Khả năng Nhập/Xuất Dữ Liệu và CPU

Khả năng Nhập/Xuất Dữ Liệu

• Máy tính cần giao tiếp với người dùng và hệ thống khác để hoạt động
• Giao tiếp với người dùng thông qua văn bản in/màn hình, đồ họa (máy in), âm thanh (microphone, loa)
• Giao tiếp với máy tính khác bằng dây điện, cáp mạng (Ethernet, USB), hoặc cáp quang (fiber optic)

Các Chức Năng Chính của Phần Cứng

• Processing (xử lý): CPU thực hiện tính toán, so sánh, điều khiển luồng dữ liệu
• Storage (lưu trữ): RAM (ngắn hạn), SSD/HDD (dài hạn) cung cấp lưu trữ dữ liệu, chương trình, kết quả tạm thời
• External Communication (giao tiếp bên ngoài): Input/Output kết nối
• Internal Communication (giao tiếp nội bộ): hệ thống bus, mạch điều khiển, đường truyền tín hiệu (CPU, RAM, bộ nhớ phụ, thiết bị I/O)

Bộ Xử Lý Trung Tâm (CPU)

• CPU là bộ xử lý đa năng có thể thực thi mọi chương trình từ game đến ứng dụng
• Thực thi mọi lệnh, bao gồm tính toán (cộng, trừ, nhân, chia, gán giá trị) và so sánh để ra quyết định (điều kiện, vòng lặp)
• CPU điều phối mọi luồng dữ liệu, đóng vai trò chỉ huy
• CPU ra lệnh cho dữ liệu di chuyển từ bộ nhớ đến thanh ghi
• CPU điều phối việc ghi/đọc dữ liệu vào bộ nhớ hoặc thiết bị I/O
• CPU kiểm soát toàn bộ luồng dữ liệu và điều khiển hoạt động của mọi thành phần trong hệ thống

Các Thành Phần của CPU

• Control Unit (bộ điều khiển): điều khiển và phối hợp hoạt động của CPU, giao tiếp với ALU và Registers
• ALU (Arithmetic Logic Unit): thực hiện các phép toán số học và logic, nhận lệnh từ Control Unit, trao đổi dữ liệu với Registers
• Registers (thanh ghi): lưu trữ tạm thời dữ liệu, lệnh, địa chỉ hỗ trợ tăng tốc quá trình xử lý, giao tiếp với Control Unit và ALU

Bus Hệ Thống

• Bus là kênh giao tiếp nội bộ giữa các phần cứng trong máy tính
• Bus cho phép truyền dữ liệu, lệnh, tín hiệu điều khiển giữa CPU, RAM, thiết bị I/O, bộ nhớ phụ
• Bus kết nối CPU, Primary Storage (bộ nhớ chính), Secondary Storage (bộ nhớ phụ), các đơn vị I/O (nhập/xuất)
• Bus là con đường chính để truyền dữ liệu, lệnh ảnh hưởng đến hiệu năng xử lý dữ liệu, tốc độ truy xuất bộ nhớ

Bộ Nhớ Chính (RAM)

• RAM lưu giữ tạm thời các lệnh chương trình, dữ liệu mà CPU đang hoặc sắp xử lý
• CPU truy cập RAM nhanh chóng để thực thi chương trình
• RAM có tốc độ truy cập nhanh hơn so với bộ nhớ phụ, truy cập ngẫu nhiên và mất dữ liệu khi tắt máy

Bộ Nhớ Phụ

• Bộ nhớ phụ lưu trữ dữ liệu và chương trình lâu dài, ngay cả khi máy tính tắt
• Bộ nhớ phụ lưu trữ hệ điều hành, phần mềm, tài liệu, video, hình ảnh
• Bộ nhớ phụ có đặc điểm non-volatile (dữ liệu vẫn còn khi tắt máy), dung lượng lớn (GB tới TB)
• Bộ nhớ phụ có tốc độ chậm hơn RAM nhưng có khả năng lưu trữ nhiều hơn
• Chương trình không thực thi hiện không được lưu trữ trong đây
• Dữ liệu không cần hoặc cần thiết cho chương trình hiện tại cũng được lưu trữ
• Khi mở ứng dụng, hệ điều hành đọc file ứng dụng từ bộ nhớ phụ và tải lên RAM để CPU xử lý
• Khi lưu file, file từ RAM được ghi vào secondary storage để lưu trữ

