Tài liệu Phần cứng máy tính (Phần 1)

Nội dung text: Tài liệu Phần cứng máy tính (Phần 1)

1. chương trình môn học PHẦN CỨNG MÁY TÍNH Computer Hardwares Fundamentals I.MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: 1. Tên Môn học: PHẦN CỨNG MÁY TÍNH Mã môn học: 27.692 2. Tổng số tiết: 45h 3. Môn học được phân bố trong học kỳ: 02 Số tiết: 45h 4. Vị trí: Môn học này thuộc khối kiến thức cơ sở ngành 5. Mục tiêu của môn học: - Cung cấp các kiến thức nền tảng về phần cứng hệ thống máy tính cá nhân và các thiết bị ngoaị vi. - Nắm được mối liên hệ giữa các thành phần. - Tạo cơ sở cho môn học “cài đặt và cấu hình phần mềm” và môn học “mạng máy tính”. - Sinh viên tự lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống máy PC. - Cài đặt hệ điều hành cho máy tính và cài đặt một số phần mềm giúp cho sinh viên học các môn học khác như: BorlandC, Microsoft Office, Microsoft Studio.NET. 6. Yêu cầu: Học sinh cần nắm: - Cấu trúc của máy tính PC. - Các thành phần của PC - Cài đặt hệ điều hành cho PC II.CÁC HÌNH THỨC DẠY-HỌC CHÍNH TRONG MÔN HỌC Học ở phòng thực tập phần cứng III.CÁC PHƯƠNG TIỆN DẠY-HỌC HỖ TRỢ CẦN THIẾT ƒ Phòng thực tập có máy chiếu, máy tính để học sinh thực tập IV.NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ PHÂN BỐ THỜI GIAN: TT Tên chương Thời gian (tiết)
2. Tổng Lý Thực Thảo Kiểm số thuyết tập luận tra 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY+ TÍNH PC 3 3 0 2 BẢNG MẠCH HỆ THỐNG (System 3 3 0 Board) 3 CÁC THIẾT BỊ LƯU TRỮ, NHẬP XUẤT 3 1 2 4 TIẾN TRÌNH LẮP RÁP MỘT MÁY TÍNH 9 1 8 PC 5 MÁY IN VÀ MÁY TÍNH XÁCH TAY 3 2 0 1 (Notebook) 6 CÁC HỆ ĐIỀU HÀNH VÀ CÁCH CÀI 6 2 4 ĐẶT 7 CẤU HÌNH CÁC TẬP TIN HỆ THỐNG 3 1 2 VÀ BỘ NHỚ ẢO 8 PHÂN QUYỀN, BẢO MẬT VÀ CHIA SẼ 6 2 4 TÀI NGUYÊN 9 LƯU DỰ PHÒNG VÀ KHÔI PHỤC DŨ 3 1 2 LIỆU 10 TẠO ĐĨA ẢNH VÀ CÀI ĐẶT TỰ ĐỘNG 3 1 2 ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA 3 1 2 TỔNG 45 24 21 V.NỘI DUNG CHI TIẾT: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH PC MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc tổng quan về máy tính PC YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG:
3. 1. Phần cứng 1.1.Các thiết bị nhập xuất. 1.2.Các thành phần bên trong thùng máy(CASE) 1.3.Các thành phần xử lý. 1.4.Các thiết bị lưu trữ dữ liệu. 1.5.Các bus trên bảng mạch hệ thống (system board). 1.6.Card giao tiếp. 1.7.Các mạch tích hợp (chip) trên bảng mạch hệ thống lưu trữ lệnh và dữ liệu (ROM BIOS và CMOS) 2. Phần mềm 2.1.Các loại phần mềm 2.2.Hệ điều hành 2.3.Các phần mềm ứng dụng CHƯƠNG 2: BẢNG MẠCH HỆ THỐNG (System Board) MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc bảng mạch hệ thống (System Board) của máy tính PC YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 2.1. CPU và Chip Set 2.2. ROM BIOS 2.3. RAM 2.4. Bus và các khe cắm (slot) mở rộng 2.5. Các cổng On-Board 2.6. Cấu hình các thông số phần cứng (CMOS configuration) CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ LƯU TRỮ, NHẬP XUẤT MỤC TIÊU:
4. Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc bảng các thiết bị lưu trữ dữ liệu lâu dài, bảng các thiết bị nhập xuất , đĩa cứng và các hệ thống lữu trữ file của máy tính PC. YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 3.1.CÁC THIẾT BỊ LƯU TRỮ 3.1.1. Đĩa mềm và ổ đĩa mềm 3.1.2. Đĩa cứng: cài đặt, phân chia và định dạng. 3.1.3. Ổ đĩa di chuyển được (USB). 3.1.4. Đĩa và ổ đĩa CD/DVD 3.2.CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT (I/O) 3.2.1. Những nguyên tắc căn bản cài đặt các thiết bị ngoại vi 3.2.2. Sử dụng các cổng và khe cắm mở rộng cho các thiết bị bổ sung 3.2.3. Các thiết bị SCSI 3.2.4. Bàn phím 3.2.5. Các thiết bị trỏ (pointing devices) 3.2.6. Các thành phần video của máy tính (monitor, card và memory) 3.3.ĐĨA CỨNG VÀ CÁC HỆ THỐNG LƯU TRỮ FILE 3.3.1. Cấu trúc đĩa cứng 3.2.2. FAT16 3.2.3. FAT32 3.2.4. NTFS CHƯƠNG 4: TIẾN TRÌNH LẮP RÁP MỘT MÁY TÍNH PC MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc tiến trình lắp ráp một máy tính PC YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm.
5. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 4.1. Lựa chọn cấu hình máy tính theo yêu cầu công việc. 4.2. Yêu cầu chuẩn bị cho việc lắp ráp. 4.3. Các bước lắp ráp máy tính CHƯƠNG 5: MÁY IN VÀ MÁY TÍNH XÁCH TAY (Notebook) MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc máy in và máy tính xách tay YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 5.1. Máy in 5.12. Máy tính xách tay CHƯƠNG 6: CÁC HỆ ĐIỀU HÀNH VÀ CÁCH CÀI ĐẶT MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc các hệ điều hành thông dụng cho máy tính PC Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc cách cài đặt hệ điều hành Windows và các dịch vụ cho máy tính PC Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc cách cài đặt nhiều hệ điều hành cho máy tính PC YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 6.1.CÁC HỆ ĐIỀU HÀNH 6.1.1. Hệ điều hành là gì ?
6. 6.1.2. Nhiệm vụ của hệ điều hành 6.1.3. Các kiểu giao diện hệ điều hành 6.1.4. Các hệ điều hành phổ biến ngày nay 6.2.CÀI ĐẶT HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS VÀ CÁC DỊCH VỤ 6.2.1. Chia đĩa 6.2.2. Format 6.2.3. Cài đặt hệ điều hành windows 9x 6.2.4. Cài đặt hệ điều hành windows 2000 6.2.5. Cài đặt hệ điều hành windows XP 6.2.6. Thêm và xóa các dịch vụ trên windows 6.3.CÀI ĐẶT NHIỀU HỆ ĐIỀU HÀNH 6.3.1. Cài đặt không dùng các trình tiện ích 6.3.2. Cài đặt có dùng các trình tiện ích 6.3.3. Ưu và nhược điểm của việc dùng các trình tiện tích CHƯƠNG 7: CẤU HÌNH CÁC TẬP TIN HỆ THỐNG VÀ BỘ NHỚ ẢO MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc cácu hình các tập tin hệ thông và bộ nhớ ảo của máy tính PC YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 7.1. Config.sys 7.2. Autoexec.bat 7.3. Win.ini 7.4. System.ini 7.5. Bộ nhớ ảo là gì? 7.6. Cách thiết đặt bộ nhớ ảo CHƯƠNG 8: PHÂN QUYỀN, BẢO MẬT VÀ CHIA SẼ TÀI NGUYÊN MỤC TIÊU:
7. Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc cách phân quyền, bảo mật và chia sẻ tài nguyên cho máy tính PC YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 8.1. Các quyền cơ bản của windows 2000 8.2. Tạo và xóa users 8.3. Phân quyền cho các users 8.4. Chia sẽ tài nguyên CHƯƠNG 9: LƯU DỰ PHÒNG VÀ KHÔI PHỤC DỮ LIỆU MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc cách lưu dự phòng và khôi phục dữ liệu của máy tính PC YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 9.1. Lưu dự phòng là gì? 9.2. Khôi phục dữ liệu là gì? 9.3. Các loại thiết bị dùng để lưu dự phòng 9.4. Các kỹ thuật lưu dự phòng 9.5. Phục hồi dữ liệu CHƯƠNG 10: TẠO ĐĨA ẢNH VÀ CÀI ĐẶT TỰ ĐỘNG MỤC TIÊU: Qua chương này, người học sẽ nắm đựơc cách tạo đĩa ảnh và cài đặt tự động YÊU CẦU: ƒ Sinh viên cần đọc trước bài giảng để có thể đặt vấn đề thảo luận thêm.
