TR
NGă I H C PH MăV Nă
NG
KHOA K THU T ậ CÔNG NGH

BÀI GI NG

C U TRÚC MÁY TÍNH
VÀ GIAO DI N
B c h c:ăCaoăđ ng

Gi ng viên: Nguy n Ph măHoƠngăD ng
B môn:ă i n ậ i n t
Khoa: K thu t ậ Công ngh

Qu ng Ngãi, tháng 12/2015


TR
NGă I H C PH MăV Nă
NG
KHOA K THU T ậ CÔNG NGH

BÀI GI NG

C U TRÚC MÁY TÍNH
VÀ GIAO DI N
B c h c:ăCaoăđ ng
(S ti t: 30)

Gi ng viên: Nguy n Ph măHoƠngăD ng


ngă2ă.ăGI I THI U CÁC H MÁY TÍNH .................................................17

2.1. Các th h máy tính ........................................................................................17
2.1.1. Th h zero ..............................................................................................17
2.1.2. Th h đ u tiên (1945 – 1953) ................................................................18
2.1.3. Th h th hai (1954 – 1965) ..................................................................19
2.1.4. Th h th ba (1965 – 1980) ...................................................................20
2.1.5. Th h th t (1980 đ n nay) ..................................................................20
2.2. Ch c n ng máy tính .......................................................................................21
2.3. C u trúc và t ch c máy tính .........................................................................22
2.4. Phân lo i .........................................................................................................23
2.4.1. Phân lo i theo c u trúc t p l nh ..............................................................23
2.4.2. Phân lo i theo kh n ng x lý c a máy tính ...........................................25
2.5. Máy tính Von Neumann .................................................................................26
Ch

ngă3ă.ăC U TRÚC T NG QUÁT ................................................................28

3.1. Thùng máy – ngu n .......................................................................................28
3.2. Mainboard ......................................................................................................30
3.3. CPU ................................................................................................................33
3.4. RAM ...............................................................................................................36


3.5. BIOS VÀ CMOS RAM .................................................................................39
3.6. Interfaces ........................................................................................................40
3.7. Chipset............................................................................................................43
3.8.


ngă5ă.ăH TH NG XU T NH P ................................................................73

5.1. H th ng ng t .................................................................................................74
5.2. Truy c p tr c ti p b nh ...............................................................................77
5.3. Thi t b bên ngoài...........................................................................................80
5.4. Các ngo i vi ....................................................................................................82
TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................84


L IăNịIă

U

Bài gi ng “C u trúc máy tính và giao di n” đ

c biên so n dùng làm tài li u

h c t p cho sinh viên b c cao đ ng chính qui ngành công ngh k thu t i n – i n
t tr

ng

i h c Ph m V n

ng. Bài gi ng bao g m 5 ch

ng, cung c p cho

sinh viên nh ng ki n th c c b n v quá trình phát tri n c a máy vi tính, c u trúc c
b n c a m t máy vi tính hi n đ i, các chu n và thông s k thu t c a các thành


Ch

ng 5: H th ng xu t nh p

Trong quá trình biên so n không th tránh kh i nh ng thi u sót, r t mong
nh n đ

c s góp ý c a b n đ c đ bài gi ng đ

góp xin g i v đ a ch : B môn
Tr

ng

i h c Ph m V n

i n –

ng.

Tác gi xin chân thành c m n!

1

c hoàn thi n h n. M i ý ki n đóng

i n t , Khoa K thu t – Công ngh ,



Bit có tr ng s l n nh t
Bit có tr ng s th p nh t
for Chu n mã trao đ i thông tin
Hoa K
Tích h p c l n
Máy tính cá nhân
Set
Máy tính có t p l nh ph c t p
Set

Random Access Memory

HDD
SSD
ALU

Static Random Access Memory
Dynamic Random Access Memory
Synchronous Dynamic Random
Access Memory
Double Data Rate
Real-Only Memory
Basic Input/Output System
Complementary
Metal-OxideSemiconductor
Hard Disk Drive
Solid-State Drive
Arithmetic Logic Unit

DMA

n v tính toán s h c
Giao th c truy c p tr c ti p b
nh
B đi u khi n truy c p tr c
ti p b nh


