Chuong2 nmth

NHẬP MÔN TIN HỌCNHẬP MÔN TIN HỌC

Chương 2

TỔ CHỨC MÁY VI TÍNH

2

Nội dung chương 2

I. Cấu trúc máy vi tính

II. Hoạt động máy vi tính

III. Một số thiết bị xuất nhập

IV. Các khái niệm cơ bản về phần mềm

3

I. Cấu trúc máy vi tính

1. Cấu trúc vật lý

2. Cấu trúc luận lý

4

1. Cấu trúc vật lý

• System Unit:

Đơn vị hệ thống (CPU)

• Monitor:

màn hình

• Keyboard:

bàn phím

• Mouse: chuột

• Speakers: loa

5

Các đầu nối (connectors)

6

Bên trong system unit

7

Ví dụ: mainboard

8

Sơ đồ khối Intel Chipset 945G

9

Các loại CPU Intel

10

Một số loại CPU Core 2 Duo

11

Một số loại CPU Pentium D

12

Các đơn vị bộ nhớ

Viết tắt: B , KB, MB, GB, TB

13

2. Cấu trúc luận lý

1 CPU hay nhiều CPU

(SMP, Symmetric MultiProcessor) Bộ nhớ Các thiết bị I/O

• Mạch điều khiển (Controller)• Thiết bị (Device)

Các loại bus

14

Cấu trúc tiêu biểu máy vi tính

15

Cấu trúc tiêu biểu máy vi tính

16

PCI bus

Do Intel thiết kế, độc lập với CPU Băng thông rộng Hỗ trợ Plug-and-Play

(thiết lập cấu hình tự động) PCI 1.0, 2.0, 2.1, 2.2

17

PCI bus (tt)

Bus dữ liệu: 32 bit, 64 bit Xung nhịp: 33 MHz, 66 MHzBăng thông (bandwidth) ~ 133MB/sec

~ 528MB/sec

18

PCI Express bus

Phát triển kiến trúc PCI

tương thích với PCI Băng thông rộng

Bắt đầu từ 200 MB/sec, có thể x2, ..,x32 Hỗ trợ tốt hơn cho truyền thông,

đa phương tiện (audio, video) Thêm bớt thiết bị khi máy hoạt động

(Hot plugging)

19

USB (Universal Serial Bus)

Kết nối các thiết bị đặt ngoài (external) Đặc điểm:

• Thống nhất đầu nối• Cấp nguồn• Thêm bớt khi máy hoạt động (Hot-plugging)• Tự động thiết lập cấu hình (Plug-and-Play)

Tốc độ: 12 Mbps(1.0), 450 Mbps(2.0) 7 thiết bị, có thể đến 127 thiết bị với Hub

20

Các tài nguyên hệ thống (phần cứng)

I/O address

Địa chỉ I/O IRQ i (Interrupt ReQuest)

Yêu cầu ngắt DMA channel

Kênh DMA

21

II. Hoạt động máy vi tính

1. Quá trình khởi động

2. Thực thi chương trình ứng dụng

3. Xử lý lỗi

22

Hệ thống máy tính với phần cứng, phần mềm

23

1. Quá trình khởi động

Power Supply – Nguồn cấp điện ROM BIOS

trên mainboard ROM extensions – ROM mở rộng

Ví dụ: ROM trên card màn hình, … Boot Drive – Đĩa khởi động

Boot record – Mẩu tin khởi động Operating system – Hệ điều hành

24

2. Thực thi chương trình ứng dụng

Giả sử hệ điều hành đang hoạt động User yêu cầu thực thi một chương trình

• Click trên icon; chọn menu; dòng lệnh … Hệ điều hành xác định vị trí chương trình (và

dữ liệu) trên thiết bị nhớ ngoài Hệ điều hành tìm khoảng trống phù hợp trên

bộ nhớ Hệ điều hành nạp chương trình vào bộ nhớ

• Chương trình trên đĩa không thay đổi, trên bộ nhớ chỉ là bản sao

25

Thực thi chương trình ứng dụng (tt)

Hệ điều hành cung cấp các tài nguyên hệ thống cho chương trình

Hệ điều hành khởi động (cho thực thi) chương trình• Khi chương trình được thực thi, hệ điều

hành hoạt động bên dưới (background) để cung cấp tài nguyên, thực hiện xuất nhập

Khi chương trình kết thúc thì có được ghi trở lại bộ nhớ ngoài?