8. ƒ Cần đèn chiếu hoặc máy chiếu để giới thiệu các hình ảnh minh hoạ của PC cho sinh viên làm quen. . . . . . . NỘI DUNG: 10.1. Đĩa ảnh là gì? 10.2. Ích lợi của việc tạo đĩa ảnh 10.3. Các phần mềm dùng để tạo đĩa ảnh 10.4. Cài đặt tự động là gì? 10.5. Ích lợi của việc cài đặt tự động 10.6. Các ưu và nhược điểm của cài đặt tự động so với tạo đĩa ảnh ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA VI.TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Managing and Maintaining Your PC, Jean Andrews, Course Technology, 2000 [2] Install & configure software – Douglas Mawson Institute of Technology
9. Trang 1 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG I. NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ THÔNG TIN VÀ MÁY TÍNH 4 I. Khái niệm về thông tin (information) 4 II. Tin học là gì? (IT: Information Technology) 4 III. Máy tính (Computer) là gì? 4 IV. Nguyên tắc làm việc của máy tính 5 V. Đơn vị lưu trữ thông tin 5 VI. Phần cứng và phần mềm 8 1. Phần cứng 8 2. Phần mềm 8 VII. l ịch sử phát triển của máy tính 8 VIII. Chủng loại máy tính 9 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÁY TÍNH PC 12 I. Mô hình tổng quát của máy tính cá nhân PC 12 II. Các thành phần cơ bản của PC 13 1. Thành phần nhập dữ liệu 13 2. Thành phần xuất dữ liệu 14 3. Thành phần lưu trữ dữ liệu 14 4. Thành phần xử lý dữ liệu 15 III. Tìm hiểu các thành phần bên trong thùng máy Case 17 IV. Thành phần liên kết hệ thống 21 1. Khái niệm bus 21 2. Phân biệt giữa Cable và Bus 21 3. Các chức năng của bus 22 4. Cấu trúc hoạt động của bus 23 CHƯƠNG III. BẢNG MẠCH HỆ THỐNG (MAINBOARD) 24 I. Sự cần thiết của bảng mạch hệ thống 24 II. Các thành phần cơ bản của mainboard 24 III. Bộ xử lý trung tâm CPU 28 1. Các thành phần cơ bản của CPU 28 2. Các kiến trúc bộ vi xử lý 29 3. Lắp CPU vào mainboard 29 4. Tốc độ của CPU 30 IV. Các bộ điều hợp (ADAPTER) 32 1. Bộ điều hợp dùng để làm gì? 32 2. Cấu trúc của một bộ điều hợp 32 V. Các chip hỗ trợ cpu – chipset 32
10. Trang 2 VI. Rom Bios 33 VII. RAM và CACHE 35 1. Các loại RAM 36 2. Bộ nhớ CACHE 36 VIII. Bus và các cấu trúc bus cơ bản 38 IX. Các cổng on-board 42 CHƯƠNG IV. CÁC THIẾT BỊ LƯU TRỮ LÂU DÀI 43 I. Sự cần thiết của thiết bị lưu trữ lâu dài 43 II. Đĩa mềm và ổ đĩa mềm 43 1. Đĩa mềm (FLOPPY DISK) 43 2. Ổ đĩa mềm (FLOPPY DISK DRIVE) 44 III. Đĩa cứng và ổ đĩa cứng 45 IV. CD-ROM 49 CHƯƠNG V. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT (IO DEVICES) 52 I. Màn hình (MONITOR) 52 1. Các thông số liên quan đến màn hình 52 2. Phân loại màn hình 52 3. Card màn hình 55 4. Cấu tạo của card màn hình 55 II. Bàn phím (KEYBOARD) 55 1. Các loại bàn phím 55 2. Các bộ nối bàn phím 56 3. Sự cố và bảo trì bàn phím 58 III. Chuột (MOUSE) 59 1. Cấu tạo 59 2. Giới thiệu một số loại chuột 59 CHƯƠNG VI. TIẾN TRÌNH LẮP RÁP MỘT MÁY TÍNH CÁ NHÂN PC 60 I. Lựa chọn cấu hình máy theo yêu cầu công việc 60 1. Lựa chọn phần mềm 60 2. Lựa chọn phần cứng: 60 II. Yêu cầu chuẩn bị cho việc lắp ráp 61 III. Các bước tiến hành lắp ráp máy tính 61 CHƯƠNG VII : CÔNG NGHỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN 62 I. Đa phương tiện trên máy PC 62 1. Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật số hoá 62 2. Yêu cầu phần cứng cho máy tính PC đa phương tiện 63 3. Các thiết bị hỗ trợ đa phương tiện 63 CHƯƠNG VIII : MÁY IN VÀ MÁY TÍNH XÁCH TAY 66 I. Máy in 66 1. Máy in ma trận điểm 66 2. Máy in phun 66
11. Trang 3 3. Máy in laser 66 II. Máy tính xách tay 67 1. CPU 67 2. Mainboard 68 3. RAM 68 4.Card màn hình 68 5. Màn hình 68 6. Ổ cứng 68 7. Ổ đĩa CD/DVD/CD-ReWrite/DVD-ReWrite 68 8 Ổ đĩa mềm 68 9. Modem 69 10. Card mạng 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC I- Tham khảo về CPU 70 PHỤ LỤC II- Tham khảo về ổ đĩa cứng 84 PHỤ LỤC III: tham khảo về RAM 93 PHỤ LỤC IV: Chẩn đoán lỗi của PC thông qua mã bip của ROM BIOS 100
12. Trang 4 CHƯƠNG I. NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ THÔNG TIN VÀ MÁY TÍNH I. Khái niệm về thông tin (information) Trong cuộc sống hàng ngày, con người thường xuyên thu nhận, xử lý và trao đổi thông tin. Vậy thông tin là gì? Có nhiều định nghĩa về thông tin, với đặc thù là sinh viên nghành tin học, chúng ta có thể hiểu thông tin là khái niệm như sau: Thông tin là một khái niệm trừu tượng, chỉ những gì đem lại hiểu biết cho con người. Khái niệm trừu tượng có nghĩa là chúng ta chỉ có thể cảm nhận được mà không thể mô tả được. II. Tin học là gì? (IT: Information Technology) Máy tính ngày càng trở nên phổ biến trong xã hội, chúng ta cũng có thể hiểu rằng tin học là ngành khoa học về máy tính. Nhưng nếu chỉ hiểu một cách đơn giản như vậy thì chúng ta không thể nắm được rằng đối tượng nghiên cứu của ngành tin học là gì. Tin học là một nghành khoa học chuyên nghiên cứu việc thu thập và xử lý thông tin dựa trên công cụ là máy tính điện tử. Đối tượng nghiên cứu của ngành tin học đó là những công nghệ về thu thập thông tin, công nghệ về xử lý thông tin và những công nghệ truyền tải thông tin. III. Máy tính (Computer) là gì? Máy tính là công cụ cho phép xử lý thông tin một cách tự động theo những chương trình (program) đã được lập sẵn từ trước. Mục đích làm việc của máy tính là xử lý thông tin, trong đó chương trình đã được lập sẵn quy định máy tính sẽ tiến hành xử lý thông tin như thế nào.
