Bao gồm toàn bộ các thiết bị, linh kiện điện tử của máy tính như: các vi mạch IC, cáp nguồn, nguồn điện, màn hình, chuột, bàn phím, bộ nhớ, … Ph ần mềm hệ thống khi được đưa vào bộ nhớ
CÁC THÀNH PHẦ N C Ủ A MÁY TÍNH
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TÍNH
Lịch sử phát triển máy tính có thểchia thành 4 giai đoạn
Máy tính thế hệ 1 sử dụng bóng đèn chân không làm linh kiện chính, tiêu thụ năng lượng rất lớn; kích thước máy rất lớn, khoảng 250 m2, nhưng tốc độ xử lý lại rất chậm Đại diện tiêu biểu cho thế hệ máy tính này là ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer).
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) là máy tính điện tử số đầu tiên được thiết kế bởi Giáo sư John Mauchly và J Presper Eckert tại Đại học Pennsylvania từ năm 1943 và hoàn thành vào năm 1946 Đây là một cỗ máy khổng lồ với hơn 18.000 bóng đèn chân không, khoảng 1.500 rơ-le, nặng hơn 30 tấn, tiêu thụ khoảng 140 kW điện năng và chiếm diện tích gần 1.393 m2.
Bóng bán dẫn (transistor) được dùng làm linh kiện chính cho máy tính, mang ưu điểm nhỏ gọn, nhanh và tiêu thụ ít điện năng Transistor được Bell Labs phát minh vào năm 1947, mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ máy tính Đến cuối thập niên 1950, máy tính thương mại bắt đầu dùng transistor phổ biến trên thị trường, giúp kích thước máy tính được thu nhỏ, giá thành rẻ hơn và tiêu thụ năng lượng ít hơn so với các công nghệ trước đó.
The third generation is defined by the emergence of integrated circuits (ICs) Low-density integrated circuits (SSI: Small Scale Integration) can contain a few dozen components, while medium-scale integration (MSI) chips hold hundreds on a single circuit High-density integration (LSI: Large Scale Integration) is used as the main component, enabling greater functionality within a compact package.
Máy tính thế hệ thứ tư sử dụng mạch tích hợp mật độ rất cao (VLSI – Very Large Scale Integrated Circuit) làm linh kiện chính, mang lại hiệu năng xử lý rất cao và đưa vào thực tế nhiều tính năng tiến tiến Với kiến trúc VLSI, máy tính thế hệ thứ tư hỗ trợ xử lý song song và tích hợp khả năng xử lý âm thanh và hình ảnh, đáp ứng tốt nhu cầu đa phương tiện và các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Máy tính (computer) là một thiết bị điện tử dùng để tính toán, xử lý dữ liệu theo chương trình đã lập trình trước
Máy tính thực hiện các công việc sau:
Xử lý thông tin theo chương trình được nhớ sẵn bên trong bộ nhớ
Chương trình (program) là dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ để yêu cầu máy tính thực hiện công việc cụ thể
Máy tính cá nhân (PC) là loại máy tính phổ biến nhất hiện nay, được thiết kế dành riêng cho từng người dùng Các thành phần của PC thường có thể tháo rời và thay đổi, cho phép nâng cấp linh hoạt theo nhu cầu Đặc biệt, PC dễ dàng gắn thêm các thiết bị ngoại vi như bàn phím, chuột, màn hình và các phụ kiện khác để mở rộng chức năng và hiệu suất làm việc.
Máy tính cá nhân được phân thành hai nhóm chính: máy tính để bàn và máy tính xách tay Máy tính để bàn (Desktop) thường được đặt cố định, có hiệu năng cao và tiêu thụ điện năng lớn, trong khi máy tính xách tay mang tính di động cao và phù hợp cho làm việc mọi nơi Các dạng máy tính xách tay phổ biến gồm Laptop, Notebook, Netbook, Tablet và PDA – Personal Digital Assistant (thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá nhân).