Các Lớp Hệ Thống Máy Tính

• Microcomputer: phục vụ nhu cầu xử lý thông tin cho 1 người (laptop, PC)
• Midrange Computer: nhiều chương trình, người dùng cùng lúc (doanh nghiệp nhỏ, phòng ban)
• Mainframe: đáp ứng nhu cầu xử lý của nhiều người dùng, tối ưu cho lưu trữ và truy cập dữ liệu
• Supercomputer: thiết kế tính toán toán học nhanh, hiệu suất cực cao (mô phỏng, dự báo thời tiết, nghiên cứu khoa học)

Cấu Hình Multicomputer

• Là cách tổ chức nhiều máy tính để cùng hỗ trợ dịch vụ/ứng dụng, phối hợp để tăng hiệu suất
• Cluster (cụm máy tính): nhiều máy tính độc lập kết hợp qua mạng
• Blade (máy tính phiến): nhiều phiến máy tính nhỏ gọn được lắp ghép trong khung, chia sẻ nguồn điện, mạng, làm mát
• Grid (lưới máy tính): máy tính nằm ở các địa điểm khác nhau, kết nối qua internet

Cluster (Cụm)

• Cluster là nhóm máy tính giống nhau, tương tự, kết nối để thực hiện một nhiệm vụ chung như chạy ứng dụng, cung cấp dịch vụ
• Các máy phối hợp để hoạt động như một hệ thống duy nhất
• Máy giống nhau về phần cứng, hệ điều hành, kết nối bằng mạng tốc độ cao
• Máy thường được đặt gần nhau để giảm độ trễ mạng
• Ưu điểm: khả năng mở rộng, chịu lỗi (máy hỏng, máy khác tiếp tục xử lý)
• Nhược điểm: cấu hình phức tạp, quản trị khó

Blade (Dạng Phiến)

• Blade là dạng bản mạng chứa linh kiện cần thiết của máy chủ (CPU, RAM, bộ nhớ lưu trữ, cổng mạng)
• Các blade được gắn vào một khung
• Ưu điểm: tận dụng lợi thế của cluster, tối ưu không gian, dễ thay thế/nâng cấp, quản lý tập trung
• Nhược điểm: chi phí cao hơn cụm máy chủ truyền thống, yêu cầu làm mát tốt, phụ thuộc vào khung blade

Grid (Mạng Lưới Máy Tính Phân Tán)

• Grid là tập hợp nhiều hệ thống máy tính khác nhau, kết nối qua mạng tốc độ cao để chia sẻ tài nguyên
• Các máy tính trong grid có thể không giống nhau về cấu hình, hệ điều hành, phần mềm, có thể hoạt động đồng bộ hoặc độc lập
• Ưu điểm: tận dụng tài nguyên tính toán ở khắp nơi trên thế giới, có thể dễ dàng thêm hoặc bỏ máy tính khỏi mạng lưới
• Nhược điểm: khó quản lý, đồng bộ hóa, phức tạp trong lập trình, rủi ro bảo mật do kết nối công cộng, chia sẻ tài nguyên giữa các tổ chức

Vai Trò của Phần Mềm

• Khi sử dụng máy tính, người dùng không giao tiếp trực tiếp với phần cứng mà thông qua phần mềm

Quá Trình Thực Thi Lệnh

• Phần mềm chuyển yêu cầu của người dùng thành chỉ thị máy (mã máy 0 và 1) để CPU hiểu và thực thi
• Phần mềm dịch ngôn ngữ con người sang ngôn ngữ máy
• Phần mềm gọi chương trình dịch, hệ điều hành cấp quyền cho CPU nhận lệnh và đọc file từ ổ cứng vào RAM để thực thi mã nhị phân
• Quá trình chuyển đổi từ trừu tượng (code ngôn ngữ bậc cao) đến chi tiết (ngôn ngữ cấp thấp)

Các Loại Phần Mềm

• Application programs (chương trình ứng dụng): thực hiện tác vụ xử lý thông tin cụ thể (Word, Excel)
• Utility programs (chương trình tiện ích): thực hiện các tác vụ chung, đa mục đích, chạy ngầm (quét virus, giải nén)
• System software (phần mềm hệ thống): hệ điều hành, trình quản lý bộ nhớ CPU, I/O, drivers hỗ trợ hệ thống, phân bổ tài nguyên máy tính cho các chương trình ứng dụng

Các Lớp Phần Mềm Hệ Thống

• Hardware: tầng thấp nhất, hiểu nhị phân và cần được điều khiển
• Hardware Interface: lớp driver, firmware (device drivers) gần phần cứng nhất
• Resourse allocation: phân bổ tài nguyên
• System Service: cung cấp hàm tiện tích (ghi file, đọc file, gửi lệnh in)
• System Management: quản lý hệ thống (cập nhật, bảo mật, task scheduler, control panel)

