Bài giảng nhập môn tin học chương 2: tổ chức máy vi tính

NHẬP MÔN TIN HỌC Chương 2 TỔ CHỨC MÁY VI TÍNH 2Nội dung chương 2 I. Cấu trúc máy vi tính II. Hoạt ñộng máy vi tính III.Một số thiết bị xuất nhập IV.Các khái niệm cơ bản về phần mềm 3I. Cấu trúc máy vi tính 1. Cấu trúc vật lý 2. Cấu trúc luận lý 41. Cấu trúc vật lý • System Unit: ðơn vị hệ thống (CPU) • Monitor: màn hình • Keyboard: bàn phím • Mouse: chuột • Speakers: loa 5Các ñầu nối (connectors) 6Bên trong system unit 7Ví dụ: mainboard 8Sơ ñồ khối Intel Chipset 945G 9Các loại CPU Intel 10 Một số loại CPU Core 2 Duo 11 Một số loại CPU Pentium D 12 Các ñơn 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 ñiều 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, ñộc lập với CPU
Băng thông rộng
Hỗ trợ Plug-and-Play (thiết lập cấu hình tự ñộng)
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 MHz Băng thông (bandwidth) ~ 133MB/sec ~ 528MB/sec 18 PCI Express bus
Phát triển kiến trúc PCI  tương thích với PCI
Băng thông rộng Bắt ñầu từ 200 MB/sec, có thể x2, ..,x32
Hỗ trợ tốt hơn cho truyền thông, ña phương tiện (audio, video)
Thêm bớt thiết bị khi máy hoạt ñộng (Hot plugging) 19 USB (Universal Serial Bus)
Kết nối các thiết bị ñặt ngoài (external)
ðặc ñiểm: • Thống nhất ñầu nối • Cấp nguồn • Thêm bớt khi máy hoạt ñộng (Hot-plugging) • Tự ñộng thiết lập cấu hình (Plug-and-Play)
Tốc ñộ: 12 Mbps(1.0), 450 Mbps(2.0)
7 thiết bị, có thể ñến 127 thiết bị với Hub 20 Các tài nguyên hệ thống (phần cứng)
I/O address ðịa chỉ I/O
IRQ i (Interrupt ReQuest) Yêu cầu ngắt
DMA channel Kênh DMA 21 II. Hoạt ñộng máy vi tính 1. Quá trình khởi ñộng 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 ñộng
Power Supply – Nguồn cấp ñiện
ROM BIOS trên mainboard
ROM extensions – ROM mở rộng Ví dụ: ROM trên card màn hình, …
Boot Drive – ðĩa khởi ñộng Boot record – Mẩu tin khởi ñộng
Operating system – Hệ ñiều hành 24 2. Thực thi chương trình ứng dụng Giả sử hệ ñiều hành ñang hoạt ñộng
User yêu cầu thực thi một chương trình • Click trên icon; chọn menu; dòng lệnh …
Hệ ñiều hành xác ñịnh vị trí chương trình (và dữ liệu) trên thiết bị nhớ ngoài
Hệ ñiều hành tìm khoảng trống phù hợp trên bộ nhớ
Hệ ñiều hành nạp chương trình vào bộ nhớ • Chương trình trên ñĩa không thay ñổi, trên bộ nhớ chỉ là bản sao 25 Thực thi chương trình ứng dụng (tt)
Hệ ñiều hành cung cấp các tài nguyên hệ thống cho chương trình
Hệ ñiều hành khởi ñộng (cho thực thi) chương trình • Khi chương trình ñược thực thi, hệ ñiều hành hoạt ñộng bên dưới (background) ñể cung cấp tài nguyên, thực hiện xuất nhập Khi chương trình kết thúc thì có ñược ghi trở lại bộ nhớ ngoài? 26 3. Xử lý lỗi Máy tính không sử dụng ñược khi:
Các thành phần có lỗi  không hoạt ñộng bình thường
Cấu hình hệ thống không ñáp ứng ñược 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 ñịnh lỗi 2) Thu thập dữ liệu 3) Chọn giải pháp 4) Thực hiện giải pháp 5) Nếu vấn ñề chưa ñược giải quyết thì lặp lại các bước từ 1 ñến 4 6) Nếu vấn ñề ñã ñược 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: • ðã sử dụng chương trình nào? • ðã thực hiện thao tác gì? • Có cài ñặt (install) thêm hay gỡ bỏ (uninstall) phần cứng, phần mềm?
Lập lại các triệu chứng của lỗi • Xác ñịnh vị trí xảy ra lỗi • Ví dụ: khởi ñộng lại 29 Xử lý lỗi phần mềm (tt)
Xác ñịnh các thay ñổi trên môi trường • ðã cài ñặt chương trình không tương thích? • ðã gỡ bỏ chương trình? Xóa files?