13. Trang 5 Chương trình là một dãy các lệnh (tập các lệnh: set of instructions) theo một trình tự nhất định để thực hiện một công việc nào đó từng bước một theo ý muốn của người lập trình. Như vậy, chương trình là một tập các chỉ thị để ra lệnh cho máy tính thực hiện công việc nhằm đạt đến mục tiêu hay kết quả của việc thực hiện chương trình. Muốn máy tính thực hiện chương trình tự động thì máy tính phải có chức năng “nhớ” tập lệnh của chương trình. IV. Nguyên tắc làm việc của máy tính Máy tính làm việc theo hai nguyên tắc: + Máy tính thực hiện công việc theo các chương trình đã được lưu trữ trong bộ nhớ. + Để thực hiện chương trình, máy tính tuần tự đọc các lệnh, giải mã lệnh, thực thi lệnh (thi hành lệnh). Chẳng hạn ta có một chương trình yêu cầu máy tính thực hiện, theo nguyên tắc nhất thì chương trình đó phải được “nạp” hay được lưu trữ trong bộ nhớ. Để thực hiện chương trình đó, theo nguyên tắc làm việc thứ hai thì máy tính lần lượt đọc các lệnh của chương trình, giải mã lệnh đó và thực hiện lệnh. Chỉ khi máy tính thực hiện xong một lệnh thì lệnh kế tiếp mới được đọc vào, giải mã và thực hiện. Nếu một lệnh không thực hiện được thì máy tính sẽ bị ngưng làm việc (treo máy) hay báo lỗi nếu có cơ chế báo lỗi. Ví dụ: Với lệnh chia mà số chia bằng 0, thì lệnh này sẽ không thể thực hiện được. Để giải quyết vấn đề này, máy tính sẽ thực hiện việc kiểm tra trước số chia của phép chia, nếu số chia bằng 0, máy tính sẽ báo một lỗi và trên thực tế, phép chia này không được thực hiện. V. Đơn vị lưu trữ thông tin Thông tin trong máy tính được mã hoá dưới dạng hệ nhị phân. Đơn vị nhỏ nhất để lưu trữ thông tin là số nhị phân (Binary digIT: BIT). Ở đây, chúng ta có đề cập đến vấn đề mã hoá thông tin, vậy thì mã hoá thông tin là gì và mã hoá thông tin dùng để làm gì? Để làm sáng tỏ điều này, chúng ta đi từ bản thân con người chúng ta. Con người tiếp thu thông tin của thế giới bên ngoài qua 5 giác quan của mình. Cụ thể: Mắt : Thông tin về hỉnh ảnh. Tai: Âm thanh Mũi, lưỡi: mùi, vị Da: sự tiếp xúc, nhiệt độ Ngoài ra, con người còn cảm nhận được thông tin dạng sự kiện hay hiện tượng, chẳng hạn: cũng hình ảnh trái bóng lăn vào lưới nhưng chúng ta biết được sự kiện đội nào đang thắng vv.
14. Trang 6 Các thông tin từ thế giới bên ngoài này được não cảm nhận, hay “sự phản ánh thế giới khách quan vào não của con người”. Và thông tin này được não phân tích, lượng hoá (mức độ hoá như: với nhiệt độ có nóng, rất nóng, lạnh, mát ). Đây là dạng thông tin trừu tượng nằm trong não của con người. Không thể truyền thông tin này một cách trực tiếp từ não người này sang người khác. Để truyền được thông tin này, trước tiên, con người thực hiện truyền thông tin bằng ra hiệu. Thời kỳ sau đó, con người thực hiện mã hoá thông tin bằng ngôn ngữ nói, có nhiều quy tắc mã hoá thông tin trong não của con người nên có nhiều ngôn ngữ nói hay tiếng nói trên thế giới. Ngôn ngữ nói chỉ được dùng để sử dụng trong việc truyền thông tin thông qua giao tiếp: hai người gần nhau và nói chuyện với nhau. Như vậy, những người ở xa nhau không thể “nói chuyện” với nhau được. Ngôn ngữ ký hiệu, chữ viết ra đời. Cũng có nhiều quy tắc trong việc mã hoá ngôn ngữ viết dẫn đến có nhiều mẫu tự khác nhau. Khi khoa học phát triển đến thời kỳ hiện đại, môi trường truyền thông tin bằng sóng điện từ, bằng dòng điện đã làm cho nhân loại phát triển đến kỷ nguyên về công nghệ thông tin như hiện nay. Đối với con người, những thông tin khác nhau có những ý nghĩa khác nhau. Thông tin nhiều ý nghĩa có giá trị hơn những thông tin ít có giá trị. Để có thể đo được giá trị thông tin, người ta đã tiến hành lượng hoá thông tin. Cần phân biệt thông tin và dữ liệu (data), thông tin được ẩn chứa trong các dữ liệu (có thể được hiểu là những mẩu thông tin thô và ít ý nghĩa). Nếu hiểu nhà là thông tin thì có thể hiểu gạch, sắt, thép là dữ liệu. Ví dụ: Phương là dữ liệu Phương đã là thông tin 25 ( rất ít giá trị) 25 tuổi ( có giá trị) Trong một quá trình xử lý thông tin, ta nói các đầu vào để xử lý là dữ liệu, còn các đầu ra là thông tin. Ví dụ: Dữ liệu vào Thông tin ra (DATA) Xử lý thông tin (Information) Trung 26 Trung 26 tuổi Mai Trung lớn tuổi hơn Mai 20 Mai 20 tuổi Là dữ liệu vào (1) Là thông tin ra (1) Là thông tin ra (2) Là dữ liệu vào (2)
15. Trang 7 Bản thân dữ liệu hay thông tin không thể tự truyền được, để có thể truyền thông tin cần phải có vật mang thông tin. Đó là tín hiệu. Hiện nay có nhiều dạng tín hiệu (tín hiệu âm thanh, tín hiệu SOS, ) trong môi trường điện chúng ta quan tâm đến hai dạng tín hiệu đó là tín hiệu tương tự (còn gọi là tín hiệu liên tục) (Analog Signal) và tín hiệu số (còn gọi là tín hiệu rời rạc) (Digital Signal). Tín hiệu tương tự dùng trong trường hợp thông tin được gửi vào sóng truyền tin dưới dạng biên độ, tần số, hay pha của sóng điện từ hay sóng điện trong dây dẫn điện. Tín hiệu số (còn gọi là tín hiệu nhị phân Binary Digital Signal) dùng trong trường hợp truyền thông tin dưới dạng nhị phân. Phù hợp trong môi trường dẫn điện, để truyền một BIT bằng 0 thì tín hiệu điện trên đường truyền có điện áp 0V (không có điện áp) và ngược lại, để truyền một BIT có giá trị bằng 1 thì tín hiệu điện trên đường truyền có điện áp 5V (hoặc 3,3V ) (có điện áp). Dữ liệu tương tự có thể được chuyển đổi thành dữ liệu số và ngược lại thông qua một vi mạch chuyển đổi gọi là ADC (Analog Digital Coverted) hay DAC (Digital Analog Coverted). Thiết bị chuyển đổi còn gọi là MODEM (MOdulation and DEModulation). BIT là đơn vị nhỏ nhất để lưu trữ thông tin. Một BIT hay một chữ số nhị phân chỉ có thể nhận một trong hai giá trị là 0 hay là 1. Nếu dùng 1 BIT để mã hoá thông tin nào đó thì thông tin đó chỉ có tối đa 2 giá trị hay rất ít có giá