Các Thành Phần của Hệ Thống

• Software (Phần mềm) bao gồm: ứng dụng, quản lý hệ thống, dịch vụ hệ thống, phân bổ tài nguyên, giao diện phần cứng
• Hardware (Phần cứng) bao gồm: xử lý, lưu trữ, giao tiếp bên ngoài, giao tiếp bên trong

Chức Năng của Hệ Điều Hành

• Lưu trữ, nạp, thực thi chương trình: tìm chương trình trong ổ đĩa, tải vào RAM, cấp CPU để thực thi lệnh
• Quản lý, truy cập file: quản lý tập tin, thư mục, tạo, đọc, ghi, xóa file, cấp quyền truy cập
• Quản lý bộ nhớ lưu trữ phụ: kiểm soát ổ cứng, SSD, USB, ghi dữ liệu đúng vị trí, theo dõi dung lượng

Phần Mềm Phát Triển Ứng Dụng

• Dùng để phát triển các chương trình khác
• Trình biên dịch: chuyển mã nguồn thành mã máy (C++, C#, Java)
• Trình soạn thảo mã nguồn: cho phép viết và chỉnh sửa mã nguồn (Notepad, VSCode)
• Công cụ gỡ lỗi: giúp lập trình viên tìm và sửa lỗi
• Công cụ phát triển hệ thống: hỗ trợ thiết kế, phát triển, kiểm thử hệ thống phần mềm (Photoshop)

Chi Phí và Phát Triển Phần Mềm

• System software tiêu tốn tài nguyên (CPU, RAM)
• Phần cứng rẻ hơn thúc đẩy phần mềm phát triển hơn nên phần mềm tái sử dụng nhiều càng tiết kiệm
• Phát triển phần mềm hệ thống đã trở thành trung tâm

Mạng Máy Tính

• Là tập hợp thành phần cứng, thành phần mềm cho phép nhiều người dùng, hệ thống tính chia sẻ thông tin, tài nguyên

Biểu Diễn và Xử Lý Dữ Liệu

• Bất kỳ bộ xử lý dữ liệu nào đều cần phải nhận dạng và chuyển đổi dữ liệu bên ngoài sang định dạng phù hợp
• Chữ "A" từ bàn phím chuyển thành nhị phân là 01000001
• Lưu trữ, truy xuất dữ liệu bên trong hệ thống, vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần lưu trữ, xử lý nội bộ và xử lý dữ liệu để tạo ra kết quả
• Máy tính thực hiện tính toán, so sánh hoặc ra quyết định từ dữ liệu đầu vào

Xử Lý Dữ Liệu Tự Động

• Dữ liệu chuyển từ dạng gốc sang dạng phù hợp, máy tính biểu diễn dữ liệu bằng tín hiệu điện và xử lý chúng bằng công tắc điện từ
• Thông tin được lưu trữ qua mạch điện tử (có điện là 1 và không điện là 0)
• Các định luật điện học có thể biểu diễn bằng phương trình toán học
• Thiết bị điện tử thực hiện các chức năng tính toán nhúng trong phương trình

Biểu Diễn Dữ Liệu Nhị Phân

• Số nhị phân chỉ có giá trị 0 và 1 nên có thể truyền tải đáng tin cậy
• Xử lý dễ dàng bởi thiết bị điện tử có 2 trạng thái: bật và tắt (bóng bán dẫn)
• Số nhị phân tương ứng trực tiếp giá trị trong logic Boolean
• Logic boolean là nền tảng hoạt động logic trong máy tính (TRUE = 1, FALSE = 0, áp dụng phép toán AND, OR, NOT)

Hệ Thập Lục Phân

• Sử dụng cơ số 16 (0-9, A-F); Mỗi chữ số hex = 4 bit trong nhị phân, dùng để biểu thị địa chỉ bộ nhớ

Hệ Bát Phân

Mục Tiêu của Xử Lý Dữ Liệu

• Compactness (gọn nhẹ): Miêu tả số lượng bit sử dụng để mã hóa hiệu quả, đánh đổi với chi phí phần cứng và phạm vi giá trị
• Accuracy (độ chính xác): Tỉ lệ thuận với số lượng bit, đánh đổi với chi phí phần cứng
• Ease of Manipulation (dễ xử lý, thao tác): hiệu suất máy tính phụ thuộc vào độ phức tạp, định dạng đơn giản cần mạch điện tử đơn giản
• Standardization (chuẩn hoá): Biểu diễn số nguyên, số thực, ký tự, hình ảnh để trao đổi dữ liệu giữa máy tính

