Tài liệu Bài giảng an toàn bảo mật hệ thống thông tin chương 2 - gv. nguyễn minh thành

Chương 2 : Khái Niệm Cơ Bản Về HTTT Máy Tính Giảng viên : Nguyễn Minh Thành E-mail : [email protected] Mục Lục Giới thiệu cấu trúc tổng quát của máy tính I. 1. 2. 3. 4. Vi xử lý (Microprocessor) Bộ nhớ (memory) Thiết bị nhập (input) và xuất (output) Xung nhịp hay xung đồng hồ (clock) Dữ liệu trong hệ thống máy tính III. Hệ thống lưu trữ thông tin trong máy tính IV. Mạng máy tính và sự luân chuyển thông tin II. 2 I. Giới Thiệu Cấu Trúc Tổng Quát Của Máy Tính  Máy hệ cũ: CPU gồm nhiều IC (nhiều mạch), kích thước lớn. Từ khi công nghệ IC: CPU chỉ 1 chip -> vi xử l{ (microproccessor), gọi tắt là P hoặc UP hoặc MPU (micro-processor unit).  CPU có 2 loại:  3  Single chip microprocessor (Vi xử lý đơn chip): là 1 chip LSI/VLSI chứa toàn bộ một máy tính và thường gọi tắt là MCU (micro-controller unit)  Multi-chip CPU (CPU đa chip): cần 2 hay nhiều chip LSI để cài đặt ALU và phần điều khiển của máy tính. Máy tính dựa trên vi xử lý được gọi là máy vi tính. I. Giới Thiệu Cấu Trúc Tổng Quát Của Máy Tính  Sơ đồ khối cơ bản của một máy vi tính 4 I. Giới Thiệu Cấu Trúc Tổng Quát Của Máy Tính Vi xử lý (CPU)  CPU: gồm ALU (đối với CPU mới còn có thêm FPU), các thanh ghi và mạch điều khiển.  CPU có nhiệm vụ thực thi các chương trình chứa trong bộ nhớ chính bằng cách tìm nạp các chỉ thị của chương trình, khảo sát chúng, thực thi tuần tự từng chỉ thị một, chỉ thị này đến chỉ thị khác.  CPU: gồm nhiều đơn vị riêng biệt. Đơn vị điều khiển có nhiệm vụ tìm-nạp các chỉ thị từ bộ nhớ chính và xác định loại chỉ thị. Đơn vị số học và logic ALU (Arithmetic-logic unit) thực hiện các thao tác, như cộng và AND trong đại sốlogic chẳng hạn, để thực thi các chỉ thị. 1. 5 I.1 Vi Xử Lý (CPU) 6  CPU: gồm ALU (đối với CPU mới còn có thêm FPU), các thanh ghi và mạch điều khiển.  CPU có nhiệm vụ thực thi các chương trình chứa trong bộ nhớ chính bằng cách tìm nạp các chỉ thị của chương trình, khảo sát chúng, thực thi tuần tự từng chỉ thị một, chỉ thị này đến chỉ thị khác.  CPU: gồm nhiều đơn vị riêng biệt. Đơn vị điều khiển có nhiệm vụ tìm-nạp các chỉ thị từ bộ nhớ chính và xác định loại chỉ thị. Đơn vị số học và logic ALU (Arithmetic-logic unit) thực hiện các thao tác, như cộng và AND trong đại sốlogic chẳng hạn, để thực thi các chỉ thị. I.1 Vi Xử Lý (CPU) - tt  Bên trong CPU cũng có bộ nhớ nhỏ, tốc độ cao thường dùng để lưu trữ các kết quả tạm thời và thông tin điều khiển. Bộ nhớ này bao gồm một số thanh ghi, mỗi thanh ghi có một nhiệm vụ riêng. Thanh ghi quan trọng nhất là bộ đếm chương trình (program counter). Bộ đếm này có nhiệm vụ trỏ tới chỉ thị kế tiếp sẽ được thực hiện. 7 I.1 Vi Xử Lý (CPU) - tt  Sơ đồ khối cơ bản của CPU 8 I.2 Bộ Nhớ  Bộ nhớ được chia thành : bộ nhớ chính (main memory/primary memory), bộ nhớ phụ (secondary memory).  Bộ nhớ chính: bán dẫn (ROM và RAM) chứa dữ liệu và các lệnh (chương trình).  Tuỳ theo ứng dụng mà có hoặc không có bộ nhớ phụ, nó dùng để lưu trữ thêm thông tin khi cần. Ví dụ: ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, CD-ROM, USB… 9 I.3 Thiết Bị Nhập – Xuất  Được gọi chung là các thiết bị ngoại vi (I/O).  Thiết bị nhập như cổng vào của CPU để nhận thông tin từ bên ngoài CPU.  Thiết bị xuất như cổng ra của CPU để gửi thông tin ra bên ngoài CPU. 10 I.4 Xung Nhịp - Clock  Clock chính là một tín hiệu được sử dụng để đồng bộ hóa mọi thứ bên trong máy tính.  Tín hiệu clock được đo theo đơn vị có tên gọi là Hertz (Hz), đây là số chu kỳ clock trong mỗi giây đồng hồ.  Một xung clock 100MHz có nghĩa là trong một giây đồng hồ có 100 triệu chu kỳ xung nhịp. Tín hiệu 3 chu kì xung nhịp 11 I.4 Xung Nhịp – Clock (tt)  Trong máy tính, tất cả các bộ định thời đều được đo dưới dạng các chu kỳ clock.  