Ch

ngă1. GI I THI U H TH NG S

M t h th ng máy tính bao g m r t nhi u thành ph n, trong đó b x lý
trung tâm (hay còn g i là CPU) chính là b não c a c h th ng. CPU s ti p nh n
và x lý m i thông tin trong h th ng. Thông tin hay còn đ
m t h th ng máy tính đ

c bi u di n d

c g i là d li u trong

i d ng s nh phân. H s nh phân còn

g i là h c s hai ch bao g m hai ch s 0 và 1. Trong máy tính nói riêng và trong
các m ch đi n t s nói chung, các giá tr này đ

c mã hóa d

i d ng các tín hi u

đi n v i các giá tr đi n áp ho c dòng đi n t


ng và s âm đ

i ch s này

c bi u di n b ng d u “+” và “-“

phân bi t v i h c s khác, ta th

ng thêm ch cái „D‟ vào phía

cu i đ ch ra r ng đó là m t s trong h th p phân, ta c ng có th b „D‟ đi mà v n
ng m hi u đó là s thu c h th p phân.
1.1.2. H nh phân (binary)
C ng nh h th p phân, nh phân c ng là m t h th ng s trong đó các giá tr
s đ
th

c bi u di n ch b ng hai ch s 0 và 1.

phân bi t v i các h c s khác, ta

ng thêm ch cái „B‟ vào phía cu i s nh phân.
Ví d : 10B, 11B, 100B, 1100B, 10100110B…
M i giá tr trong h nh phân t

ng
đ

ng ng v i m t giá tr trong h th p phân và

3

2

1

0

1

0

1

1

b3

b2

b1

b0

ng ng s là:

b3*23 + b2*22 + b1*21 + b0*20 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 11
Nh v y, s 1011B s t

ng ng v i s 11 trong h th p phân.

c n tìm.
Ví d : hình 1.1 mô t cách đ i s 50 sang h nh phân
S d

(s

g ch d

i) đ

c s p x p theo chi u m i tên, nh

110010B

4

v y 50 =


Hình 1.1.ă

i m t s th p phân sang h nh phân

H nh phân là h c s đ

c s d ng trong máy tính nói riêng và trong các

m ch đi n t s nói chung. Các giá tr 0 và 1 đ

c hi u là các m c đi n áp (ho c

0

1

0

LSB
0

T các ví d trên ta có th th y, m t nibble có th bi u di n đ
là 15, m t byte có th bi u di n đ
s l n nh t là 65535.

c s l n nh t là 255, m t word có th bi u di n

bi u di n nh ng s l n h n ta ph i dùng nh ng chu i bit

dài h n, đi u này r t b t ti n cho con ng
kh c ph c nh

c s l n nh t

c đi m trên ng

i trong vi c ghi chép, tính toán trên gi y.

i ta th

ng s d ng h th p l c phân.



ng chuy n các k t qu này thành các s th p l c phân b ng cách nhóm 4 bit s

nh phân thành m t s th p l c phân.
Ví d : chuy n s 110001111000001011101011B thành s th p l c phân
1100
C

0111
7

1000
8

0010
2

1110
E

1011
B

Ta s nhóm t ng 4 bit s nh phân l i đ t o thành m t s th p l c phân:
1100B có giá tr là 12 t
1000B có giá tr 8 t
giá tr 14 t

ng ng v i „C‟, 0111B có giá tr 7 t


3

1010
A

1101
D

Nh v y, s nh phân 11101011011111B t

1111
F

ng ng v i s 3ADFH

Vi c chuy n t s th p l c phân thành s nh phân đ
ng

c l i, t c là m t ch s th p l c phân đ

c phân tích thành 4 bit nh phân.

Ví d : chuy n s A3C5H thành s nh phân
A
3
C
5
1010 0011 1100 0101

6

1

y
0
1
0
1

z
0
0
0
1

K t qu c a phép toán AND ch b ng 1 khi c hai toán h ng đ u b ng 1, t c
là k t qu ch đúng khi c hai đi u ki n đ u đúng.
b. Phép toán OR
Gi s z = x OR y
x
0
0
1
1

y
0
1
0
1


0

K t qu c a phép toán XOR b ng 0 khi hai toán h ng gi ng nhau, t c là k t
qu ch sai khi hai đi u ki n gi ng nhau (cùng đúng ho c cùng sai)
d. Phép toán NOT
Phép toán này ch có m t toán h ng. Gi s y = NOT x
x
0
1
K t qu y đ

y
1
0

c g i là bù c a toán h ng x.