Kiểu Dữ Liệu CPU

• Nguyên thủy: Integer (số nguyên), Real number (số thực), Charater (ký tự), Boolean, Memory address
• Định dạng cần cân bằng giữa độ nhỏ gọn, độ chính xác, dễ xử lý và tính chuẩn hoá

Địa Chỉ Bộ Nhớ

• Là số để xác định các byte trong bộ nhớ chính RAM
• Địa chỉ bộ nhớ có thể là số đơn giản hoặc phức tạp tùy thuộc model/kiểu bộ nhớ mà CPU sử dụng
  • Flat memory addresses: chỉ dùng một số nguyên để biểu diễn địa chỉ
  • Segmented memory addresses: dùng nhiều số nguyên, yêu cầu có định dạng mã hóa

Định Dạng Địa Chỉ Bộ Nhớ Intel

• Intel 8088: địa chỉ 20bit (4bit định danh, 16bit offset)
• Intel 80286: địa chỉ 24bit (8bit định danh, 16bit offset)
• Intel 80386: địa chỉ 32bit (16bit định danh, 16bit offset)

Cấu Trúc Dữ Liệu

• Cách tổ chức, nhóm và liên kết dữ liệu nguyên thủy thành một thể thống nhất để dễ xử lý
• Sử dụng con trỏ để liên kết các thành phần, quản lý bộ nhớ động

Records và Files

• File là tập hợp các Records
• Đọc file là đọc theo rừng record

Phương Pháp Tổ Chức Tập Tin

• Sequential (tuần tự): duyệt từ đầu đến cuối, dễ triển khai, phù hợp với dữ liệu tuần tự, khó tìm kiếm ở cuối hoặc chèn
• Indexed (có chỉ mục): tạo mảng chỉ mục (mục lục) chứa con trỏ đến vị trí bản ghi

Lớp và Đối Tượng

• Lớp là cấu trúc dữ liệu chứa phần tử dữ liệu và chương trình thao tác (Phương thức)
• Đối tượng là thể hiện hoặc biến trong lớp

Hoạt Động của CPU

• Control Unit( Bộ điều khiển): Di chuyển dữ liệu và lệnh
• Arithmetic Logic Unit( ALU Bộ số học & logic): thực hiện so sánh, phép toán
• Set of Registers( Tập hợp các thanh ghi) : chứa giá trị đầu vào và đầu ra ALU

Các Hành Động CPU

• Fetches : Chu trình tìm nạp lệnh: Lấy lệnh , Tăng giá trị, Tách lệnh, Lưu các thanh ghi tương ứng
• Execution cycle : Chu trình thực thi lệnh: Lấy mã lệnh, Lấy dữ liệu, Xử lý dữ diệu, Lưu kết quả trong thanh ghi khác

Lệnh và Tập Lệnh

• Là lệnh ở mức thấp nhất, được biểu diễn dưới dạng chuỗi bit:
  • mã thao tác (op code) – xác định loại lệnh sẽ thực hiện
  • toán hoạn (operands) – là dữ liệu hoặc địa chỉ dữ liệu cần xử lý
  • 3 loại lệnh chính là: Di chuyển dữ liệu, Biến đổi dữ liệu, Điều khiển trình tự
• Tập lệnh: là tất cả các lệnh mà một cpu có thể hiểu và thực thi được VD: Op code + Operand 1 + Operand 2 ( ADD AX, 5) hay(0000001 11011000) (00000001 là ADD còn 11011000 là AX,BX

Lệnh, Di Chuyển, Biến DDổi Dữ Liệu

• Lệnh di chuyển dữ liệu: Sao chép (move) dữ liệu giữa các thành phần (Thanh ghi, bộ nhớ chính, thiết bị nhập xuất)
• Biến đổi dữ liệu : Phép toán cơ bản trên dữ liệu như : Not , And, Or ,Xor; Add, Di ch chuyển bit….

Hướng Dẫn Cơ Bản Về Biến Đổi Dữ Liệu

- NOT: Đảo ngược bit của toán hạn
- AND: Nếu cả hai là 1
- OR: Ít nhất 1 là 1
- XOR: Nếu 2 bit  khác nhau
- ADD : Cộng hai toán hạng

• SHIFT: Dịch các bit Sequence Control Operations ( thao tác điều khiển trình tự): CPU luôn biết lệnh thao tác tiếp theo

Các Thao tác điều khiển

- Nhảy không điều kiện: Bỏ qua thao tác hiện tại chuyển tới lênh khác

• Nhảy có điều kiện: Chuyển hướng khi điều kiện đúng
• 3 T dừng chương trình : Khi gặp lỗi hoặc trình thực thi đã hết