trị. Chẳng hạn nếu dùng 1 bit để lưu trữ màu của một điểm ảnh trên màn hình thì màn hình đó chỉ có tối đa là 2 màu. Nhưng nếu ghép các bit lại với nhau để lưu trữ thông tin thì có thể lưu trữ được những thông tin có ý nghĩa hơn. Trong thực tế người ta đã ghép 4 bit (1 Nibble) và hiện tại là 8 bit (1Byte). Ví dụ: + Để mã hoá ký tự (Char): dùng 8 bit (1 Byte) đối với mã ASCII và hiện nay thường dùng 16 bit (2 Byte) đối với mã UNICODE. + Để mã hoá số nguyên: dùng 2 Byte, số thực dùng 4 Byte, + Để mã hoá màu của một điểm ảnh trên màn hình: dùng 8 bit (256 Color), 16 bit (HighColor), 24 bit (TrueColor) hay 32 bit (TrueColor). Dung lượng của bộ nhớ (hay thiết bị lưu trữ ) là khả năng nhớ tối đa của bộ nhớ (hay thiết bị lưu trữ). Để dễ dàng so sánh giữa các mức dung lượng khác nhau người ta thường dùng những đơn vị đo sau: Chúng ta có: 1 KB = 210 Byte = 1024 Byte 1 MB = 210 KB = 1024 KB
16. Trang 8 1 GB = 210 MB = 1024 MB 1 TB = 210 GB = 1024 GB VI. Phần cứng và phần mềm 1. Phần cứng Phần cứng nói đến cấu tạo của máy tính về mặt vật lý. Bao gồm toàn bộ các thiết bị, linh kiện điện tử của máy tính. Còn có những quan điểm cho rằng nguyên lý hoạt động của máy tính cũng là một bộ phận của phần cứng máy tính. 2. Phần mềm Phần mềm là hệ các chương trình trong máy tính giúp người sử dụng (user) thực hiện một công việc nào đó. Phần mềm có thể được phân làm hai loại: - Các phần mềm hệ thống gồm có: o Hệ điều hành (OS: Operating System) là phần mềm quan trọng nhất trong máy tính. Nắm vai trò điều hành mọi hoạt động của máy tính. o Các chương trình phục vụ hệ thống: gồm chương trình điều khiển việc khởi động máy tính, các chương trình sơ cấp hướng dẫn hoạt động vào ra cơ bản của máy tính (thuộc ROM BIOS) o Các trình điều khiển thiết bị (device driver). - Các phần mềm ứng dụng (Application): giúp người sử dụng thực hiện một ứng dụng nào đó. Ngoài ra, còn phải kể đến một loại phần mềm rất đặc biệt trong máy tính. Đó là các ngôn ngữ lập trình. Đây là phần mềm dùng để viết ra phần mềm. Sau đây là danh sách một số phần mềm điển hình được dùng cho máy cá nhân PC: + Hệ điều hành: Win9x, 2000, XP + Phần mềm dùng để bảo trì ổ đĩa: ScanDisk (kiểm tra đĩa lưu trữ), Disk Cleanup (dọn dẹp ổ cứng), Disk Defracmenter (chống phân mảnh đĩa cứng) + Phần mềm bảo trì máy và ngăn ngừa virut: Norton AntiVirus, BKAVxxxx + Phần mềm chế bản văn bản: bộ Office của Microsoft, NotePad + Phần mềm học tiếng anh: MTD của Lạc Việt, Just ClickSee, English Study, EvaTran + Phần mềm nén tập tin: WinZip, WinRad + Phần mềm multimedia (xem phim, nghe nhạc): Winnap, Herosoft, Windows Media Player, JetAudio + Phần mềm tạo và làm việc với cơ sở dữ liệu: Access, Oracle + Phần mềm duyệt web: Internet Explore + Phần mềm tạo CD ảo: Virtual Driver Manager + Phần mềm lập trình: C, C++, Visual Basic + Phần mềm giải trí, vv VII. l ịch sử phát triển của máy tính Lịch sử phát triển của máy tính gắn liền với lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý. Cho đến nay được chia thành 4 thế hệ:
17. Trang 9 - Lịch sử các máy tính cơ khí: Trước công nguyên, con người đã biết sử dụng bàn tay để tính toán. Rồi bàn tính số học (ABACUS) ra đời. Điều chú ý nhất là vào giữa thế kỷ XIX , PASCAL đã chế tạo ra một chiếc máy tính có thể thực hiện được các máy tính số học hoàn toàn bằng cơ khí. - Thế hệ thứ nhất (1st Generation): 1945-1955, sử dụng công nghệ đèn ống chân không (Vaccumn Tube) còn được gọi là máy tính sử dụng công nghệ bóng đèn điện tử. Đặc điểm là tiêu thụ nhiều điện năng, toả nhiều nhiệt và hệ thống ít tin cậy. - Thế hệ thứ hai (2nd Generation): 1955 – 1973, sử dụng công nghệ bán dẫn ( Transistor ). Một hệ thống máy tính được tạo với các transistor trở nên nhỏ hơn, nhanh hơn và hữu hiệu hơn nhiều so với một hệ thống máy tính được tạo với các đèn ống chân không. - Thế hệ thứ ba (3rd Generation): 1974 – 1979, sử dụng vi mạch tổ hợp IC ( integrated circuit – IC), một mạch bán dẫn được thiết lập bằng cách cấy các Transistor lên một chất nền (Silic) và nối kết các transistor không dây. IC đầu tiên chỉ có 6 transistor (ngày nay với bộ vi xử lý Intel Pro có đến 5,5 triệu transistor). Thời kỳ này đánh dấu sự ra đời của bộ vi xử lý 4004, tiền thân của các bộ vi xử lý x86 sau này. - Thế hệ thứ tư (4th Generation): 1980 đến nay. Máy tính sử dụng công nghệ tích hợp IC mật độ cực cao (VLSI: Very Large Scale Intergrated). Vi xử lý 8088 ra đời đánh dấu thời kỳ phát triển máy tính cá nhân PC (Personal Computer). Trong tương lai, người ta dự báo lịch sử máy tính chuyển sang thế hệ thứ năm (5th Generation). Là thời kỳ phát triển máy tính “thông minh”, có thể tự động nhận biết những thay đổi của môi trường xung quanh như con người. Hiện nay đã có những bước đột phá sang thế hệ máy tính “thông minh” trong đó ROBOT Asimo của hãng Honda là một ví dụ. VIII. Chủng loại máy tính Có nhiều chủng loại máy tính khác nhau, được phân biệt theo tín hiệu xử lý, theo khả năng, theo kiểu thiết kế hay theo công dụng. Theo tín hiệu xử lý: + Máy tính tương tự (Analog Computer): xử lý dữ liệu tương tự, dùng trong nghiên cứu khoa học, y học, đo lường khí tượng thuỷ văn vv + Máy tính số (Digital Computer) : xử lý tín hiệu số, dùng rộng rãi trong việc lưu trữ dữ liệu, giáo dục, thương mại, giải trí vv Theo khả năng: + Supercomputer: Siêu máy tính, khả năng tính toán, tốc độ xử lý, khả năng lưu trữ rất lớn. Dùng để chứa cơ sở dữ liệu trong các mạng an ninh quốc phòng, các tập đoàn đa quốc gia của Mỹ và các nước đồng minh. Có giá từ vài chục đến vài trăm triệu đô la. + Minicomputer: máy tính nhỏ, khả năng lưu trử, tốc độ kém hơn siêu máy tính. Thường dùng để chứa cơ sở dữ liệu trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Giá cỡ vài triệu đôla.