1.2.2. Các phép toán s h c
Vi c th c hi n các phép toán s h c (c ng, tr , nhân, chia, …) trong h th p
phân đã quá quen thu c v i chúng ta, do đó, n i dung ph n này ch trình bày cách
th c hi n các phép toán s h c trong h nh phân.
a. Phép c ng
Phép c ng trong h nh phân đ

c th c hi n gi ng nh trong h th p phân

(c ng c t theo c t), ch có s khác bi t

đi m: h th p phân có 10 ch s (t 0 đ n


C ng gi ng nh s th p phân, s nh s đ
Xét các ví d sau.
Ví d : th c hi n phép c ng 001B + 100B


001
100
101

8

c c ng vào bit cao h n k ti p.


Trong h th p phân, phép c ng này t

ng ng là 1+4=5 (001B = 1, 100B =

4, 101B = 5). ây là phép c ng không có s nh . Xét ví d ti p theo v i phép c ng
có s d ng s nh .
Ví d : th c hi n phép c ng 0011B + 0110B
S nh
S h ng th nh t
S h ng th hai
T ng
Trong h th p phân, phép c ng này t

11
0011
0110


ng t nh trong h th p

c cho nh sau.

n là c
a
0
0
1
1

b
0
1
0
1

y
0
1
1
0

C ng gi ng nh s th p phân, s m

ns đ

c
0


1
1010
0110
0100
ng ng v i 10-6=4.

c. Phép nhân
Phép nhân trong h nh phân c ng đ

c th c hi n t

ng t nh trong h th p

phân.
Ví d : th c hi n phép nhân 1011B x 1101B

Phép nhân trên trong h th p phân t

ng ng v i 11x13=143

Khi nhân m t s n bit v i m t s m bit, tích s s có m+ n bit
d. Phép chia
Phép chia trong h nh phân c ng đ

c th c hi n t

ng t nh trong h th p

phân.


t t c các bit.

tìm s bù 1 c a m t s nh phân b t k , ta

ch c n đ i bit 0 thành 1 và 1 thành 0
Ví d :
S nh phân
01011
110100
1010011

S bù 1
10100
001011
0101100

S bù 2
S bù 2 c a m t s nh phân b ng s bù 1 c a nó c ng thêm 1
Ví d :
S nh phân
10011
110100
1010011
S có d u đ

S bù 1
01100
001011
0101100


- S bù 2 c a 0101B là: 1010B + 1 = 1011B
Do đó, s -5 t

ng ng v i s nh phân: 1011B

Ví d : s có d u và không d u 4 bit đ

c cho nh trong B ng 1.1

B ng 1.1. S có d u và không d u 4 bit
S nh phân
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000

S th p phân (có d u)

11
10
9
8

Nh ta đã bi t, trong h th p phân, phép tr có th đ

c th c hi n thông qua

phép c ng v i s âm, ví d nh : 14 - 5 có th th c hi n b ng phép c ng 14 + (-5).
Do đó, trong h s nh phân phép tr c ng có th đ

c th c hi n b ng cách c ng

v i s bù 2. Sau đây ta xét ví d th c hi n phép tr b ng cách nh v y.
Ví d : th c hi n phép tr 14 – 5
th c hi n phép tr trên tr
di n hai s tr và s b tr . Trong tr

c h t ta ph i xác đ nh s bit (n) dùng đ bi u
ng h p trên, đ bi u di n đ

c c hai s 14

và -5, s bit n=5
Trong h nh phân bi u di n s có d u: 14 = 01110B và -5 = 11011B. Do đó,
phép tr trên t

ng ng v i 01110B + 11011B


K t qu phép tính là 0111B, t c là +7 thay vì -9 nh mong mu n.
này, k t qu sai vì -9 n m ngoài ph m vi bi u di n c a s có d u 4 bit.

ví d
có k t

qu đúng, ta ph i t ng s bit bi u di n lên 5 bit, -4 = 11100B, -5 = 11011B

Phép tính cho k t qu là 10111B, t c là -9
b. S th p phân
bi u di n s th p phân trong h nh phân ta c ng dùng d u ch m t

ng t

nh trong h th p phân.
Ví d : 1100.1011B, 100.11B, 10.0101B, …
Cách chuy n đ i các s nh phân d ng này sang h th p phân c ng đ
hi n nh bình th

ng, các tr ng s t

ng ng c a các s sau d u ch m có s m

âm.
Ví d : chuy n s nh phân 1100.1011B sang h th p phân
3
1
b3

2

b-4


1*23 + 1*22 + 0*21 + 0*20 + 1*2-1 + 0*2-2 + 1*2-3 + 1*2-4 = 12.6875
chuy n m t s th p phân trong h th p phân sang h nh phân ta th c
hi n các b

c sau:

