Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu chung về máy tính - Phan Trung Kiên

ần với nhau.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 34
Kiến trúc Von Neumann
zBao gồm các thành phần: CPU, bộ nhớ
chính và các thiết bị vào ra, liên kết hệ
thống.
zCác lệnh (chương trình) và dữ liệu nằm 
trong cùng một bộ nhớ đọc ghi.
zBộ nhớ chính được đánh địa chỉ theo 
từng ngăn nhớ không phụ thuộc vào nội 
dung của nó.
zLệnh được thực hiện một cách tuần tự.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 35
1.3. Các thành phần cơ bản của máy 
tính 
zBộ xử lý trung tâm
zHệ thống nhớ
zHệ thống vào ra
zBus liên kết hệ thống
zPhần mềm
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 36
Mức cao nhất
Computer
Main 
Memory
Input
Output
Systems
Interconnection
Peripherals
Communication
lines
Central
Processing 
Unit
Computer
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 37
1.3.1. Bộ xử lý trung tâm CPU
(Central Processing Unit)
Computer Arithmetic
and 
Login Unit
Control
Unit
Internal CPU
Interconnection
Registers
CPU
I/O
Memory
System
Bus
CPU
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 38
Chức năng
zĐiều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống 
máy tính.
zXử lý dữ liệu.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 39
Nguyên tắc hoạt động cơ bản:
zCPU hoạt động theo chương trình nằm 
trong bộ nhớ chính bằng cách nhận lần 
lượt từng lệnh từ bộ nhớ chính, sau đó
tiến hành giải mã lệnh và phát các tín hiệu 
điều khiển thực thi lệnh. 
zTrong quá trình thực thi lệnh, CPU có thể 
trao đổi dữ liệu với bộ nhớ chính hay hệ
thống vào – ra.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 40
Các thành phần cơ bản của CPU:
Đơn vị điều khiển
(CU)
Đơn vị số học
và logic(ALU)
Bus bên trong
Tập các thanh ghi
(RF)
Đơn vị nối ghép bus (BIU)
Bus bên ngoài
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 41
Các thành phần cơ bản của CPU:
z Đơn vị điều khiển (Control Unit – CU): điều khiển hoạt 
động của máy tính theo chương trình đã định sẵn.
z Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit –
ALU): thực hiện các phép toán số học và các phép toán 
logic trên các dữ kiệu cụ thể.
z Tập thanh ghi (Register File – RF): lưu trữ thông tin tạm 
thời phục vụ cho hoạt động của CPU.
z Bus bên trong (Internal Bus): kết nối các thành phần 
bên trong CPU với nhau.
z Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit – BIU): kết nối 
và trao đổi thông tin với nhau giữa bus bên trong 
(Internal bus) với bus bên ngoàI (external bus).
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 42
Khái niệm bộ vi xử lý (Microprocessor)
zLà CPU được chế tạo trên một vi mạch 
(chip).
zVD: Các hệ vi xử lý của Intel:
{4 bit : 4004 ( 1971)
{8 bit : 8080 (1972 – 1977)
{16 bit : 8086/ 8088 80286(1978 - )
{32 bit : 80386 P4 (1983 - )
{64 bit : Itanium (1992 - )
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 43
Bộ vi xử lý
zTốc độ của bộ vi xử lý: được đánh giá
gián tiếp thông qua tần số của xung đồng 
hồ (clock) cần thiết cung cấp cho bên 
trong bộ xử lý làm việc.
T0
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 44
Bộ vi xử lý
z Một thao tác của CPU mất một số nguyên 
lần chu kỳ T0ÎT0 càng nhỏ thì CPU càng 
nhanh.
zTần số xung đồng hồ: f0 = 1/T0 gọi là tần 
số làm việc của CPU.
zVD: Máy tính dùng bộ xử lý Pentium IV 
12GHz.