18. Trang 10 + MicroComputer: máy vi tính, khả năng xử lý, lưu trữ phù hợp với cá nhân nên được dùng cho PC (Personal Computer : máy tính cá nhân). Có giá từ vài trăm đến vài ngàn đôla. Theo công dụng, có một số thuật ngữ sau: + Mainframe (máy chính) – terminate (máy trạm): máy chính dùng để chứa toàn bộ cơ sở dữ liệu và được cài đặt một hệ điều hành đa xử lý (Multiproccessor Operating System: chẳng hạn MAC OS, Unix). Máy trạm đơn giản chỉ là một thiết bị đầu cuối (Gồm bàn phím để nhập, màn hình hoặc máy in để xuất nối vào Mainframe dùng làm hệ thống nhập xuất. Mọi công việc xử lý đều thuộc về máy chính. + Server (Máy chủ) – Client (Máy khách): Máy chủ chứa cơ sở dữ liệu server (Server Database), cài đặt một hệ điều hành chạy được trên nền server (Windows NT, Windows 2000 server ). Máy khách có thể hiểu đơn giản là một PC, cài đặt một hệ điều hành client (Win9x, 2000, XP ) và cài đặt các giao thức mạng để có thể truy xuất đến cơ sở dữ liệu của máy chủ. Theo kiểu thiết kế họ phần cứng máy tính cá nhân IBM: các đặc tính kỹ thuật và các chuẩn dành cho PC vào thuở ban đầu đều do IBM đưa ra. Từ những hệ thống đời đầu như IBM PC, XT(eXTended) và AT(Advanced Technology) cùng với nhiều chuẩn mà các hệ thống ngày nay sử dụng đều phải phù hợp với chuẩn mà IBM đã đưa ra. Bao gồm các nhân tố về bo mạch chủ, cách thiết kế thùng máy và bộ nguồn, cấu trúc bus, cách thức sử dụng tài nguyên hệ thống, cấu trúc và cách thức ánh xạ bộ nhớ, các giao tiếp hệ thống, bộ nối, chân cắm vv. Các hệ thống PC được giới thiệu dưới đây ngày nay đang được thịnh hành:
19. Trang 11 Desktop Computer: Máy tính cá nhân để bàn Laptop Computer : Máy tính cá nhân xách tay Palmtop Computer: Máy tính cá nhân thu nhỏ
20. Trang 12 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÁY TÍNH PC I. Mô hình tổng quát của máy tính cá nhân PC Từ mục đích làm việc của máy tính, chúng ta có thể nhìn nhận máy tính theo sơ đồ sau: 1) Memory 3) Các thiết bị vào 4) Các thiết bị ra Input device 2) CPU Output device 5) Các thiết bị lưu trữ Storage device Hình 2.1 Mô hình cấu trúc tổng quát của một máy tính PC Mô hình cho chúng ta thấy một PC có các thành phần cơ bản sau: 1) Memory 2) CPU 3) Input Device 4) Output Device 5) Storage Device 6) Thành phần liên kết, vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần Nhận xét: Từ mô hình cơ bản của máy tính, chúng ta có thể nhìn thấy các chỉ tiêu để đánh giá khả năng của PC. Ngoài ra chúng ta có thể nhìn thấy CPU có những chức năng gì: - Khả năng của PC được đánh giá qua các tiêu chí sau:
21. Trang 13 o Tại CPU: khả năng về xử lý được đặc trưng bởi tốc độ xử lý của CPU. Ngoài ra, khả năng về xử lý còn phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ RAM, CACHE, tốc độ truyền dữ liệu trên các Bus, tốc độ làm việc của các thiết bị mà chúng ta sẽ tìm hiểu sau. o Tại Output Device: khả năng và chất lượng của các thiết bị xuất. o Tại Input Device: khả năng và chất lượng của các thiết bị nhập. o Tại Storage Device: khả năng lưu trữ, chất lượng của thiết bị lưu trữ. o Tại các thành phần liên kết hệ thống: tốc độ vận chuyển dữ liệu (hay khả năng truyền dữ liệu). - Các chức năng cơ bản của CPU: o Thực hiện các lệnh về xử lý dữ liệu o Thực hiện các lệnh về nhập dữ liệu o Thực hiện các lệnh về xuất dữ liệu o Thực hiện các lệnh đọc, ghi, xoá dữ liệu trên các thiết bị lưu trữ o Thực hiện các lệnh về quản lý (cấp phát và giải phóng) bộ nhớ, thường do hệ điều hành đảm nhận. II. Các thành phần cơ bản của PC 1. Thành phần nhập dữ liệu + Bàn phím (Keyboard): Là thiết bị nhập chuẩn, nhập dữ liệu vào máy tính dạng kí tự (character), kí hiệu (Symbol), các phím chức năng (Function Key), các phím điều khiển (Control Key). + Chuột (Mouse): dùng trong giao diện đồ hoạ (Graphic Mode)
22. Trang 14 + Microphone v.v 2. Thành phần xuất dữ liệu + Màn hình (Monitor): Là thiết bị xuất chuẩn, hiện thị kết quả làm việc, trạng thái làm việc giữa người sử dụng với máy tính dạng hình ảnh. + Máy in (Printer): dùng để in ấn tài liệu. + Loa (Speaker): dùng để nghe âm thanh, nhạc. + Máy chiếu (Projector): dùng trong giảng dạy, báo cáo hội thảo. v.v 3. Thành phần lưu trữ dữ liệu
23. Trang 15 + Đĩa cứng (Hard Disk). + Đĩa mềm (Floppy Disk) + Đĩa CD (Compact Disk) + USB Disk, MemoryCard, ZIP Disk 4. Thành phần xử lý dữ liệu + CPU (Centrel Processing Unit): đơn vị xử lý trung tâm, là bộ não của máy tính, nơi diễn ra quá trình xử lý thông tin.
24. Trang 16 + Các ChipSet : là các chip hỗ trợ CPU trong việc kiểm soát và điều khiển các luồng dữ liệu giữa các thành phần trong máy tính. + Các chíp điều khiển thiết bị (Controller Chip): Mouse controller, Keyboard controller, HDD controller, FDD controller, Memory Controller, (thuộc bộ điều hợp của các thiết bị (Adapter)).
25. Trang 17 III. Tìm hiểu các thành phần bên trong thùng máy Case Thùng máy (Case) của PC đơn giản là một hộp máy có vai trò như là bộ khung, bên trong có thiết kế các vùng không gian để có thể gắn các thành phần phần cứng vào. Nhằm mục đích bảo vệ khỏi bụi bặm, hơi ẩm và va chạm. Hiện nay có nhiều loại Case với nhiều kiểu thiết kế hình dáng, được phân biệt như sau: - Case để nằm: nhằm tiết kiệm không gian bố trí máy, Case để nằm thường bất tiện trong việc tháo lắp, bổ xung các bộ phận bên trong Case nên thường được trang bị hàng loạt, sử dụng trong các công ty. - Case để đứng: loại thấp là Mini Tower, có chiều cao khoảng 40 cm. Loại cao là Tower, có chiều cao khoảng 60 cm. Thuận tiện trong việc tháo lắp trên trong (chỉ việc mở một bên sườn máy), thường sử dụng cho các gia đình. - Case AT: (thường đi với kiểu Mini Tower, để nằm), sử dụng trong máy tính có nguồn AT, mainboard AT. Đặc điểm là không tự tắt nguồn khi shutdown máy.
26. Trang 18 - Case ATX: (thường đi với kiểu Tower, để nằm), sử dụng trong máy tính có nguồn ATX, mainboard ATX. Đặc điểm là tự tắt nguồn khi shutdown máy. Trong một máy PC căn bản, Case chứa các thành phần phần cứng sau: Â Một bộ nguồn (Power Supply): + Dùng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành các mức điện áp thích hợp để cung cấp cho mainboard và các thiết bị. + Một số đặc điểm kỹ thuật: v. Công suất với nguồn AT: 150/180/200 W v. Công suất với nguồn ATX: 250/300/350 W v. Mỗi bộ nguồn thường có nhiều chấu cắm nguồn phục vụ cho mainboard và các thiết bị. Mỗi chấu cắm có nhiều đầu dây điện với các mức điện áp khác nhau: đỏ (Red:+5V), vàng (Yellow: +12V), xanh (Blue:-12V), trắng (White:- 5V), đen (Black:0V – GND nối đất). POWER SUPPLY Â Bộ vi xử lý (microprocessor), trong hầu hết các máy PC hiện nay thì đó là một bộ vi xử lý Celeron hoặc Pentium của Intel, hoặc một trong những bộ xử lý tương thích Intel được nhiều công ty máy tính cung cấp như AMD, Cyrix,
27. Trang 19  Bảng mạch chính (mainboard): Một bảng mạch lớn bằng nhựa cứng, trên đó có các vi mạch, linh kiện điện tử, đường dẫn tín hiệu, các khe cắm (Slot) hay đế cắm (Socket) mainboard  Các thanh RAM, chip ROM BIOS, pin CMOS RAM CMOS ROM BIOS PIN CMOS  Các cổng (port) (là các đầu kết nối (connector) giữa hệ thống và cable của các thiết bị ngoại vi).