26

3. Xử lý lỗi

Máy tính không sử dụng được khi: Các thành phần có lỗi

không hoạt động bình thường

Cấu hình hệ thống không đáp ứng được yêu cầu của phần mềm• Theo system requirements

Có hệ thống mới với các tính chất tốt hơn thay thế

27

Xử lý lỗi phần cứng

1) Xác định lỗi

2) Thu thập dữ liệu

3) Chọn giải pháp

4) Thực hiện giải pháp

5) Nếu vấn đề chưa được giải quyết thì lặp lại các bước từ 1 đến 4

6) Nếu vấn đề đã được giải quyết thì ghi nhận lại (văn bản) lỗi và cách giải quyết

28

Xử lý lỗi phần mềm

Thu thập thông tin từ end-user:• Đã sử dụng chương trình nào?• Đã thực hiện thao tác gì?• Có cài đặt (install) thêm hay gỡ bỏ

(uninstall) phần cứng, phần mềm?

Lập lại các triệu chứng của lỗi• Xác định vị trí xảy ra lỗi• Ví dụ: khởi động lại

29

Xử lý lỗi phần mềm (tt)

Xác định các thay đổi trên môi trường • Đã cài đặt chương trình không tương thích?• Đã gỡ bỏ chương trình? Xóa files?

Xác định lỗi phần cứng hay lỗi phần mềm Xử lý lỗi:

• Copy lại các file đã xóa• Điều chỉnh lại các thông số (đường dẫn, …)• Cài đặt lại phần mềm

30

III. Một số thiết bị xuất nhập

1. Đĩa từ

2. Màn hình

3. Máy in

31

1. Đĩa từ

Đĩa cứng với 4 đĩa

32

Cấu trúc một mặt đĩa

33

Đĩa từ (tt)

Track, Sector, Cylinder Đơn vị truy xuất: sector Các bước truy xuất sector:

• Di chuyển hệ thống đầu từ đến cylinder chứa sector – Seek time (mili sec)

• Chờ sector xoay đến vị trí đầu từ - Rotational latency (rpm)

• Truy xuất sector Thông số tổng quát: tốc độ truy xuất

(Data Transfer Rate) theo MB/sec

34

2. Màn hình

Hai dạng thông dụng: Dùng đèn hình CRT Dùng tinh thể lỏng LCD

35

Màn hình dạng CRT (Cathod Ray Tube)

a. CRT b. Quét tia điện tử

36

Màn hình LCD (Liquid Crystal Display)

37

Thông số màn hình

Dot pitch – Kích thước điểm ảnh, ví dụ 0.22mm

Refresh rate – Tốc độ làm tươi (hz) Resolution – Độ phân giải Monitor screen size – Kích thước màn

hình, ví dụ 17” Display colors – Số màu

38

3. Máy in

Các loại máy in: In kim – Dot-matrix printer In phun – InkJet In laser – Laser printer

Thông số chính: Độ phân giải – dots per inch (dpi) Tốc độ in – pages per minute (ppm)

39

Máy in Laser

40

IV. Các khái niệm cơ bản về phần mềm

1. Phần mềm ứng dụng

2. Phần mềm hệ thống

3. Giải quyết vấn đề dùng máy tính

4. Giới hạn của máy tính

41

1. Phần mềm ứng dụng

Xử lý văn bản – Word ProcessorMicrosoft Word, Corel WordPerfect

Bảng tính – SpreadsheetExcel, Lotus 1-2-3

Quản trị cơ sở dữ liệu – DatabaseAccess

Đồ hoạ – GraphicsMultimedia, Games, CAD (Computer-Aided Design)

42

Phần mềm ứng dụng mạng

Web BrowserInternet Explorer, Netscape

Web-based Applications

E-MailMicrosoft Outlook, Web-Mail

…

43

2. Phần mềm hệ thống

a. Hệ điều hành

(Operating System)

b. Chương trình công cụ, tiện ích

(Tools, Utilities)

c. Công cụ lập trình

(Programming Tools)

44

a. Hệ Điều Hành

Với người sử dụng Được nạp vào bộ nhớ đầu tiên Quản lý các chu kỳ nhập-xử lý-xuất

Với chương trình/người lập trình Mở rộng phần cứng máy tính Quản lý tài nguyên hệ thống

Ví dụ: Microsoft Windows, Linux, UNIX, MAC OS, ….

45

b. Chương trình công cụ, tiện ích

Hỗ trợ quản lý hệ thống

Ví dụ: Norton Ghost/Antivirus

Speeddisk

Disk Defragmentation Hỗ trợ sử dụng hệ thống hiệu quả hơn

Ví dụ: Download Accelerater

46

c. Công cụ lập trình

Ngôn ngữ lập trình Ngôn ngữ máy – Machine language

dạng nhị phân của tập lệnh CPU Ngôn ngữ dùng ký hiệu / Hợp ngữ

Symbolic language / Assembly language

dạng ký hiệu/gợi nhớ của tập lệnh CPU Ngôn ngữ cấp cao – High-level language

47

Thực thi chương trình hợp ngữ

Viết chương trình nguồn dùng hợp ngữ Dùng chương trình dịch hợp ngữ

(Assembler) chuyển đổi chương trình nguồn thành chương trình thực thi (trên ngôn ngữ máy tương ứng với một hệ điều hành).