Ví dụ, một bộ nhớ RAM có độ trễ là “5” thì điều đó có nghĩa là nó sẽ giữ chậm 5 chu kỳ xung nhịp để thực hiện công việc cung cấp dữ liệu.  Trong CPU, tất cả các chỉ lệnh giữ chậm một số chu kỳ xung clock nào đó để được thực thi.  Ví dụ, một chỉ lệnh nào đó có thể được giữ chậm đến 7 chu kỳ xung clock để được thực thi xong. Thì lệnh tiếp theo sẽ được thực thi vào chu kỳ thứ 8. 12 I.4 Xung Nhịp – Clock (tt)  BUS : 13  Các khối cơ bản trong máy vi tính được nối kết lại với nhau qua nhóm các dây dẫn điện được gọi là bus. Bus là phương tiện để truyền tín hiệu qua lại giữa các phần tử khác nhau trong hệ thống.  Có 3 loại bus (theo phân loại tín hiệu): dữ liệu (data bus), địa chỉ (address bus) và điều khiển (control bus). I.4 Xung Nhịp – Clock (tt)  Address Bus :  Dùng để chí vị trí ô nhớ, cổng nhập hay cổng xuất mà vi xử lý muốn chuyển thông tin (dữ liệu hay lệnh). Thường thì số dây dẫn của bus địa chỉ sẽ được dùng để xác định số ô nhớ (hay vị trí nhớ) mà vi xử lý có thể định vị được.  Data Bus :  Là đường truyền 2 chiều để chuyển thông tin giữa vi xử lý và các phần khác của hệ thống (bộ nhớ và thiết bị IO).  Control Bus :  14 Là đường truyền tín hiệu mà vi xử lý điều khiển các hoạt động của các đơn vị khác nhau trong hệ thống. II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính  Đơn vị nhỏ nhất của dữ liệu: bit. Bit 0/1.  8 bit: một byte, byte biểu thị cho các vị trí nhớ ở bộ nhớ nội lẫn cả trên đĩa từ. Trong bộ nhớ mỗi byte có một địa chỉ riêng, bắt đầu bằng 0 với byte đầu tiên. Mỗi vị trí nhớ thực tế bao gồm byte dữ liệu 8 bit (b bit data) và một bit chẵn lẻ (parity bit). 15 II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính  Byte: cơ sở của phép toán số học, biểu diễn ký tự, từ 00000000 đến 11111111.  Ví dụ biểu diễn cho chữ A là 01000001 và ký hiệu * là 00101010.  •Việc kiểm tra chẳn lẻ thực hiện trên từng byte dữ liệu, số các bit bằng 1 luôn là các số lẻ (luật số lẻ).  •Vì vậy ký tự A sẽ đượcbiểu diễn là 01000001-1, ký tự 16 * là 00101010-0. II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính  Byte: cơ sở của phép toán số học, biểu diễn ký tự, từ 00000000 đến 11111111.  Ví dụ biểu diễn cho chữ A là 01000001 và ký hiệu * là 00101010.  •Việc kiểm tra chẳn lẻ thực hiện trên từng byte dữ liệu, số các bit bằng 1 luôn là các số lẻ (luật số lẻ).  •Vì vậy ký tự A sẽ đượcbiểu diễn là 01000001-1, ký tự 17 * là 00101010-0. II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính  Chương trình: nhóm byte -> đơn vị dữ liệu. Gọi là một trường (field). Máy tính cũng hỗ trợ các kích thước sau:  Từ (word): là 1 trường 2 byte (16 bit). Đánh số từ 0->15 từ phải sang trái.  Từ kép (doubleword): một trường 4 byte.  Bốn từ (quadword): một trường 8 byte. Paragraph: một trường 16 byte.  Kilobyte (KB): 210 byte bằng 1024 byte.  18  Megabyte (MB): 220 byte bằng 1048576 byte.  Gigabyte (GB): 230 byte. II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính  Hệ thống số đếm cơ số 2 hay còn gọi là hệ nhị phân.  01000001 : 65/‘A’ tuz việc định nghĩa dữ liệu: số học/mô tả.  Một số nhị phân không bị giới hạn ở 8 bit. Bộ vi xử lý sử dụng cấu trúc 16 bit/32 để quản lý tự động các số 16 bit/32. 19 II. Dữ Liệu Trong Hệ Thống Máy Tính  Máy tính thực hiện phép toán số học trên các số nhị phân, do vậy người lập trình bằng hợp ngữ phải làm quen với số nhị phân và phép cộng nhị phân, biểu diễn số dương và số âm. Hệ thống thập lục phân (hex), bát phân (octal) và sự chuyển đổi qua lại.  Để chuẩn hóa việc biểu diễn các ký tự, nhà sản xuất 20 máy tính đã chấp nhận bộ mã ASCII 7 bit hoặc 8 bit (American National Standard Code for Information Interchange). Một bộ mã chuẩn tạo điều kiện dễ dàng cho việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị máy tính với nhau.