28. Trang 20 IO Port  Các Card mở rộng. MainBoard Card mở rộng cắm vào mainboard  Những thiết bị lưu trữ.  Cable dữ liệu ổ cứng, ổ mềm, ổ CD Cable dữ liệu  Các đèn (LED) trạng thái: HDD LED, System Led.  Loa hệ thống System speaker & các nút bấm: Power, Reset
29. Trang 21 IV. Thành phần liên kết hệ thống 1. Khái niệm bus Để các thành phần trong máy tính có thể trao đổi thông tin, dữ liệu với nhau, trong máy tính cần phải có các đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin. Bus: là tập hợp các đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin từ thành phần này sang thành phần khác trong hệ thống. Độ rộng của Bus: số đường dây có khả năng vận chuyển thông tin đồng thời. (Mỗi đường dây vận chuyển 1 bit) 2. Phân biệt giữa Cable và Bus Cần phân biệt CABLE và BUS, Bus là các đường vận chuyển thông tin dùng chung còn Cab là các đường vận chuyển thông tin dùng riêng cho thiết bị. Ví dụ: Cab ổ cứng chỉ được sử dụng riêng cho ổ cứng. Trong hệ thống có các loại Cab sau: + Cab tín hiệu màn hình. + Cab dữ liệu ổ cứng + Cab dữ liệu ổ CD + Cab dữ liệu ổ đĩa mềm
30. Trang 22 + Cab dữ liệu máy in, cab tín hiệu bàn phím, cab tín hiệu chuột. Monitor IDE Cable FDD Cable Mouse Cable Sử dụng cho ổ cứng Cable Printer và CD Cable 3. Các chức năng của bus • Bus dữ liệu: - Chức năng: + Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ chính đến CPU + Vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần trong hệ thống. - Độ rộng của bus dữ liệu: M bit ( M đường dây: D0, D1, ,DM-1) cho biết số bit dữ liệu có thể vận chuyển đồng thời. Trong thiết kế bus dữ liệu của CPU, người ta thường lấy: M = 8, 16, 32, 64 (bit) Ví dụ: 9 8088: M=8 bit 9 8086,80286 => M = 16 bit 9 80386,80486 => M = 32 bit 9 Các bộ xử lý Pentium: M = 64 bit, như vậy cùng một lúc, Pentium có thể đọc, ghi 8 byte nhớ đồng thời. • Bus địa chỉ - Chức năng: vận chuyển địa chỉ từ CPU đến modul nhớ hay modul vào ra nào cần trao đổi thông tin. - Modul nhớ là một đơn vị nhớ được đánh địa chỉ trong máy tính, có thể là một ngăn nhớ trong RAM, hay một ngăn nhớ trong BIOS, hay cũng có thể là một cổng vào-ra dữ liệu. - Độ rộng bus địa chỉ: N bit (N đường dây: A0, A1, ., AN-1) Như vậy, với N bit thì bus địa chỉ có khả năng đánh địa chỉ được 2N ngăn nhớ. Thường mỗi ngăn nhớ có dung lượng là 1 Byte như vậy với N bit địa chỉ thì có thể quản lý được 2N Byte gọi là không gian địa chỉ nhớ. Ví dụ: Bus địa chỉ của các bộ vi xử lý Intel 9 8088/8080 -> N = 20 bit => Không gian địa chỉ nhớ là 220 Byte = 1 MB 9 80286 -> N = 24 bit = > Không gian địa chỉ nhớ là 224 Byte = 16 MB
31. Trang 23 9 80386/80486, Pentium -> N = 32 bit => Không gian địa chỉ nhớ là 232 Byte = 4 GB 36 9 PII , PIII, PIV -> N = 36 => Không gian địa chỉ nhớ là 2 = 64GB 9 Italium -> N = 64 => Không gian địa chỉ nhớ là 264 Byte. • Bus điều khiển (Control Bus) - Chức năng: tập hợp các tín hiệu điều khiển, có hai loại: + Loại 1: các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển các modul nhớ hay modul vào ra + Loại 2: Các tín hiệu yêu cầu gửi đến CPU yêu cầu CPU đáp ứng. Tín hiệu điều khiển là những tín hiệu đơn lẻ nên đối với bus điều khiển không có khái niệm độ rộng bus. - Một số tín hiệu điều khiển điển hình trong máy tính 9 Memory Read (MEMR): phát ra từ CPU điều khiển đọc bộ nhớ. 9 Memory Write (MEMW) : phát ra từ CPU điều khiển ghi vào bộ nhớ 9 Input/Output Read (IOR): phát ra từ CPU để điểu khiển đọc dữ liệu từ cổng vào ra. 9 Input/Output Write (IOW): phát ra từ CPU để điều khiển ghi dữ liệu đến cổng vào ra. 9 Interupt Request (INTR): Tín hiệu phát ra từ thiết bị gửi đến CPU yêu cầu ngắt 9 Interupt Acknowledge (INTA): Tín hiệu phát ra từ CPU báo hiệu với thiết bị rằng CPU cho phép ngắt. 9 Non – Maskable Interupt (NMI): Thường dùng để báo sự cố của máy tính. 9 Reset: Tín hiệu gửi đến CPU yêu cầu khởi động lại máy tính. 4. Cấu trúc hoạt động của bus Bus dữ liệu Bus điều khiển Bộ xử lý Bộ nhớ trong Phối ghép Thiết bị vào trung tâm (Memory) vào/ra (CPU) (I/O) Thiết bị ra Bus địa chỉ Hình 2.2 Cấu trúc hoạt động của hệ thống Bus
32. Trang 24 CHƯƠNG III. BẢNG MẠCH HỆ THỐNG (MAINBOARD) I. Sự cần thiết của bảng mạch hệ thống Trong máy tính có nhiều thành phần phần cứng khác nhau, để máy tính có thể hoạt động được, mỗi thành phần cần phải có một nguồn cấp điện ổn định, kế đến là phải có các đường kết nối để vận chuyển thông tin. Trong quá trình xử lý vào ra, CPU thực hiện lệnh bằng cách điều khiển thành phần phần cứng thích hợp. Như vậy CPU được dùng chung trong hệ thống, do đó các thành phần khác không thể gắn vào CPU một cách trực tiếp. Câu hỏi đặt ra là cần phải thiết kế các đường cấp điện, các đường vận chuyển thông tin và các thành phần bổ trợ khác như thế nào? Các thành phần phần cứng được gắn kết với hệ thống để có thể làm việc với CPU như thế nào? Để giải quyết vấn đề này, các nhà chế tạo đã tạo ra một bảng mạch bằng nhựa cứng (gọi là bảng mạch chính). Các đường cấp điện, các đường vận chuyển dữ liệu hay các thành phần phụ trợ khác được hàn chết trên đó. Các thành phần khác có thể được hàn chết, hay thông qua các đế cắm, các khe cắm trên bảng mạch. Như vậy, bất cứ thành phần nào trong máy tính muốn hoạt động được đều phải được gắn vào bảng mạch này. Do tính chất quan trong như vậy, bảng mạch chính còn được gọi là bảng mạch mẹ (Mother board) hay bảng mạch hệ thống (System board). MAINBOARD Trên MainBoard có nhiều thành phần phần cứng, phần kế tiếp là các thaàn phần chủ yếu trên mainboard: II. Các thành phần cơ bản của mainboard
33. Trang 25 Các cổng vào/ra Đế cắm chip I/O port (Socket) PCI Chipset cầu bắc slot và quạt làm mát (FAN) Power Supply Connector Pin CMOS Chipset cầu nam IDE 1 (Hard Disk) IDE 2 (CD)DIMM 184 pins Slot DDR SDRAM Slot IDE AGP Slot conector Socket ISA Slot Chipset PCI slot ¾ Đế cắm chíp (socket) hay khe cắm chíp (slot): + Socket 370 pins cho PIII hay Celeron 1.13/1.1/1.2/1.3 GHz. + Socket 478 pins cho PIV, Celeron 1.7/1.8/2.0/2.4 GHz + Socket 462 pins cho AMD K6 , PIV + Slot 1 cho PII + Slot 2 cho PIII ¾ Các khe cắm chíp RAM: + SIMM 30/72 pins cho SIMM RAM
34. Trang 26 SIMM slot + DIMM 168 pins cho DIMM RAM DIMM Slot + SDRAM 168 pins, cho SDRAM SDRAM slot + DDR SDRAM 184 pins, cho DDR SDRAM DDR SDRAM
35. Trang 27 ¾ Các khe cắm card mở rộng (Expansion Slot): + AGP slot: màu nâu + PCI slot: màu trắng + ISA slot: màu đen ¾ Chấu cắm nguồn để nuôi mainboard: + Mainboard AT: AT connector gồm có hai chấu: P8&P9 + Mainboard ATX: ATX connector gồm một chấu đơn. ¾ Bộ nhớ RAM và ROM BIOS: + SIMM RAM 30/72 pins, 4/8/16/32 MB, hiện đã lạc hậu, không còn bán trên thị trường. + DIMM RAM 168 pins, 32/64 MB + SDRAM 168 pins, 128/256/512 MB + DDR SDRAM 184 pins, 128/256/512 MB, 1 GB.