Các Hoạt Động Xử Lý Phức Tạp

• CPU Chíp chỉ có lệnh đơn giản; Tốc độ thực thi phải nhanh Instruction Set Extensions( Mở rộng tập lệnh): Cần bổ sung lệnh mới hoặc kết hợp biến đổi dữ liệu và di chuyển dữ liệu

Khuôn MẫuCPU

• Nó mô tả vị trí và dộ dài của Op code, Nó khác nhau với mỗi CPU VD:[Op code][Operand 1][Operand 2]

LengthInstruction( Chiều dài lệnh): - Cố định:

• Tính năng đơn giản khi bộ điều khiển duyệt lệnh - Thay đổi: Được tăng theo mỗi lật lấy lệnh

Kiến Trúc Máy Tập Lệnh

rút gọn: RISC : ít tốn diện tích, thiết kế đơn giản, giá thành thấp nhờ công nghệ mới.

Tốc Độ Xung Nhịp CPU

Là số lần xung nhịp của bộ xử lý trong một giây, được đo bằng MHz hoặc GHz; Thời gian thực hiện lệnh đo bằng MIPS hoặc MFLOPS

CPU Register(thanh ghi Trung Ương) là bản thân CPU có tích hợp luôn giúp cho việc tốc độ nhanh hơn nhiều so với việc đọc tín hiệu điều khiển

Bàn Phím Cứng

Bộ Nhớ Đệm CPU

+Bộ nhớ truy cập trực tiếp đến CPU, nhanh và tốn kém, nhỏ gọn, giảm thiểu thời gian chờ bằng SRAM Các cấp độ: Bộ nhớ đệm: Tăng khả năng của hệ thống máy tính, giải quyết từng phần

• chia nhỏ bài toán
• giải quyết từng trình duyêtjriêng và cùng lúc
• Các kỹ thuật chính: Bộ xử lý đa nhân;kiến trúc đa nhân CPU;cụm máy tín

Bộ Nhớ Đệm CPU

• bộ nhớ truy cập trực tiếp vs CPU giúp tốc độ nhanh chóng; Giảm thiểu thời gian chờ, Tăng khả năng của HT; chia nhỏ bài toán
• Các câpjn, 1: Nằm trong, 2:Nằm cjunng con chip nhưng bị tách biệt,3 nằm ngoài

Bộ Xử Lý Nhiều Lõi

• Bao gồm nhiều CPU và bộ nhớ đệm chia sẻ trên một vi mạnh, Giảm tổng số lượng,thêm lợi ích

Kiến Trúc Đa CPU

Sư dụng nhiu CPU , Pho biến trong các máy tầm trung, lớn và siêu máy Các giả pháp tiết kiệm chi phí: Hoạt động đồng thời khác nhau

Scaling up( Mở rộng theo chiều dọc):

  Nâng cấp hệ thống đơn : tăng RAM, Dùng CPU mạnh, dùng ổ cứng tốc bộ cao

Scaling Out (Mở rộng theo chiều ngang)

Nén Dữ Liệu

Giảm và cân đối tài nguyên để hệ thống chạy nhanh hơn

Nén Các Thuật Toán: - Cách và kiêủ dữ liệu mà được làm một cách tốt; Thông tin có bị mắt ko;

Bề Mặt Hiển Thị

Màn hìnhCRT ( Catode ray tubes: )

Màn Hình Phẳng

LCD Led; có hằng và cột; pixel

Độ Phân Giải

Số điểm ảnh hiện thi đc;tạo ra điểm ảnh nét, có một màu nhất định

Fonts là : chữ và có cùng kiểu dáng

Có Mẫu Sắc: RBG CMY

Màn Hình đơn Sắc

Màu đen;mỗi điểm cần 1 bit

Man hinh thang xam: thì canm256 mức xám,

Palette;là bảng màu

Kỹ Thuật pha màu bằng Dithering

Image storage( Yêu cầu của hình ảnh cần có: - Bit cần thiết ,Chiều , Dài

Image description( Ngôn ngữ mô ta ảnh) - Giải quyết các hạn chế của hình là nhỏ và nhẹ hơn

Adobe

-   PDF
-  Potscript

Là sự kết hợp của 3 Mảng hệ thống - Thiết bị và điều khiển Có điều khiển bằng bàn phím, có độ phân giải cao Các loại phổ biến - CAT - LCD. Là sự kết hợp tinh thể lỏng - Plasma . Tạo ra ánh sáng màn hình màu

Máy In Các Loại: Laser,phun mước,va đập

Giao Tiếp Với Máy In

-  Chuột và bàn phím 

Scanner : cảm biến ánh sang và ảnh