Hình 1.1 Các loại máy tính cá nhân
1.2 Các loại máy tính khác
Là máy tính có kích thước lớn và cấu hình mạnh, thường được sử dụng làm máy trạm trong mạng cục bộ với một hệđiều hành riêng biệt
Máy tính có cấu hình phần cứng mạnh và tốc độ xử lý cao, được dùng cho các công việc đòi hỏi tính toán lớn Những hệ thống này đóng vai trò then chốt trong việc làm máy chủ phục vụ mạng Internet và vận hành các dịch vụ trực tuyến quy mô lớn Bên cạnh đó, chúng còn được ứng dụng cho tính toán phục vụ dự báo thời tiết, nghiên cứu vũ trụ và các lĩnh vực khoa học khác, nơi hiệu suất xử lý và khả năng mở rộng quyết định hiệu quả của các dự án.
Phần cứng (Hardware) là phần cấu thành vật lý của máy tính, mang tính chất khó thay đổi so với phần mềm và có thể nhìn thấy, chạm vào được Nó bao gồm toàn bộ các thiết bị và linh kiện điện tử của máy tính, điển hình như các vi mạch IC, cáp nguồn, nguồn điện, màn hình, chuột, bàn phím, bộ nhớ và các thành phần liên quan khác.
Phần mềm (Software) là tập hợp các chương trình được viết và biên soạn bằng mã lệnh, nhằm điều khiển phần cứng máy tính và cung cấp các ứng dụng cho người dùng Đây là các phần mềm có tính chất dễ thay đổi, cho phép cập nhật, tối ưu hóa và mở rộng chức năng để đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau.
Phần mềm của máy tính có thể chia thành hai loại: Phần mềm hệ thống
(System Software) và phần mềm ứng dụng (Applications software)
Phần mềm hệ thống là tập hợp các chương trình được nạp vào bộ nhớ chính để điều phối máy tính thực hiện các nhiệm vụ Trong đó, hệ điều hành (OS) là thành phần quan trọng nhất đảm nhận vai trò điều khiển mọi hoạt động của máy tính; các trình điều khiển thiết bị (device drivers) giúp hệ điều hành nhận dạng, quản lý và điều khiển hoạt động của các thiết bị ngoại vi; và các chương trình phục vụ hệ thống bao gồm chương trình điều khiển việc khởi động máy tính cũng như các chương trình sơ cấp hướng dẫn hoạt động vào ra cơ bản của máy tính.
Phần mềm ứng dụng là các chương trình ứng dụng cụ thể vào một lĩnh vực
Ví dụ: Phần mềm ứng dụng văn phòng Office của Microsoft, phần mềm nén dữ liệu WinRAR, phần mềm nghe nhạc Windows Media Player…
Phần dẻo (Firmware) là phần cứng chứa chương trình bên trong, chương trình mang tính ổn, thường là khá nhỏ, đểđiều khiển nội quan nhiều thiết bịđiện tử.
CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Sơ đồ khối máy tính
Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc máy tính
Thiết bị nhập (Input Devices) là những thiết bị nhập dữ liệu vào máy tính như bàn phím, chuột, webcam, scaner…
Hình 1.4 Các thiết bị nhập
Thiết bị xử lý (Processing Devies) là thiết bị xử lý dữ liệu, quản lý điều khiển các hoạt động của máy tính thường được gọi là CPU – Central
Hình 1.5 Thiết bị xử lý
3 B ộ nh ớ và thi ế t b ịlưu trữ