Ta có: f0 = 2GHz = 2 * 109Hz
ÎT0 = 1/f0 = 1(2*109) = 0.5 ns
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 45
1.3.2. Bộ nhớ máy tính (Memory System)
zChức năng: lưu trữ chương trình và dữ
liệu
zCác thao tác cơ bản với bộ nhớ:
{Thao tác đọc (Read)
{Thao tác ghi (Write)
zCác thành phần chính:
{Bộ nhớ trong (Internal Memory)
{Bộ nhớ ngoài (External Memory)
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 46
a. Bộ nhớ trong
zChức năng và đặc điểm:
{Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực 
tiếp
{Tốc độ rất nhanh
{Dung lượng không lớn
{Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM và RAM
zCác loại bộ nhớ trong:
{Bộ nhớ chính
{Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm thanh)
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 47
Bộ nhớ chính (Main Memory)
z Là thành phần nhớ tồn tại trên mọi hệ thống 
máy tính.
z Chứa các chương trình và dữ liệu đang được 
CPU sử dụng. 
z Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ.
z Ngăn nhớ thường được tổ chức theo byte.
z Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, song địa 
chỉ vật lý của ngăn nhớ luôn cố định.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 48
Bộ nhớ chính (Main Memory)
z Nội dung Địa chỉ
00101011 0000
11010101 0001
01011000 0011
11111011 0100
00001000 0101
11101010 0110
00000000 0111
10011101 1000
00101010 1001
11101011 1010
00000010 1011
00001010 0010
00101011 1100
00101011 1101
11111111 1110
10101010 1111
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 49
Bộ nhớ chính (Main Memory)
zThông thường bộ nhớ chính bao gồm 2 
phần:
{Bộ nhớ RAM
{Bộ nhớ ROM
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 50
Bộ nhớ đệm nhanh (Cache Memory)
z Là thành phần nhớ tố độ nhanh được đặt đệm 
gữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ truy 
cập bộ nhớ của CPU.
z Tốc độ của cache nhanh hơn bộ nhớ chính 
nhưng dung lượng nhỏ hơn.
z Cache thường được chia thành một số mức: 
cache L1, cache L2, 
z Hiện nay cache được tích hợp trên các chíp vi 
xử lý.
z Cache có thể có hoặc không.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 51
b. Bộ nhớ ngoài
z + Chức năng và đặc điểm: 
{Lưu giữ tài nguyên phần mềm của máy tính, bao gồm : 
hệ điều hành. Các chương trình và dữ liệu.
{Bộ nhớ ngoài đựơc kết nối với hệ thống dưới dạng các 
thiết bị vào – ra.
{Dung lượng lớn.
{Tốc độ chậm.
z Các loại bộ nhớ ngoài: 
{Bộ nhớ từ: đĩa cứng, đĩa mềm
{Bộ nhớ quang: đĩa CD, DVD
{Bộ nhớ bán dẫn: Flash disk
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 52
3. Hệ thống vào - ra (Input/Output 
System)
zChức năng: Trao đổi thông tin với thế giới 
bên ngoài.
zCác thao tác cơ bản:
{Vào dữ liệu(Input)
{Ra dữ liệu(Output)
zCác thành phần chính:
{Các thiết bị ngoại vi
{Các mô - đun nối ghép vào – ra
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 53
Cấu trúc cơ bản của hệ thống vào – ra:
Thiết bị
ngoại vi
Cổng
vào 
ra
Thiết bị
ngoại vi
Thiết bị
ngoại vi
Cổng 
vào 
ra
Cổng
vào 
ra
Mô - đun 
vào - ra
Nối ghép
với CPU 
va 
bô nhớ
chính
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 54
Các thiết bị ngoại vi (Peripheral 
Devices):
zChức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên 
trong và bên ngoài máy tính.
zCác loại thiết bị ngoại vi cơ bản: 
{Thiết bị vào: bàn phím, chuột, máy quét 
{Thiết bị ra: màn hình, máy in 
{Thiết bị nhớ: các ổ đĩa 
{Thiết bị truyền thông: modem 
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 55
Các mô - đun vào – ra (IO Modules)
zChức năng: nối ghép thiết bị ngoại vi với máy 
tính
zKhái niệm cổng vào – ra
{Trong mỗi mô đun vào – ra có một hoặc vài cổng 
vào – ra (IO/Port). Mỗi cổng vào ra cũng được đánh 
một địa chỉ xác định
{Thiết bị ngoại vi đựơc kết nối và trao đổi dữ liệu với 
bên trong máy tính thông qua các cổng vào - ra 
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 56
Truyền dữ liệu giữa thiết bị và máy 
tính:
zPhải có kết nối vật lý
zTrên kết nối vật lý đó tồn tại quy tắc về 
trao đổi dữ liệu (phần mềm) gọi là giao 
thức.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 57
Mô hình máy tính giả định
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 58
1.4. Các hoạt động cơ bản của máy 
tính
zThực hiện chương trình
zNgắt
zChuyển nhượng quyền điều khiển hệ
thống
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 59
1.4.1. Thực hiện chương trình
z Nguyên tắc hoạt động:
{Chương trình đang thực hiện phải nằm trong bộ nhớ
chính của máy tính.