Xác ñịnh lỗi phần cứng hay lỗi phần mềm
Xử lý lỗi: • Copy lại các file ñã xóa • ðiều chỉnh lại các thông số (ñường dẫn, …) • Cài ñặt lại phần mềm 30 III. Một số thiết bị xuất nhập 1. ðĩa từ 2. Màn hình 3. Máy in 31 1. ðĩa từ ðĩa cứng với 4 ñĩa 32 Cấu trúc một mặt ñĩa 33 ðĩa từ (tt)
Track, Sector, Cylinder
ðơn vị truy xuất: sector
Các bước truy xuất sector: • Di chuyển hệ thống ñầu từ ñến cylinder chứa sector – Seek time (mili sec) • Chờ sector xoay ñến vị trí ñầu từ - Rotational latency (rpm) • Truy xuất sector
Thông số tổng quát: tốc ñộ truy xuất (Data Transfer Rate) theo MB/sec 34 2. Màn hình Hai dạng thông dụng:
Dùng ñèn hình CRT
Dùng tinh thể lỏng LCD 35 Màn hình dạng CRT (Cathod Ray Tube) a. CRT b. Quét tia ñiện tử 36 Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) 37 Thông số màn hình
Dot pitch – Kích thước ñiểm ảnh, ví dụ 0.22mm
Refresh rate – Tốc ñộ làm tươi (hz)
Resolution – ðộ 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:
ðộ phân giải – dots per inch (dpi)
Tốc ñộ 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 ñề dùng máy tính 4. Giới hạn của máy tính 41 1. Phần mềm ứng dụng
Xử lý văn bản – Word Processor Microsoft Word, Corel WordPerfect
Bảng tính – Spreadsheet Excel, Lotus 1-2-3
Quản trị cơ sở dữ liệu – Database Access
ðồ hoạ – Graphics Multimedia, Games, CAD (Computer-Aided Design) 42 Phần mềm ứng dụng mạng
Web Browser Internet Explorer, Netscape Web-based Applications
E-Mail Microsoft Outlook, Web-Mail
… 43 2. Phần mềm hệ thống a. Hệ ñiều hành (Operating System) b. Chương trình công cụ, tiện ích (Tools, Utilities) c. Công cụ lập trình (Programming Tools) 44 a. Hệ ðiều Hành Với người sử dụng
ðược nạp vào bộ nhớ ñầu 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 ñổi chương trình nguồn thành chương trình thực thi (trên ngôn ngữ máy tương ứng với một hệ ñiều 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 ñổi
Ví dụ: ngôn ngữ C,C++, … 51 Quá trình biên dịch 52 Thông dịch (Interpretation)
Dùng chương trình thông dịch (Interpreter) ñọc 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 ñề dùng máy tính
Chia vấn ñề lớn thành các vấn ñề nhỏ hơn • Divide and conquer • Thực hiện nhiếu lần cho ñến khi các vấn ñề nhỏ có thể giải quyết trọn vẹn • Áp dụng với các kỹ thuật khác nhau
Thuật giải (algorithm) • Tập hợp các bước (hay lệnh) ñể giải quyết một vấn ñề trong thới gian hữu hạn với dữ liệu hữu hạn 59 Các giai ñoạn giải quyết vấn ñề
Giai ñoạn phát triển thuật giải: • Phân tích (analyze) ðịnh nghĩa, phân tích vấn ñề • ðề xuất thuật giải (propose algorithm) Xác ñịnh các bước giải quyết vấn ñề • Kiểm tra thuật giải (test algorithm) Thực hiện các bước trong thuật giải ñể kiểm tra kết quả của việc giải quyết vấn ñề 60 Các giai ñoạn giải quyết vấn ñề (tt)
Giai ñoạn 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 ñể kiểm tra kết quả của việc giải quyết vấn ñề 61 Các giai ñoạn giải quyết vấn ñề (tt)
Giai ñoạn bảo trì: • Sử dụng (use) Sử dụng chương trình • Bảo trì (maintain) ðiều chỉnh chương trình ñể sửa lỗi (nếu có) hay ñáp ứng các yêu cầu tiếp theo của việc giải quyết vấn ñề 62 Tương tác giữa các giai ñoạn giải quyết vấn ñề 63 4. Giới hạn của máy tính Máy tính với phần mềm có thể không giải quyết ñược một vấn ñề 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 ñược từ -2,147,483,648 ñến +2,147,483,647
Có thể dùng phần mềm ñể 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 ñường truyền • Có thể không thể ñáp ứng yêu cầu của phần mềm
Các ñường 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 ñề • Trung bình: 25 lỗi(bug)/1000 dòng chương trình
Có các vấn ñề không có giải thuật
Có các giải thuật với thời gian thực thi quá lớn