Thiết bị lưu trữ và bộ nhớ (Memory and Storage Devices) là các thành phần của máy tính chịu trách nhiệm lưu trữ dữ liệu ở hai dạng chính: dữ liệu tạm thời và dữ liệu cố định Bộ nhớ trong (RAM) đảm bảo lưu trữ dữ liệu tạm thời cho quá trình xử lý và truy cập nhanh của hệ thống, trong khi bộ nhớ ngoài như ổ cứng, ổ SSD và các thiết bị lưu trữ di động đảm bảo lưu trữ dữ liệu lâu dài và có thể giữ thông tin ngay khi ngắt nguồn Sự phối hợp giữa bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài giúp máy tính vận hành hiệu quả với tốc độ xử lý cao và khả năng lưu trữ rộng lớn Việc hiểu rõ vai trò của từng thành phần giúp tối ưu hiệu suất hệ thống và lựa chọn thiết bị lưu trữ phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Bộ nhớ trong bao gồm: bộ nhớ cache và bộ nhớ chính (gồm bộ nhớ chỉ đọc ROM, bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên RAM)
Bộ nhớ ngoài bao gồm ổ cứng, đĩa mềm, đĩa CD, DVD, ổ cứng USB, thẻ nhớ và các thiết bịlưu trữ khác
Hình 1.6 Thiết bị lưu trữ
Thiết bị xuất (Output Devices) là những thiết bị hiển thị và xuất dữ liệu từ máy như màn hình, máy in, loa, máy chiếu (projector)…
THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH
Hình 1.8 Sơ đồ các thành phần linh kiện máy tính
Thùng máy: là nơi để gắn các thành phần của máy tính thành khối như nguồn, Mainboard, Card v.v có tác dụng bảo vệ máy tính
Bộ nguồn: là nơi cung cấp hầu hết hệ thống điện cho các thiết bị bên trong máy tính
Mainboard (Bo mạch chủ) là bảng mạch chính của máy vi tính, có chức năng liên kết tất cả các thành phần của hệ thống lại với nhau để hình thành một bộ máy thống nhất Nhờ mainboard, CPU, RAM, ổ cứng và các card mở rộng có thể tương tác và hoạt động cùng nhau thông qua các khe cắm, bus dữ liệu và nguồn cấp điện do bo mạch chủ cung cấp Việc lựa chọn mainboard phù hợp ảnh hưởng đến khả năng mở rộng, hiệu suất và độ ổn định của hệ thống máy tính.
CPU (Central Processing Unit) là bộ vi xử lý chính của máy tính, đóng vai trò cốt lõi trong mọi hoạt động xử lý dữ liệu Dù là linh kiện nhỏ nhưng CPU là một trong những thành phần quan trọng nhất của máy tính và là linh kiện đắt nhất trong máy tính.
Bộ nhớ trong (ROM và RAM) là nơi lưu trữ dữ liệu và chương trình phục vụ trực tiếp cho quá trình xử lý của CPU Các loại bộ nhớ này giao tiếp với CPU mà không qua bất kỳ thiết bị trung gian nào, từ đó cho phép CPU truy cập nhanh chóng và thực thi lệnh cùng thao tác dữ liệu một cách hiệu quả.
Bộ nhớ ngoài: là nơi lưu trữ dữ liệu và chương trình gián tiếp phục vụ cho CPU, bao gồm các loại: đĩa mềm, đĩa cứng, CDROM, v.v Khi giao tiếp với CPU nó phải qua một thiết bịtrung gian (thường là RAM)
Màn hình (Monitor): Là thiết bị đưa thông tin ra giao diện trực tiếp với người dùng Ðây là thiết bị xuất chuẩn của máy vi tính
Bàn phím (Keyboard): Thiết bị nhập tin vào giao diện trực tiếp với người dùng Ðây là thiết bị nhập chuẩn của máy vi tính
Chuột (Mouse): Thiết bịđiều khiển trỏ giao diện trực tiếp với người sử dụng
Máy in (Printer): Thiết bị xuất thông tin ra giấy thông dụng nhất
Các thiết bị nhƣ Card mạng, Modem, máy Fax, phục vụ cho việc lắp đặt mạng máy tính và các chức năng khác.
Thùng máy (Case) dùng để gắn kết và bảo vệ các thành phần linh kiện phần cứng giúp các thiết bị hoạt động tốt và an toàn cũng như tạo vẻ mỹ quan cho hệ thống Thùng máy có thểcoi như là phần khung của một máy tính
Trong thùng máy, các thành phần của máy tính được lắp đặt và liên kết với nhau để hình thành một khối máy hoàn chỉnh, thường được gọi là hệ thống máy tính với CPU (bộ xử lý trung tâm) đảm bảo hiệu năng và hoạt động ổn định.