{Thực hiện chương trình là lặp đi lặp lại chu trình lệnh 
gồm 2 bước:
zNhận lệnh
zThực thi lệnh
z Việc thực hiện chương trình chỉ bị dừng nếu 
như tắt máy tính, bị lỗi nghiêm trọng khi thực thi 
lệnh hoặc gặp lệnh dừng chương trình.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 60
1.4.1. Thực hiện chương trình
Bắt đầu
Nhận lệnh
Thực thi lệnhh
Dừng
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 61
Nhận lệnh:
zBắt đầu mỗi chu trình lệnh, CPU sẽ nhận lệnh 
từ bộ nhớ chính đưa vào bên trong CPU.
zBên trong CPU có 2 thanh ghi liên quan trực 
tiếp đến quá trình nhận lệnh:
{Thanh ghi bộ đếm chương trình (Program Count –
PC): chứa địa chỉ của lệnh sẽ được nhận vào.
{Thanh ghi lệnh (Instruction Register – IR): lệnh được 
nhận từ bộ nhớ chính sẽ được nạp vào IR.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 62
Nhận lệnh:
zHoạt động nhận lệnh diễn ra như sau:
{CPU phát địa chỉ của lệnh cần nhận từ PC đến bộ
nhớ chính
{CPU phát tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ
chính(MEMR – Memory Read) 
{Lệnh từ bộ nhớ chính được chuyển vào IR
{Nội dung của PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế
tiếp nằm ngay sau lệnh vừa được nhận.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 63
Minh họa quá trình nhận lệnh
CPU
302
Lệnh
Lệnh
Lệnh i
Lệnh i+1
Lệnh 
Lệnh
Lệnh
CPU
PC
Lệnh
Lệnh
Lệnh i
Lệnh i+1
Lệnh 
Lệnh
Lệnh
302
PC
IR
IR
3020
3030
3010
3040
3020
3030
3010
3040
Lệnh i
3 3
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 64
Thực thi lệnh:
z Lệnh nằm ở IR sẽ được chuyển sang đơn vị 
điều khiển (Control Unit). Đơn vị điều khiển sẽ
tiến hành giải mã lệnh và phát các tín hiệu điều 
khiển thực thi thao tác mà lệnh yêu cầu.
z Các kiểu thao tác của lệnh:
{Trao đổi dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ chính
{Trao đổi dữ liệu giữa CPU và mô - đun vào – ra.
{Xử lý dữ liệu thực hiện các phép toán số họchoặc phép 
toán logic với các dữ liệu
{Điều khiển rẽ nhánh
{Kết hợp các thao tác trên
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 65
Định dạng lệnh
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 66
Ví dụ
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 67
Sơ đồ chu trình thực hiện lệnh
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 68
1.4.2. Hoạt động ngắt
zKhái niệm chung về ngắt (Interrupt): Ngắt 
là cơ chế cho phép CPU tạm dừng 
chương trình đang thực hiện để chuyển 
sang thực hiện chương trình khác, gọi là
chương trình con phục vụ ngắt.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 69
Các loại ngắt:
z Ngắt do lỗi thực hiện chương trình, ví dụ : tràn 
số, chia cho 0
z Ngắt do lỗi phần cứng, ví dụ lỗi kiểm tra phần 
cứng RAM
z Ngắt do tín hiệu yêu cầu từ mô - đun vào – ra 
gửi đến CPU, yêu cầu CPU ngắt để chuyển 
sang thực hiện chương trình con ngắt phục vụ
vào – ra tương ứng.
z Ngắt do bộ TIMER (bộ định thời) ngắt định kỳ 
CPU để phục vụ cho chế độ hoạt động đa 
chương trình
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 70
Chu trình xử lý ngắt:
z Được thêm vào cuối chu trình lệnh
z Sau khi hoàn thành một lệnh, CPU kiểm tra xem 
có yêu cầu ngắt gửi đến hay không.
z Nếu không có tín hiệu yêu cầu ngắt thì CPU 
nhận lệnh kế tiếp.
z Nếu có yêu cầu ngắt và ngắt đó được chấp 
nhận thì:
{CPU cất ngữ cảnh hiện tại của chương trình đang thực 
hiện (các thông tin liên quan đến chương trình bị ngắt)
{CPU chuyển sang thực hiện chương trình con phục vụ
ngắt tương ứng.
