

ra. Ví Dụ: PC; DS;ES.

Thanh ghi dữ liệu: Chứa tạm thời các dữ liệu Ví dụ: AC.
Thanh ghi đa năng: Có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu.Ví dụ:
AX; BX; CX; DX.
Thanh ghi điều khiển/ trạng thái: Chứa thông tin điều kiển
và trạng thái CPU. Ví dụ: CF; SF; OF; ZE.
Thanh ghi lệnh: Chứa lệnh đang được thực hiện. Ví Dụ: IR.

Khái niêm Lệnh:
Mỗi lệnh là một chỗi số nhị phân mà bộ xử lý hiểu dượcđể thực hiện
1 thao tác xác định.
-

Các lệnh được mô tả bằng kí hiệu gợi nhớ là các lệnh gọi nhớ.
Thành phần của lệnh:
+ Thao tác mà thành phần xử lý phải thực hiện.
+Điều khiển vào ra.
+Địa chỉ của toán hàm (nơi chứa địa chỉ toán hạm mà thap tác
tác động)

Hoạt động của CPU:
1. Tính địa chỉ lệnh: Xác định địa chỉ của lệnh sẽ được thực
hiện.
2. Nhận lệnh: Đọc lệnh từ bộ nhớ có địa chỉ xác định vào thanh
ghi.
3. Giải mã lệnh: Lệnh từ thanh ghi IR đưa đến đơn vị điều khiển
và được giả mã.
4. Tính địa chỉ toán hạng: Xác định vị trí các giá trị nằm trên
bộ nhớ hay cổng vào ra.
5. Nhập toán hạng: Sau khi xác định được vị trí của giá trị CPU
sẽ đưa địa chỉ này ra BUS địa chỉ và phát tín hiệu điều khiển

đọc, toán hạng sẽ được đưa vào CPU. Số lần thực hiện thao tác
này sẽ phụ thuộc vào số toán tử được đưa vào thanh ghi.
6. Thao tác dữ liệu: Thực hiện thao tác lệnh với các toán hạng
vừa chuyển vào thanh ghi.
7. Tính địa chỉ toán hạng kết quả: Tính lại địa chỉ để lưu toán
hạng.
8. Cất toán hạng: Ghi kết quả vào bộ nhớ hoặc thiết bị vào ra.
9. Kiểm tra ngắt: Sau khi thực hiện xong chu kì lệnh sẽ kiểm tra
chu kì ngắt. Nếu không còn ngắt sẽ kiểm tra chu kì tiếp theo.

4


Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý:
Đơn vị xử lý dữ liệu:
- Đơn vị xử lý số nguyên.
- Đơn vị xử lý chức năng đặc biệt(âm thanh, hình ảnh...)
- Đơn vị chấm động
Bộ nhớ Cache
- Cahe L1 gồm hai phần tách rời cache lệnh cache dữ liệu.
- Giải pháp xung đột lệnh, dữ liệu.
- Một số vi xử lý có cache L3.
Tính địa chỉ lệnh
Quá trình nhận lệnh của CPU:
CPU(nhận lệnh từ bộ nhớ chính)  Bộ đếm chương trình PC(Program
camter) (giưa địa chỉ lệnh sẽ được nhận)  CPU(Nhận lệnh từ ngăn
nhớ gõ bởi CPU)  Lệnh được lạp bởi thanh ghi IR (Intuction Register)
Sau khi nhập lệnh vào nội dung PC tự động tăng để gõ lệnh kế tiếp.

Quá trình thực hiện lệnh:

Bộ xử lý giả mã lệnh đã được nhập và phát tín hiệu điều khiển, thực
hiện thao tác mà lệnh yêu cấu.
Như trao đổi dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ chính Modul & RAM xử lý
dữu liệu như thực hiện các phép toán số học hoặc logic.
Ngắt:
là cơ chế cho phép CPU ngừng chương trình đang thực hiện để
chuyển sang thực hiện một trương trình khác.
Hoạt động ngắt:
Sau khi thực hiện xong mộ lệnh bộ xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt. Nếu
không có lệnh ngắt, bộ xử lý sẽ nhận lệnh tiếp theo của trương trình
thực hiện. Nếu có ngắt tạm dừng chương trình đang thực hiện, các
ngữ cảnh thiết lập PC tới trương trình phục vụ ngắt. Chương trình
con phục vụ ngắt sẽ thực hiện việc khôi phục ngữ cảnh, tiếp tục
trương trình con đang bị tạm dừng.