1.2 Các chuẩn phổ biến của thùng máy tính
Có 2 loại thùng máy thông dụng hiện nay: Thùng máy kiểu nằm (Desktop
Case) và thùng máy kiểu đứng (Tower Case) Thùng máy được thiết kế dựa trên cấu trúc của bo mạch chủ, như chuẩn AT (Advance Technology), ATX (Advance
Technology Extended) và BTX (Balanced Technology Extended)
1.3 Cấu trúc cơ bản và thông số kỹ thuật chuẩn case ATX
Do hiện nay nhiều chuẩn thiết kế không còn được sử dụng hoặc ít được áp dụng, phần này tập trung vào chuẩn ATX 2.x đang được sử dụng rộng rãi Chuẩn ATX 2.x xác định các yếu tố thiết kế quan trọng cho nguồn máy tính và bo mạch chủ, như các đầu nối, công suất cung cấp và tính tương thích với linh kiện, nhằm đảm bảo hiệu suất ổn định và an toàn cho hệ thống hiện đại Việc tập trung vào ATX 2.x giúp người đọc nắm bắt cách lựa chọn nguồn phù hợp, tối ưu hóa thiết kế nguồn và đảm bảo đáp ứng được nhu cầu năng lượng của các thành phần ngày nay Các yếu tố chủ chốt gồm mức điện áp, chuẩn đầu nối và yêu cầu tương thích với các bo mạch chủ phổ biến, từ đó hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất và đơn giản hóa quá trình thiết kế và lắp ráp hệ thống.
Hình 1.10 Cấu trúc bên trong của thùng máy
Cấu tạo đơn giản của 1 thùng máy theo chuẩn ATX chia làm 4 phần:
Khu vực lắp nguồn: tất cả các bộ nguồn khi được thiết kế cũng phải tuân thủ các tiêu chuẩn vềkích thước của ATX
Các khe 5.25” là khe tiêu chuẩn dành cho lắp đặt các thiết bị có kích thước 5.25” phổ thông như ổ CD, DVD Nếu các khe này không được lắp thiết bị, thì nhiều loại vỏ máy cao cấp thường được thiết kế để lắp đặt các hệ thống quạt làm mát cho thùng máy, nhằm cải thiện luồng khí và tản nhiệt cho các linh kiện bên trong Tùy theo kích thước và thiết kế của vỏ case, thông thường sẽ có ít nhất một khe 5.25” để mở rộng khả năng lắp đặt và quản lý nhiệt cho hệ thống máy tính.
Khe cắm 3.5 inch là khe tiêu chuẩn dành cho các thiết bị cỡ 3.5 inch phổ biến như HDD và FDD Thông thường, một vỏ máy có từ 2 đến 6 khe cắm 3.5 inch Các khe cắm này ở một số loại vỏ máy có thể chuyển đổi sang khe 5.25 inch để tối ưu hóa khả năng mở rộng hệ thống.
Khu lắp đặt cho mainboard là phần lắp đặt chính trong hệ thống máy tính Tùy theo thiết kế của thùng vỏ máy, khu vực này sẽ sử dụng ốc vít hoặc các bộ gá đặc biệt để cố định mainboard vào thùng máy Khu vực này yêu cầu các điểm gá và vị trí bắt vít được chế tạo chuẩn xác tuyệt đối, nếu không sẽ gặp khó khăn trong quá trình lắp đặt mainboard.
Hình 1.11 Các dây tính hiệu
Công tắc nguồn (Power switch) trên case máy tính có hai cách kết nối khác nhau: với case AT, công tắc được kết nối trực tiếp với nguồn nuôi; với case ATX, công tắc được nối thông qua mainboard và thường được ký hiệu là PWR.