- Ph n nguyên: chuy n đ i bình th

ng nh đã mô t trong ph n 1.2

- Ph n th p phân: l y ph n th p phân nhân cho 2, ghi nh n l i ph n nguyên,
còn ph n th p phân ti p t c nhân cho 2. L p l i nhi u l n nh v y cho t i đ chính
xác mà ta mong mu n. Ph n th p phân là t p h p các ph n nguyên c a phép nhân.
Trong đó, s đ u tiên có tr ng s l n nh t c a ph n th p phân.
Ví d : chuy n s 12.6875 sang h nh phân
- Ph n nguyên 12 t

ng ng trong h nh phân là 1100B

- Ph n th p phân là 0.6875, đ chuy n sang h nh phân ta l y ph n này l n
l

t nhân cho 2
Phép nhân ph n th p phân cho 2
0.6875
x2 = 1.375
0.375

bi u di n m t ký t (ch cái,

ng dùng m t t h p các bit 0 và 1. M t t p h p

các cách bi u di n cho t t c các ký t g i là m t b ng mã hay g i t t là mã. M t s
b ng mã chu n đã đ

c xây d ng đ dùng trong máy tính ho c trong truy n thông

nh : ASCII, Unicode, EBCDIC, … Sau đây là m t s mã đ

c s d ng ph bi n

trong máy tính hi n nay.
a. Mã ASCII
Mã ASCII đ

c t ch c mã chu n c a M xây d ng đ dùng trong trao đ i

thông tin. Mã ASCII s d ng m t t h p 7 bit nh phân đ bi u di n m t ký t , vì

14


v y mã này bi u di n đ

c t i đa 128 (27) ký t . Cách bi u di n các ký t đ

c mô



Microsoft, IBM, Google, Apple, Yahoo, Oracle … đã th ng nh t đ a ra m t b ng
mã ký t m i có kh n ng bi u di n đ

c t t c các ngôn ng trên th gi i, đó là
15


Unicode. Mã Unicode bi u di n ký t b ng m t t h p 16 bit, do đó, mã này có kh
n ng bi u di n đ

c 216 = 65536 ký t . V i s l

ng nh v y, mã Unicode có kh

n ng bi u di n g n nh t t c các ngôn ng khác nhau trên th gi i, k c các ngôn
ng s d ng ký t t

ng hình ph c t p nh Ti ng Trung Qu c, Ti ng Thái, …
CÂU H I ÔN T PăCH

NGă1

1. Chuy n các s sau sang s nh phân: 30; 52; 87; 100; 225; 65,625; 90,84375
2. Chuy n các s sau sang s th p l c phân: 90; 125; 241; 512; 1023
3. Bi u di n s 8 bit bù 2 c a các s sau: 79; -49; -125; -100; 115; -128
4. Cho chu i ký t sau: “DH Pham Van Dong”, hãy bi u di n chu i ký t này b ng
mã ASCII.
5. Th c hi n các phép tr sau b ng cách th c hi n phép c ng v i s bù 2
a. 10 – 15

thành ph n c b n nh t c a m t chi c máy tính qua các th i k và m t s cách phân
lo i máy tính. Ph n cu i cùng s trình bày v chi c máy tính theo ki n trúc Von
Neumann – Turring.
2.1. Các th h máy tính
Trong ph n này chúng ta chia s phát tri n c a máy tính thành nh ng giai
đo n nh , g i là th h . M i th h đ

c đ c tr ng b ng công ngh dùng đ xây

d ng nên chi c máy tính.
2.1.1. Th h zero
ây là th h các máy tính c khí, b t đ u t n m 1642, khi nhà toán h c
ng

i Pháp, Blaise Pascal, hoàn thành vi c xây d ng m t c máy tính toán có kh

n ng th c hi n đ

c phép c ng có nh và phép tr .

c khí s d ng các bánh r ng và đ

ây là thi t b hoàn toàn b ng

c cung c p l c nh m t cánh tay quay. Kho ng

30 n m sau đó, chi c máy tính toán ti p theo m i ra đ i, đó là phát minh c a nhà
toán h c ng

i


17


đ i nh : đ n v x lý toán h c, b nh , các thi t b xu t và nh p d li u. Máy phân
tích có kh n ng th c hi n đ
tr

c, còn đ

m i ch

c g i là ch

c m t lo t các phép tính d a trên m t k ho ch cho

ng trình. D li u đ

ng trình có d li u khác nhau, t

Công vi c vi t k ho ch cho máy còn đ
ng

c đ a vào máy b ng các th đ c l ,

ng ng v i các th đ c l khác nhau.
c g i là l p trình. Babbage đã thuê m t

i tên là Ada l p trình cho mình. Do đó, Ada đ


sinh viên k thu t ng
Babbage và đã có ý t

i

c, tên là Konrad Zuse đã tìm hi u l i thi t k c a

ng c i ti n thi t k này b ng cách thay các bánh r ng b ng

các r le. Chi c máy tính c a Zuse ra đ i có tên là Z1. Z1 c ng có kh n ng l p trình
đ