{Kết thúc chương trình con đó, CPU khôi phục lại ngữ
cảnh và trở về tiếp tục thực hiện chương trình đang tạm 
dừng
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 71
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 72
Chu trình thực hiện lệnh khi với ngắt
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 73
Các chương trình con phục vụ ngắt 
ISR (Interrupt Service Routine):
zLà tập hợp các chương trình con đã có
sẵn trong bộ nhớ chính của máy tính:
zNằm ở bộ nhớ ROM BIOS
zNằm ở bộ nhớ RAM( chương trình phục 
vụ ngắt của hệ điều hành hay của người 
lập trình hệ thống, được nạp từ bộ nhớ
ngoài vào trong RAM).
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 74
Hoạt động với nhiều ngắt:
zNgắt xảy ra tuần tự
zNgắt xảy ra lồng nhau
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 75
Ngắt tuần tự
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 76
Ngắt lồng nhau 
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 77
Trình tự thời gian khi có nhiều ngắt 
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 78
1.4.3. Chuyển nhượng quyền điều 
khiển hệ thống
z Nguyên tắc chung:
{Trong hệ thống, ngoài CPU còn có một số thành phần 
khác có khả năng điều khiển hệ thống.
{VD: 
z1 bộ xử lý khác
z1 bộ điều khiển vào – ra
zCPU có thể trao quyền điều khiển hệ thống cho một thành 
phần khác. Khi đó CPU thả nổi bus và tách khỏi hệ thống, 
còn bộ điều khiển được trao quyền sẽ có toàn quyền sử
dụng bus hệ thống để điều khiển các thành phần khác.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 79
Các bộ điều khiển vào – ra có khả 
năng điều khiển hệ thống:
{Bộ điều khiển DMA(Direct Memory Access 
Controller)
{Bộ xử lý vào – ra (IO Processor)
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 80
1.5. Liên kết hệ thống
z1.5.1. Luồng thông tin trong máy tính
z1.5.2. Cấu trúc bus cơ bản
z1.5.3. Phân cấp bus trong máy tính
z1.5.4. Các vấn đề liên quan đến thiết kế
bus
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 81
1.5.1. Luồng thông tin trong máy tính:
zCác module trong máy tính:
{CPU 
{Module nhớ
{Module vào – ra
z→ Cần được kết nối với nhau
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 82
Kết nối module nhớ:
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 83
Kết nối module vào – ra:
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 84
Kết nối CPU:
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 85
→ Có 4 loại thông tin:
zĐịa chỉ
zDữ liệu
zLệnh 
zThông tin điều khiển
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 86
1.5.2. Cấu trúc bus cơ bản:
zKhái niệm chung về bus:
{Bus: tập hợp các đường kết nối dùng để vận 
chuyển thông tin giữa các thành phần của máy 
tính với nhau.
{Độ rộng bus: là số đường dây của bus có thể
truyền thông tin đồng thời (chỉ dùng cho bus địa 
chỉ và bus dữ liệu).
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 87
Sơ đồ bus liên kết cơ bản:
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 88
Bus địa chỉ (Address bus)
zChức năng: vận chuyển địa chỉ từ CPU 
đến mô - đun nhớ hay mô - đun vào – ra 
để xác định ngăn nhớ hay cổng vào – ra 
mà CPU cần trao đổi thông tin. 
zĐộ rộng bus địa chỉ: xác định dung lượng 
bộ nhớ cực đại của hệ thống. 
