Bài giảng Cấu trúc máy tính Chương 5: Các thiết bị ngoại vi

CÂU TRUC MAY TINHCHƯƠNG 5: CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI... Các thiết bị lưu trữ dữ liệu... Chu t bi ti p ộ ếBản mạch của thiết bị chuột Bộ cảm biến Bánh răng... Máy in ma tr n đi m: Dot Matrix

CÂU TRUC MAY TINH

CHƯƠNG 5: CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

Nôi dung cua chương 5

5.1 Các thiết bị nhập, xuất dữ liệu

5.2 Các thiết bị lưu trữ dữ liệu

5.1 Các thi t b nh p, xu t d li u ế ị ậ ấ ữ ệ

 Các thi t b nh pế ị ậ

1 Bàn phím

 Bàn phím là thi t b nh p thông tin vào cho máy tính x lý, thông tin t bàn ế ị ậ ử ừphím là các ký t , s và các l nh đi u khi n.ự ố ệ ề ể

 Bàn phím là thi t b chính giúp ngế ị ườ ử ụi s d ng giao ti p và đi u khi n h ế ề ể ệ

th ng, chố ương trình đi u khi n bàn phím n m trong BIOS (trên Mainboard).ề ể ằ

1 Bàn phím (ti p) ế

1 Bàn phím (ti p) ế

2 Chu t ộ

 Chu t là thi t b xác đ nh và nh p thao tác t i máy ộ ế ị ị ậ ớtính:

 Thi t b có th đế ị ể ượ ịc d ch chuy n b ng tay và ể ằ

t o ra s d ch chuy n tạ ự ị ể ươ ứng ng c a con tr ủ ỏtrên màn hình

 Khi con tr đỏ ượ ịc d ch chuy n t i v trí/bi u ể ớ ị ể

tượng mong mu n, b ng vi c ố ằ ệ b m nút ấ trên con chu t, nh ng thông tin v v trí s độ ữ ề ị ẽ ược nh p ậvào, các thao tác tươ ứng ng v i bi u tớ ể ượng t i ạ

v trí đó s đị ẽ ược th c hi n.ự ệ

 Chu t không nh p d li u tr c ti p nh bàn phímộ ậ ữ ệ ự ế ư

 Chu t h tr các thao tác trong giao di n đ h aộ ỗ ợ ệ ồ ọ

 Chương trình đi u khi n chu t n m trong h đi u ề ể ộ ằ ệ ềhành

Chu t bi (ti p) ộ ế

Bản mạch của thiết bị chuột

Bộ cảm biến

Bánh răng

Chu t bi (ti p) ộ ế

 Viên bi tỳ vào hai tr c b ng nh a, khi di chu t thì viên bi quay làm cho hai ụ ằ ự ộ

tr c xoay, bánh răng xoay theo.ụ

 Bánh răng l ng trong b c m bi n, diode phát quang phát ra ánh sáng h ng ồ ộ ả ế ồngo i chi u qua bánh răng nh a đ c l , chi u vào đèn thu quang, khi bánh ạ ế ự ụ ỗ ếrăng xoay thì ánh sáng chi u vào đèn thu quang b ng t quãng.ế ị ắ

 Đèn thu quang nh n đậ ược các xung ánh sáng T c đ xung liên h tr c ti p ố ộ ệ ự ế

v i t c đ di chuy n và kho ng cách di chuy n c a chu t.ớ ố ộ ể ả ể ủ ộ

 Chip x lý trên b n m ch c a chu t đ c nh ng xung ánh sáng t c m bi n ử ả ạ ủ ộ ọ ữ ừ ả ế

h ng ngo i và đ i nó thành d li u nh phân mà máy tính có th hi u Chip ồ ạ ổ ữ ệ ị ể ể

g i d li u nh phân đ n máy tính thông qua dây c a chu t.ử ữ ệ ị ế ủ ộ

Chu t quang ộ

 Chu t quang xác đ nh s thay đ i v trí c a chu t nh vào vi c ch p nh b ộ ị ự ổ ị ủ ộ ờ ệ ụ ả ề