Thực hiện chương trình trên ngôn ngữ máy

48

Thực thi chương trình hợp ngữ (tt)

49

Thực thi chương trình ngôn ngữ cấp cao

Viết chương trình nguồn dùng ngôn ngữ cấp cao

Có hai phương pháp thực thi:• Biên dịch• Thông dịch/Phiên dịch

50

Biên dịch (compilation)

Dùng chương trình biên dịch (Compiler) chuyển chương trình nguồn thành chương trình trên ngôn ngữ máy

Thực thi chương trình trên ngôn ngữ máy Thực thi nhanh Cần biên dịch lại khi có thay đổi Ví dụ: ngôn ngữ C,C++, …

51

Quá trình biên dịch

52

Thông dịch (Interpretation)

Dùng chương trình thông dịch (Interpreter) đọc và thực thi từng phát biểu trên chương trình nguồn

Luôn cần chương trình nguồn Thực thi chậm hơn Ví dụ: Basic, Scripting language, …

53

Quá trình thông dịch

54

JAVA

Có thể thực thi trên mọi môi trường

Thực thi chương trình Java: Quá trình biên dịch Quá trình thông dịch trên JVM

(Java Virtual Machine)

55

Môi trường lập trình Java

II

56

Thực thi chương trình Java

57

Chương trình Java trên các môi trường

58

3. Giải quyết vấn đề dùng máy tính

Chia vấn đề lớn thành các vấn đề nhỏ hơn• Divide and conquer• Thực hiện nhiếu lần cho đến khi các vấn đề

nhỏ có thể giải quyết trọn vẹn• Áp dụng với các kỹ thuật khác nhau

Thuật giải (algorithm)• Tập hợp các bước (hay lệnh) để giải quyết

một vấn đề trong thới gian hữu hạn với dữ liệu hữu hạn

59

Các giai đoạn giải quyết vấn đề

Giai đoạn phát triển thuật giải:• Phân tích (analyze)

Định nghĩa, phân tích vấn đề• Đề xuất thuật giải (propose algorithm)

Xác định các bước giải quyết vấn đề• Kiểm tra thuật giải (test algorithm)

Thực hiện các bước trong thuật giải để kiểm tra kết quả của việc giải quyết vấn đề

60

Các giai đoạn giải quyết vấn đề (tt)

Giai đoạn hiện thực thuật giải:• Mã hóa (code)

Chuyển thuật giải sang một ngôn ngữ lập trình

• Kiểm tra (test)

Thực hiện chương trình trên máy tính để kiểm tra kết quả của việc giải quyết vấn đề

61

Các giai đoạn giải quyết vấn đề (tt)

Giai đoạn bảo trì:• Sử dụng (use)

Sử dụng chương trình• Bảo trì (maintain)

Điều chỉnh chương trình để sửa lỗi (nếu có) hay đáp ứng các yêu cầu tiếp theo của việc giải quyết vấn đề

62

Tương tác giữa các giai đoạn giải quyết vấn đề

63

4. Giới hạn của máy tính

Máy tính với phần mềm có thể không giải quyết được một vấn đề vì:

Giới hạn số học (limits of arithmetic) Giới hạn truyền thông (limits on

communication) Sự phức tạp của phần mềm (complexity

of software)

64

Giới hạn số học

Có các giới hạn của phần cứng trong biểu diễn số nguyên và số thực• Ví dụ: số integer 32 bit chỉ biểu diễn được

từ -2,147,483,648 đến +2,147,483,647

Có thể dùng phần mềm để vượt qua giới hạn này• Ví dụ: biểu diễn số rất lớn như danh sách

liên kết các số nhỏ

65

Ví dụ: biểu diễn số rất lớn

66

Giới hạn truyền thông

Có các giới hạn trên băng thông (bandwidth) của các đường truyền• Có thể không thể đáp ứng yêu cầu của phần

mềm

Các đường truyền có thể có lỗi• Có thể dùng các dạng mã sửa sai (error-

correcting code)

67

Sự phức tạp của phần mềm

Phần mềm có lỗi do:• Sự phức tạp của vấn đề• Trung bình: 25 lỗi(bug)/1000 dòng chương

trình

Có các vấn đề không có giải thuật Có các giải thuật với thời gian thực thi

quá lớn