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 89
Bus địa chỉ (Address bus)
zNếu độ rộng bus địa chỉ là N bit (gồm N 
đường dây A0, A1, A2, AN-1 ) thì:
z→ Có khả năng vận chuyển đựơc N bit địa 
chỉ đồng thời
z→ Có khả năng đánh địa chỉ tối đa được 
2N ngăn nhớ = 2N byte → gọi là không 
gian địa chỉ bộ nhớ.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 90
Ví dụ
z Độ rộng bus địa chỉ của một số bộ xử lý của 
Intel
z 8088/8086 : N = 20 bit → KGĐCBN = 220 byte = 
1MB
z 80286 : N = 24 bit → KGĐCBN = 224 byte = 16 
MB
z 80386, 80486, Pentium : N = 32 bit → KGĐCBN 
= 232 byte = 4 GB
z Pentium II, III, 4 : N = 36 bit → KGĐCBN = 236 
byte = 64 GB
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 91
Bus dữ liệu(Data bus)
zChức năng : 
{Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ đến CPU
{Vận chuyển dữ liệu giữa CPU, các mô-đun nhớ
và mô-đun vào - ra với nhau
zĐộ rộng bus dữ liệu: Xác định số bít dữ
liệu có thể được trao đổi đồng thời
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 92
Bus dữ liệu(Data bus)
zNếu độ rộng bus dữ liệu là M bit (gồm M 
đường dây D0, D1, DM-1) thi: nghĩa là 
đường bus dữ liệu đó có thể vận chuyển 
đồng thời được M bit dữ liệu.
zM thường là 8, 16, 32, 64 bit.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 93
Ví dụ
zĐộ rộng bus dữ liệu của một số bộ xử lý 
của Intel:
{8088 : M = 8 bit
{8086, 80286: M = 16 bit
{80386, 80486: M = 32 bit
{Các Pentium: M = 64 bit
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 94
Bus điều khiển(Control bus)
zChức năng: vận chuyển các tín hiệu điều 
khiển
zCác loại tín hiệu điều khiển:
{Các tín hiệu điều khiển phát ra từ CPU để điều 
khiển mô - đun nhớ hay mô - đun vào – ra. 
{Các tín hiệu yêu cầu từ mô đun nhớ hay mô 
đun vào – ra gửi đến CPU
{Tín hiệu Clock
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 95
Một số tín hiệu điều khiển điển hình:
z Các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển 
đọc/ghi:
{Memory Read (MEMR): điều khiển đọc dữ liệu từ một 
ngăn nhớ có địa chỉ xác định lện bus dữ liệu. 
{Memory Write (MEMW): điều khiển ghi dữ liệu có sẵn 
trên bus dữ liệu đến một ngăn nhớ có địa chỉ xác định.
{ I/O Read (IOR): điều khiển đọc dữ liệu từ một cổng vào 
– ra có địa chỉ xác định trên bus dữ liệu.
{ I/O Write (IOW): điều khiển ghi dữ liệu có sẵn trên bus 
dữ liệu ra một cổng có địa chỉ xác định.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 96
Một số tín hiệu điều khiển điển hình:
z Các tín hiệu điều khiển ngắt:
{ Interrupt Request (INTR): Tín hiệu từ bộ điều khiển vào 
– ra gửi đến yêu cầu ngắt CPU để trao đổi vào – ra. Tín 
hiệu INTR có thể bị che. 
{ Interrupt Acknowledge (INTA): Tín hiệu phát ra từ CPU 
báo cho bộ điều khiển vào - ra biết CPU chấp nhận 
ngắt. 
{Non Maskable Interrupt (NMI): tín hiệu ngắt không che 
được gửi đến ngắt CPU.
{Reset: Tín hiệu từ bên ngoài gửi đến CPU và các thành 
phần khác để khởi động lại máy tính.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 97
Một số tín hiệu điều khiển điển hình:
zCác tín hiệu điều khiển bus :
{Bus Requet (BRQ): Tín hiệu từ bộ điều khiển 
vào – ra chuyên dụng gửi đến yêu cầu CPU 
chuyển nhượng quyền sử dụng bus. 
{Bus Grant (BGT): Tín hiệu phát ra từ CPU chấp 
nhận chuyển nhượng quyền sử dụng bus.
{Lock: tín hiệu khóa không cho xin chuyển 
nhượng bus.