Bios(Basic input/Output System)
Bios là tập hợp các chươnng trình sơ cấp để hướng dẫn hoạt động
cơ bản của máy tính: Kiểm tra bộ nhớ, ổ đĩa, CPU, bàn phím được lưu
trong chíp nhớ chỉ đọ Rom trương trình sẽ tự chạy khi khởi động máy

5


Chức năng:
1. POST: (A power- on Self test ): Kiểm tra tra các thiết bị
máy tính hoặ khởi động lại để chắc chắn rằng máy tính hoạt
động tốt.
2. Kích hoạt các chíp Bios khác được gắn trên các board mạch
điện tử khác được gắn trên mainboard.
3. Cung cấp một bộ các routine (tập tin thi hành) bậc thấp để gắn

kết hệ điều hành với các thiết bị phần cứng. Chúng quản lý bàn
phím, màn hình, các cổng nối tiếp và các cồn song song.
4. Quản lý cài đặt với đĩa cứng, đồng hồ...

BUS:
Khái niệm:
Tập hợp các đường kết nói dùng để vận chuyển thông tin giữa các
thành phần máy tính với nhau.
Độ Rộng Bus:
Là số đường dây của Bus có thể chuyền thông tin đông thờ.
Phân loại Bus:
Theo chức năng chia làm 3 loại.
Bus địa chỉ (address bus):
Đường dẫn các thông tin về tín hiệu địa chỉ.(vị chí bộ nhớ và thiết
bị). Độ rộng bus địa chỉ: không gian địa chỉ tối đa của bộ nhớ.
Bus dữ liệu (data bus):
Đường dẫn các thông tin dữ liệu.(nội dung bộ nhớ và các thiết
bị).Độ rộng bus dữ liệu: số bit có thể truyền đồng thời.
Bus điều khiển (Control bus):
Đường dẫn các thông tin tín hiệu điều khiển (xác định các thao tác)
Các Bus điển hình của máy tính:
- Bus của bộ xử lý (Font slide Bus –FSB): tốc độ cao nhất
- Bus bộ nhớ chính: Nhanh
- Bus đĩa cứng/CD: Chậm hơn.
- Bus đĩa mềm, cổng giao tiếp: chậm.

Bộ nhớ trong
Tổng quan bộ nhớ trong :
- Chứa thông tin mà cpu có thể trao đổi trực tiếp.
- Tốc độ rất nhanh

- Dung lượng nhỏ.
- Sử dụng bộ nhớ bán dẫn
- Chứa chương trình, dữu liệu đang được CPU sử dụng
6


-

Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ
Nội dung ngăn nhớ có thể thay đổi nhưng địa chỉ luôn cố định

Các loại bộ nhớ bán dẫn:
1. Rom (Reald Only Memory)
- Là bộ nhớ chỉ đọc dùng để lưu thư viện các trương trình, các
chuong trình điều khiển hệ thống.
- Phân loại Rom:
+ Rom mặt nạ: Thông tin trong rom không thể xóa (Ví dụ: Bios
Rom)
+ PRom: Rom nguyên thủy không thể xóa hay ghi. Nhưng
thông tin có thể cài vào chíp và lưu mãi mãi trong Chíp.(Thông
tin chỉ được cài đặt 1 lần trên Prom Ví dụ: đĩa CD)
+ EPRom (Erasable program mable rom): Là lạo cao hơn PRom
có thể ghi hoặc xóa nhiều lần.(Ví dụ: Đĩa CD rasable)
+ EEPRom: Có thể ghi và xóa thông tin nhiều lần bằng
software thay vì hardware.
+ Bios vốn là Rom
2. Ram (Random Acces Memory)
- Lưu thông tin tạm thời.
- Là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ( là dữ liệu được truy xuất
không theo thứ tự nhất định. Rom chạy chậm hơn Ram rất