36. Trang 28 ¾ Một tập hợp các bus, dùng để kết nối bộ vi xử lý với bộ nhớ của nó và với các bộ điều hợp để cho phép liên kết với các thiết bị khác thông qua các cổng của chúng hoặc các khe cắm mở rộng. ¾ Một tập hợp các bộ điều hợp (ADAPTER) cho thiết bị: một bộ điều hợp gồm có một chip điều khiển (Controller Chip), một đầu nối bus (Bus Connector), bộ đệm dữ liệu (ví dụ:Video RAM), ROM BIOS (trong Video Card, Net Card), bộ chuyển đổi tín hiệu từ số - tương tự DAC. ¾ Các Card mở rộng: dùng để bổ xung thiết bị, mở rộng khả năng làm việc của máy tính: + AGP card: dùng cho màn hình, Ví dụ: Nvidia-Gefore2, ATI + PCI card: dùng cho màn hình (VGA card), card âm thanh (Sound card), card Tivi (Tivi Tune), card mạng (Net Card, LAN card) + ISA card: dùng cho card âm thanh ISA (cũ), card mạng ISA ¾ Các cổng, là những chỗ giao tiếp phần cứng (các đầu nối vật lý được tạo bởi các bộ điều hợp để hỗ trợ cho việc kết nối với các thiết bị I/O: ¾ Pin CMOS để nuôi chip nhớ RAM CMOS. ¾ Các Jumper (JMP thiết lập): Jumper ghi/xoá CMOS, Jumper vô hiệu hoá các cổng vào ra, Jumper xác lập điện thế hoạt động cho CPU Để có thể thiết lập jumper cho mainboard (gọi là Set Jumper), chúng ta cần phải tham khảo tài liệu hướng dẫn của mainboard cung cấp kèm theo khi mua. ¾ Các cầu chuyển: DIP Switch: SW1 để xác lập tốc độ hệ thống, SW2 để xác lập tốc độ của CPU. Tham khảo tài liệu hướng dẫn của mainboard. Ở phần sau, chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn các thành phần gắn trên MainBoard. III. Bộ xử lý trung tâm CPU Bộ phận quan trọng nhất gắn trên bảng mạch chính là bộ vi xử lý của máy tính còn gọi là CPU. Là nơi tiến hành việc xử lý thông tin và phát ra tín hiệu điều khiển mọi hoạt động của máy tính, trong quá trình làm việc của đó, CPU có thể trao đổi dữ liệu với bộ nhớ chính hay các thiết bị qua hệ thống vào ra. 1. Các thành phần cơ bản của CPU ¾ Đơn vị điều khiển (CU: control unit) => Điều khiển hoạt động của hệ thống theo chương trình đã dịch sẵn ¾ Đơn vị số học & Logic (ALU) => Thực hiện phép toán số học và logic ¾ Tập các thanh ghi (Registry) => Dùng để chứa thông tin tạm thời phục vụ cho các hoạt động hiện tại của CPU. Gồm có các thanh ghi địa chỉ, thanh ghi dữ liệu, thanh ghi lệnh và các thanh ghi cờ trạng thái. Đơn vị số học và lôgic chỉ thực hiện các phép toán số học đơn giản như phép cộng, trừ, nhân, chia. Để CPU có thể xử lý dữ liệu với các số thực với độ chính xác cao và các phép toán phức tạp như sin, cos, tính tích phân , các CPU thường được
37. Trang 29 trang bị thêm bộ đồng xử lý toán học (FPU: Floatting Point Unit ) còn được gọi là bộ xử lý dấu chấm động. 2. Các kiến trúc bộ vi xử lý Theo nguyên tắc làm việc của máy tính thì để thực hiện chương trình, CPU lần lượt đọc các lệnh, giải mã lệnh và thực hiện lệnh. Vậy thì việc giải mã lệnh ở đây được hiểu như thế nào? Đối với một hệ máy tính, một lệnh được chia thành các mức độ khác nhau, mức thứ nhất đó là mức lệnh của người sử dụng. Đây là những câu lệnh dạng gần gũi với ngôn ngự tự nhiên của con người và máy tính không thể hiểu được. Để máy tính có thể hiểu được, lệnh của người sử dụng được HĐH hay trình dịch ngôn ngữ phiên dịnh thành lệnh ở dạng ngôn ngữ máy và CPU có thể đọc và hiểu được. Khi CPU đọc lệnh dạng mã máy, nó thực hiện việc phiên dịch lệnh này thành các vi lệnh để các thành phần của CPU có thể hiểu và thực hiện được. Quá trình này gọi là giải mã lệnh. Tập các vi lệnh của CPU cũng là một yếu tố đánh giá khả năng làm việc của CPU, khi trang bị một CPU vào hệ thống người ta thường quan tâm đến vấn đế kiến trúc của CPU, có hai loại kiến trúc CPU, đó là: ¾ CPU với kiến trúc CISC: (Complex Instruction Set Computer) máy tính với tập lệnh đầy đủ. Trong kiến trúc CISC, máy tính cần sử dụng rất ít thanh ghi. ¾ CPU với kiến trúc RISC: (Reduced Instruction Set Computer) máy tính với tập lệnh rút gọn. Trong kiến trúc RISC, máy tính cần sử dụng nhiều thanh ghi. Đây là kiến trúc được các bộ vi xử lý Intel ngày nay sử dụng. Chúng ta có thể lấy một ví dụ để phân biệt giữa SISC và RISC như sau: Ví dụ: Cộng 1 vào một vùng địa chỉ. Trong CISC, lệnh tương ứng phải thực hiện ba chức năng sau: đọc vùng bộ nhớ, cộng thêm 1, ghi trả lại kết quả. Trong RISC, mỗi chức năng trên là một lệnh. Điều khác biệt là trong CISC không cần tới nhiều thanh ghi, với lệnh trên CISC có thể đọc giá trị tại vùng nhớ vào ALU, thực hiện tăng lên 1 và trả kết quả vào vùng nhớ. Còn đối với CPU RISC, nếu giá trị cần đọc đã có sẵn ở thanh ghi thi không cần phải đọc nó từ bộ nhớ, giá trị sau khi tăng lên 1 có thể chứa ở thanh ghi mà không cần phải ghi kết quả vào bộ nhớ. 3. Lắp CPU vào mainboard Khi gắn CPU vào mainboard, cần quan tâm đến những vấn đề sau đây: ¾ CPU và Mainboard phải tương thích với nhau, nghĩa là phải cắm loại CPU được mainboard hỗ trợ. ¾ Mỗi CPU có thể hoạt động với những tốc độ xử lý khác nhau. Tốc độ do nhà sản xuất cung cấp là tốc độ hoạt động tối ưu. Thường thì mainboard có chế độ auto tự động nhận dạng, tốc độ hoạt động của CPU. Người sử dụng có thể thiết lập tốc độ của CPU và tốc độ hệ thống nhờ có các cầu chuyển DIP Switch. Các trường hợp đẩy tốc độ CPU lên quá tốc độ hoạt động tối ưu (Overlock CPU) thường được khuyến cáo là không nên vì CPU có thể bị hỏng do sinh nhiều nhiệt. Cần tham khảo tài liệu hướng dẫn mainboard trước khi thực hiện công việc này.