{Unlock: tín hiệu mở khóa cho xin chuyển 
nhượng bus.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 98
1.5.3. Phân cấp bus trong máy tính:
zCấu trúc đơn bus:
zCấu trúc đa bus:
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 99
Cấu trúc đơn bus:
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 100
Đặc điểm của cấu trúc đơn bus:
z Tất cả các chương trình cùng nối vào một 
đường bus chung.
z Tại một thời điểm, bus chỉ phục vụ được yêu 
cầu trao đổi dữ liệu.
z Bus phải có tốc độ bằng tốc độ của thành phần 
nhanh nhất trong hệ thống.
z Bus phụ thuộc vào cấu trúc bus của bộ xử lý →
các mô đun nhớ và mô đun vào – ra cũng phụ
thuộc vào bộ xử lý cụ thể.
z→ Cần phải thiết kế bus phân cấp hay cấu trúc 
đa bus
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 101
Cấu trúc đa bus cổ điển
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 102
Cấu trúc hiệu năng cao
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 103
Đặc điểm của cấu trúc đa bus:
zPhân cấp thành nhiều bus khác nhau cho 
các thành phần:
{Bus của bộ xử lý
{Bus bộ nhớ
{Bus vào – ra
zPhân cấp bus khác nhau về tốc độ
zCác bus nối ghép với mô đun nhớ và mô 
đun vào – ra không phụ thuộc vào bộ xử lý 
cụ thể.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 104
Các bus điển hình trong PC
z Bus của bộ xử lý (Front Side Bus - FSB): có tốc độ
nhanh nhất.
z Bus của bộ nhớ chính (nối ghép với các mô đun RAM).
z AGP bus (Accelerated Graphic Port) - Bus đồ họa 
tăng tốc: nối ghép card màn hình tăng tốc.
z PCI bus (Peripheral Component Interconnection): nối 
ghép với các TBNV có tốc độ trao đổi dữ liệu nhanh.
z USB (Universal Serial Bus): Bus nối tiếp đa năng
z IDE (Integrated Driver Electronics): Bus kết nối với ổ đĩa 
cứng hoặc ổ đĩa CD, DVD.
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 105
Máy tính Pentium IV dùng Chipset 925
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 106
1.5.4. Các vấn đề liên quan đến thiết kế
bus:
zCác kiểu bus:
zPhân xử bus:
zĐịnh thời bus (Timing)
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 107
Các kiểu bus:
z Bus đường riêng (Dedicated):
{Các đường địa chỉ và dữ liệu tách rời nhau
{Ưu điểm: điều khiển đơn giản
{Nhược điểm: Có nhiều đường kết nối
z Bus dồn kênh(Multiplexed):
{Các đường dùng chung cho địa chỉ và dữ liệu
{Có đường điều khiển riêng biệt lhi có địa chỉ hay dữ liệu
{Ưu điểm : ít đường dây
{Nhược điểm:
zĐiều khiển phức tạp hơn
zHiệu năng hạn chế
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 108
Phân xử bus:
z Nếu có nhiều module có khả năng điều khiển bus (VD : 
CPU và bộ điều khiển vào – ra ) thì cần phải có cơ chế
phân xử bus 
z Tại một thời điểm chỉ cho phép một module điều khiển 
bus 
z Có 2 cơ chế phân xử bus:
{ Phân xử bus tập trung:
z Có một bộ điều khiển bus (Bus Controller) hay còn gọi là bộ phân 
xử bus(Bus Arbiter)
z Có thể là một phần của bộ xử lý hay là mạch tách rời
{ Phân xử phân tán:
z Mỗi module có thể chiếm bus
z Có đường điều khiển tới tất cả các module khác 
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 109
Định thời bus (Timing):
z Phối hợp các sự kiện trên bus
z Bus đồng bộ :
{Các sự kiện xảy ra trên bus được xác định bởi một tín 
hiệu xung clock.
{Bus điều khiển bao gồm cả đường clock
{Tất cả các module có thể đọc đường clock
z Bus không đồng bộ:
{Không có đường tín hiệu clock
{Kết thúc 1 sự kiện này trên bus sẽ kích hoạt 1 sự kiện 
tiếp theo
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 110
Lược đồ thời gian đồng bộ
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 111
Lược đồ thời gian đọc không đồng bộ
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 112
Lược đồ thời gian ghi không đồng bộ
Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 113
Bài tập
zGiả sử với máy tính giả định, cho các mã lệnh 
như sau:
{0011: Nạp vào AC từ I/O
{0111: Lưu AC ra I/O
z Hãy chỉ ra các câu lệnh thực hiện chương trình 
sau:
{Nạp vào AC từ thiết bị 5
{Cộng AC với giá trị trong ô nhớ có địa chỉ 940
{Đưa giá trị AC ra thiết bị 6.
{(Giả sử giá trị sẽ đọc vào từ thiết bị 5 là 3 và ô nhớ 940 
có giá trị là 2)