nhiều).
- Có hai loại RAM: SRAM và DDRAM

Bộ nhớ đệm nhanh
Tổng quan:
- Được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính. Nhằm tăng tốc trao đổi
thông tin giữa CPU và bộ nhớ. Giảm thờ gian chờ của CPU khi
truy xuất bộ nhớ chính. Bằng cớ chế đọ trước các ô nhớ kế tiếp.
- Cache được chế tạo từ SRAM có tốc độ rất cao dung lượng nhỏ.
Phân loại Cache:
Cache N1:
- Ở trong nhân CPU kích thước nhỏ vài chục kilobye.
- Gồm 2 phần tách rời Cache và dữ liệu nhằn giải quyết xung đột
khi nhận lệnh và dữ liệu
Cache N2:
- Ở ngoài nhân CPU kích thước lớn khoảng vài trăm kilobye đến
vài MB dùng cho cả lệnh và dữ liệu.
- Một số máy còn có Cache N3 đây là trung gian giữa Cache N2
và bộ nhớ.
7


Disk Cache
- Bộ nhớ đệm đĩa cùng nguyên tắc với cache. Nhưng xử dụng
một phần bộ nhơ chính hay được thiết kết ngay trên đĩa cứng.
- Các truy xuất gần nhất của đĩa cứng sẽ được lưu vào bộ đệm.
Khi chuong trình truy xuất dữ liệu từ đĩa cứng nó sẽ kiểm tra
trong bộ nhớ đệm trước tiên.
- Cơ chế của bộ nhớ đệm đĩa có tác dụng cải thiện tốc độ hệ
thống.

- Việc truy xuất dữ liệu trên đĩa đệm nhanh hơn rất nhiều so với
đĩa cứng.
Thay thế phần tử trên Cache
Phương pháp chọn phần tử thay thế:
-

FIFO (Fist in, Fistout): Phần tử nào vào trước sẽ được thay thế
trước.
LRU (Least Recently Used): Chọn phần tử trên Cache mà trong
khoảng thời gian lớn nhất không được sử dụng.

Bộ nhớ ngoài:
Đĩa từ:
Trên bề mặt đĩa phủ một lớp mỏng chất có từ tính (ban đầu các hạt
từ không có hướng)
-

-

Quá trình ghi: Tín hiệu điện ở dạng tín hiệu số được đưa vào
đầu từ thành các nam châm rất nhỏ.Chiều của các hạt từ tùy
chỉnh theo tín hiệu đưa vào là 0 or 1
Quá trình đọc: Đầu đọc lướt qua bề mặt đĩa dọc các đường cắt
được ghi tín hiệu.
Tại thời điểm giao nhau của cá hạt từ tính, từ trường biến đổi.
Và cảm ứng từ lên đầu đọc tạo thành xung nhịp.
Xung điện này rất yếu được đưa vào khuếch đại lấy ra tín hiệu
0 và 1

Đĩa Quang:

CD trắng trên bề mặt có phủ một lớp hóa chất có khả năng phản
xạ ánh sáng. CD có dữ liệu là cá điểm hóa chất bị đốt cháy.
Bộ nhớ Flash:
Thường kết nối qua cổng USB, là bộ nhớ bán dẫn, gọn nhẹ.
Đĩa cứng SSD (Solid State Drive):
Là các chíp nhớ Flash, không có chuyển động cơ học tốc độ
nhanh, tiết kiệm điện, giảm giá thành, không ồn ào.

8


Thiết bị ngoại vi:
Là một số loại thiết bị bên ngoài thùng máy được gắn kết với máy
tính với tính năng nhập xuất (IO) hoặc mở rộng khả năng lưu trữ
(như một dạng bộ nhớ phụ).

Note: Tập tài liệu là tóm gọn lại nội dung
phần lý thuyết theo cách hiểu của tui về
môn kiến trúc máy tính từ chương 1 đến
chương 5 nếu có gì quan trọng thiếu xót mọi
người bổ xung thêm rùi up lại nha!!

9