c, có b nh , đ n v tính toán, đ n v đi u khi n. Các công trình c a Zuse sau

đó không còn đ

c phát tri n do b phá h y trong chi n tranh, nh ng Zuse v n đ

xem là m t trong nh ng ng

c

i đi tiên phong trong vi c chuy n đ i chi c máy tính

t c sang đi n.
Chi c máy tính đ

c xem là hoàn toàn b ng đi n t đ u tiên đ

Mauchley và J.Presper Eckert ch t o và đ

ch

ng trình đ u tiên, là c s cho các máy tính s hi n nay.
N m 1953, IBM c ng s n xu t ra chi c máy tính đ u tiên c a công ty, đó là

701. Các n m sau đó, IBM ti p t c c i ti n và cho ra đ i các dòng s n ph m có b
nh l n h n và th c hi n đ

c nhi u ch c n ng h n, đó là 704 (n m 1956) và 709

(n m 1958).
2.1.3. Th h th hai (1954 ậ 1965)
ây là th h các máy tính s d ng transistor. N m 1948, ba nhà nghiên c u
t i ph ng thí nghi m Bell (Bell Lab), John Bardeen, Walter Brattain và William
Shockley đã phát minh ra transistor.

ây là m t công ngh m i mang tính cách

m ng trong ngành công nghi p máy tính nói riêng và đi n t
transistor tiêu th ít n ng l

nói chung. Vì

ng h n, nh h n r t nhi u và ho t đ ng tin c y h n so

v i đèn chân không, do đó, m ch máy tính c ng tr nên nh h n và ho t đ ng chính
xác h n. M c dù v y, máy tính trong th i k này v n khá đ t và k nh càng. Ch các
tr

ng đ i h c, chính ph ho c các công ty l n m i có đ kh n ng mua máy tính.


c nghiên c u và ch t o t nh ng n m 1950. Ý t

c đ xu t l n đ u tiên b i Jack Kilby, khi đó m ch đ

ng v m ch tích h p

c làm b ng Germani. Sau

đó, m ch tích h p g p m t s v n đ trong quá trình s n xu t và ho t đ ng nên
Robert Noyce (đ ng sáng l p các công ty Fairchild Semiconductor n m 1957 và
Intel n m 1968) đã đ xu t s d ng Silic đ ch t o các m ch tích h p. K thu t này
đ

c s d ng cho đ n ngày nay.
M t m ch tích h p cho phép ghép nhi u transistor trên m t m ch đ n và

đóng gói l i thành m t linh ki n duy nh t g i là chip. Vì v y, m ch tích h p có kích
th

c nh h n, t c đ ho t đ ng cao h n so v i m ch ghép các transistor riêng l .

M ch tích h p ra đ i m ra th i k phát tri n bùng n c a máy tính. Các máy tính
th i k này tr nên nh g n h n, t c đ cao h n và đ c bi t là tiêu th n ng l

ng ít

h n. Trong giai đo n này, IBM đã gi i thi u m t th h máy tính hoàn toàn m i, đó
là các máy tính thu c h System 360.
là chúng hoàn toàn t

V i vi m ch VLSI, Intel đã ch t o b vi x lý đ u tiên trên th gi i vào n m
1971, đó là 4004. Intel 4004 là vi x lý 4 bit, ch y

t n s 108KHz. Cùng th i

đi m này, Intel c ng gi i thi u b nh truy c p ng u nhiên (RAM) v i dung l

ng

c a m t chip nh là 4Kilobit (Kb).
Công ngh VLSI ngày càng ph bi n, v i m t đ tích h p ngày càng cao làm
cho máy tính ngày càng nh và r . N u nh

các th h tr

c, ch có m t s tr

đ i h c, doanh nghi p l n ho c t ch c chính ph m i trang b đ
đ n giai đo n này, các cá nhân đã có th mua đ

ng

c máy tính thì

c máy tính. N m 1981, IBM đã

gi i thi u chi c máy tính cá nhân (PC) đ u tiên, kh i đ u th i đ i máy tính cá nhân.
Hi n nay máy tính đã đ

c s d ng r ng rãi trên toàn th gi i v i nhi u m c