Nút khởi động lại (Reset switch): Nút này được kết nối trên main thuờng ký hiệu RST nhằm tái khởi động khi cần
Đèn nguồn màu xanh (Power Led): Được kết nối vào mainboard dùng để báo hiệu nguồn đã được cung cấp cho máy hoạt động
Đèn đọc đĩa màu đỏ (HDD/IDE Led): Được kết nối với main và đèn chỉ đỏ khi đĩa cứng có thao tác dữ liệu
Ngoài ra còn có một số dây kết nối như: o F_USB: Kết nối cổng USB phía trước o F_Audio: Kết nối lỗ cắm loa phía trước
1.5 Một số sự cố và khắc phục
Sự cố Chuẩn đoán Khắc phục Ấn nút Power hoặc Reset thì máy khởi động lại liên tục
Kiểm tra các nút Power và Reset các nút này có bị dính vào thùng máy hay không
Sửa chữa hoặc thay thế
Nút Power và Reset không có tác dụng
Các dây kết nối tín hiệu bị hư, chưa kết nối hoặc kết nối sai
Kiểm tra dây và vị trí kết nối
Front USB & Audio Port Các dây kết nối tín hiệu bị Kiểm tra dây kết nối và
11 không có tác dụng hư, chưa kết nối hoặc kết nối sai
Headphone bị lỗi thiết bị kết nối
Nguồn máy tính (PSU – Power Supply) là thành phần cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống, từ mainboard đến ổ cứng, ổ đĩa và quạt làm mát Vì thế, PSU đóng vai trò rất quan trọng để duy trì sự ổn định và hiệu suất của máy tính Tuy nhiên nhiều người dùng vẫn ít chú ý đến nguồn, khiến việc chọn đúng công suất, lắp đặt phù hợp và bảo dưỡng định kỳ bị bỏ qua, dễ gây quá tải, giảm hiệu suất hoặc gặp sự cố cho cả hệ thống khi hoạt động ở công suất tối đa Lựa chọn PSU có công suất vừa đủ, hiệu suất cao và chất lượng linh kiện sẽ giúp tối ưu hiệu năng và kéo dài tuổi thọ cho toàn bộ máy tính.
Chức năng chính của nguồn máy tính là chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều (AC) sang dòng điện một chiều (DC) phù hợp với các thành phần bên trong hệ thống Nói một cách cụ thể, nguồn sẽ biến đổi điện áp đầu vào xoay chiều 110V hoặc 220V thành các điện áp một chiều +3,3V, +5V, +12V và cả các điện áp âm -5V, -12V ở đầu ra, cung cấp nguồn năng lượng cho toàn bộ các linh kiện và bảng mạch của máy tính.
2.2 Các chuẩn của nguồn máy tính
Có vài kiểu nguồn khác nhau phụ thuộc vào từng loại kiểu máy vi tính Chúng khác nhau vềkích thước, kiểu cắm, điện áp ra Thường có 2 loại nguồn
Nguồn ATX (Advanced Technology eXtended) là chuẩn nguồn phổ biến trên các máy tính sử dụng vi xử lý từ dòng Pentium III trở đi Chuẩn này bổ sung tính năng quản lý nguồn nâng cao thông qua ACPI (Advanced Configuration and Power Interface), cho phép hệ điều hành kiểm soát và tối ưu hóa tiêu thụ điện năng, quản lý các trạng thái hoạt động và nghỉ, đồng thời đảm bảo an toàn khi tắt nguồn và khởi động máy.
Advanced Configuration and Power Interface) cho phép tắt/mở máy bằng chương trình phần mềm
Một số loại bộ nguồn ATX:
ATX: jack chính 20 chân (dùng cho Pentium III hoặc Athlon XP)
ATX12V: jack chính 20 chân, dây phụ 4 chân (Pentium 4/ Athlon 64)
ATX12V 2.X: dây chính 24 chân, dây phụ 4 chân (Pentium 4 Socket 775 và các hệ thống Athlon 64, PCI-Express)
Nguồn BTX (Balanced Technology eXtended) là một chuẩn nguồn máy tính được thiết kế với các thành phần bên trong hoàn toàn khác so với chuẩn ATX, nhằm tối ưu cho các công nghệ mới và nhu cầu hiệu suất ngày càng cao.
2.3 Các thành phần của bộ nguồn
Quạt tản nhiệt: mục đích chính dùng để hút hơi nóng trong máy và của bộ nguồn ra ngoài Sử dụng loại quạt 8cm, 12cm
Mạch biến đổi điện áp: chuyển đổi điện áp xoay chiều thành các mức điện áp một chiều khác nhau cung cấp cho các thiết bị bên trong máy: -12v, -5v, 0v, +3,3v, +5v, +12v…