38. Trang 30 4. Tốc độ của CPU ¾ Tốc độ được hiểu như thế nào? Đối với những người đã từng mua và sử dụng máy tính, điều thường quan tâm nhất vẫn là tốc độ làm việc của máy tính. Vậy tốc độ máy tính được hiểu như thế nào? Máy tính bao gồm nhiều thành phần, mỗi thành phần đều có tốc độ khác nhau, khi nói đến tốc độ là nói đến tốc độ thực hiện hay thời gian thực hiện xong một nhiệm vụ. Thời gian thực hiện càng ngắn thì tốc độ càng cao và ngược lại. Trong máy tính, có thể hiểu về tốc độ qua sự liệt kê sau đây: + Số lần thực hiện một lệnh trên một giây: đơn vị là Hz, MHz, GHz. Ví dụ: tốc độ xử lý CPU, tốc độ truyền dữ liệu trên bus. + Số lượng dữ liệu vận chuyển được trên một giây: đơn vị là bps (bit per second: bit trên giây), Kbps, Mbps, MBps. Ví dụ: tốc độ truyền của bus, tốc độ đĩa mềm, đĩa cứng, đĩa CD. + Thời gian chờ đợi tính từ lúc yêu cầu cho đến khi được đáp ứng: đơn vị đo là nanôgiây (ví dụ: tốc độ đọc ghi bộ nhớ RAM) hoặc đo bằng miligiây (ví dụ: tốc độ đọc/ghi ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, ổ CD). + Số lần quay trên một phút: đơn vị tính là rpm (rotal per minuted). Ví dụ: tốc độ quay ổ mềm, đĩa cứng, đĩa CD. ¾ Tốc độ của CPU Đối với CPU, do việc xử lý thông tin trong CPU là hoàn toàn tự động theo những chương trình có sẵn trong bộ nhớ, CPU cần phải biết thời điểm đọc lệnh, đọc lệnh xong thì mới chuyển đến thời điểm CPU tiến hành giải mã lệnh, giải mã lệnh xong thì CPU mới tiến hành việc thực hiện lệnh. Thực hiện xong thì CPU mới tiến hành việc đọc lệnh kế tiếp. Đây là các công đoạn khi CPU thực hiện và không thể lẫn lộn được mà phải được thực hiện một cách tuần tự. Để giải quyết vấn đề này, trong CPU cần phải có một bộ tạo nhịp thời gian làm việc (CPU Clock). Tại nhịp thời gian này, CPU thực hiện việc đọc lệnh, tại nhịp thời gian tiếp theo, CPU thực hiện việc giải mã lệnh Nhịp thời gian càng ngắn, tốc độ CPU thực hiện lệnh càng nhanh. Chẳng hạn với một CPU pentium MMX 233 MHz, điều đó có nghĩa là bộ tạo nhịp của CPU đó tạo ra 233 triệu nhịp làm việc trong 1 giây.
39. Trang 31 Ví dụ: việc phân chia thời gian thực hiện lệnh đối với một CPU (đời cũ) có thể mô tả như sau: Thời gian: t1 t2 t3 t4 t5 t6 CPU thực hiện: F1 D1 E1 F2 D2 E2 Trong đó: F (Fetch): đọc lệnh D (Decode): giải mã lệnh E (Execute) : thực thi lệnh. ti: chu kì làm việc thứ i Với CPU làm việc như vậy chúng ta có thể thấy rằng mỗi lệnh phải thực hiện trong 3 nhịp thời gian. Tại nhịp t2 thì chỉ có bộ phận giải mã là bận rộn còn bộ đọc lệnh thì nhàn rỗi. Trong thời điểm t3 thì cả hai bộ phận đọc lệnh và giải mã đều rỗi. Do đó hiệu năng làm việc của CPU thấp. Một CPU xử lý lệnh theo nhịp thời gian như vậy còn gọi là bộ vi xử lý ở chế độ đơn dòng lệnh và chỉ gặp ở các CPU đời cũ. Để tăng tốc độ làm việc của CPU hay tăng hiệu suất làm việc, các CPU thế hệ thứ 3 đều trang bị chế độ xử lý xen kẽ dòng mã lệnh (pipelining) Không có pipeling: F1 D1 E1 F2 D2 E2 F3 D3 E3 Có pipeling: F1 D1 E1 F2 D2 E2 F3 D3 E3 Ngày nay, các CPU đều được hỗ trợ chế độ xử lý xen kẽ dòng mã lệnh. Một số CPU đời mới có đến 5 đường ống xử lý lệnh. Tốc độ CPU được tính bằng GHz, tương đương với hàng tỉ phép tính trên một giây.
40. Trang 32 IV. Các bộ điều hợp (ADAPTER) 1. Bộ điều hợp dùng để làm gì? Để đơn giản hoá vấn đề, chúng ta xét một thiết bị ngoại vi là bàn phím, khi một phím X được bấm, một tín hiệu điện tương ứng với phím X được gửi đến bộ điều khiển của bàn phím được gắn ngay trên bàn phím. Bộ điều khiển bàn phím sẽ chuyển gói dữ liệu tương ứng của phím được bấm gọi là mã quét (hay vị trí) của phím đó đến bảng mạch chủ. Để chuyển đổi mã quét của phím X này thành mã nhị phân tương ứng với kí tự X, trên main board cần phải có một bộ phận đảm nhận việc chuyển đổi này và chuyển dữ liệu nhị phân tương ứng chuyển đến bus trong hệ thống. Bộ phận này gọi là bộ điều hợp của bàn phím. Chúng ta có thể hiểu một cách đơn giản một bộ điều hợp của một thiết bị ( hay Card điều hợp) trên đó có một bộ xử lý dùng để tạo ra giao diện hay môi trường làm việc của thiết bị và hệ thống. Nó là một tập các mạch điện phần cứng cho phép kết nối với các bus của máy tính và chuyển đổi mỗi bus thành một cổng giao tiếp, hay nói cách khác bộ điều hợp là một cầu nối giữa bus của máy và thiết bị cần kết nối vào máy. Như vậy trên main gồm có: 9 Bộ điều hợp bàn phím và chuột: Keyboard Mouse Adapter 9 Bộ điều hợp màn hình: Display Adapter (hay card màn hình) 9 Bộ điều hợp máy in: Printer Adapter 9 Bộ điều hợp ổ đĩa cứng: Hard disk Adapter 9 Bộ điều hợp ổ đĩa mềm: Floppy disk Adapter v.v 2. Cấu trúc của một bộ điều hợp Bộ Bộ đệm chuyển Port cắm cab dữ đổi tín thiết bị liệu hiệu Khối điều khiển Khối kết nối bus Bus Connector V. Các chip hỗ trợ cpu – chipset Quá trình hoạt động của máy tính là quá trình trao đổi dữ liệu giữa các thành phần phần cứng với nhau. Điều này có nghĩa là lúc này bus của CPU có thể kết