m t (t m di chu t) và đ i sánh s thay đ i trong các nh.ặ ấ ộ ố ự ổ ả

Chu t quang (ti p) ộ ế

 Diode phát quang phát ra ánh sáng đ chi u lên b m t c a t m ỏ ế ề ặ ủ ấ

3 Thi t b đ c mã v ch ế ị ọ ạ

 Đ c và nh p mã v ch đ ọ ậ ạ ượ c in trên s n ph m nh tia laser ( quét ả ẩ ờ qua ho c ti p xúc v i mã v ch) ặ ế ớ ạ

tr đữ ược nhi u thông tin và ề

x lý đử ược thông tin

5.1 Các thi t b nh p, xu t d li u ế ị ậ ấ ữ ệ

 Thi t b xu t (Out): Chuy n đ i d li u máy tính x lý ế ị ấ ể ổ ữ ệ ử

đ ượ c sang d ng d li u con ng ạ ữ ệ ườ ể ượ i hi u đ c.

 D li u hi n th (b n m m): bi u di n trên màn hình ữ ệ ể ị ả ề ể ễ thi t b ế ị

 D li u in n (b n c ng): bi u di n trên gi y ữ ệ ấ ả ứ ể ễ ấ

Thi t b xu t d li u ế ị ấ ữ ệ

 Máy in ma tr n đi m: Dot Matrix ậ ể

 Máy in phun Laser: Laser Jet

 Máy in phun màu: InkJet

Máy in ma tr n đi m: Dot Matrix ậ ể

 LoaKiKmayKinKgo,KtaKoKnênKcacKvănKbaKnKvaKđôKKhinhKbăKngKcachKgoKcacK dâKuKkimKlênKbăngKmK KcKtheoKmôKtKhinhKmâKuK(maKtrâKn)KgôKmKnhiêKuK điêKm.

 NhiêKuKloaKiKmayKinKkimKhiêKnKnayKdùngKđuKinKlaKmtKmaKtrnKcacKkimK ầộậ

in g m 9,18 ho c 24 kim ồ ặ

Dot Matrix

 S đ u kim:24 kimố ầ

Kh gi y:A4ổ ấ

 T c đ in:333 ký t /giâyố ộ ự

 S liên:1 original + 4 copyố

 Giao ti p:c ng USB 2.0, Parallel, c ng ế ổ ổ

Máy in phun Laser: Laser Jet

– Tín hi u đi u khi n motor l ch tia, đ ệ ề ể ệ ượ ử ế ừ ạ c g i đ n t m ch đi u khi n ề ể

– Đi n áp đi u khi n c ệ ề ể ườ ng đ phát x laser, đ ộ ạ ượ ử ế ừ ố c g i đ n t kh i data.

 Đ u ra : Là các tia laser đầ ượ ả ềc tr i đ u trên su t chi u dài c a ố ề ủ

tr ng (drum), v i m c đích làm suy gi m ho c tri t tiêu tĩnh ố ớ ụ ả ặ ệ

đi n trên m t tr ng trong quá trình t o b n in ệ ặ ố ạ ả

Kh i quang ố

 T o ra l c kéo đ kéo gi y ra kh i máy in sau khi đã s y_ép.ạ ự ể ấ ỏ ấ

 Kh i cố ơ:Bao g m t p h p các bánh răng, tr c lăn_ép th c hi n các ồ ậ ợ ụ ự ệ

nhi m v sau :ệ ụ

 N p gi y ạ ấ

 Kéo gi y di chuy n đúng đấ ể ường đi theo thi t k , đ m b o cho ế ế ả ả

gi y đấ ượ ếc ti p xúc v i tr ng.ớ ố

 Đ y gi y (đã hoàn thành b n in) ra kh i máy.ẩ ấ ả ỏ

 Kh i đi u khi nố ề ể : Đi u hành toàn b m i ho t đ ng c a máy.ề ộ ọ ạ ộ ủ

Kh i đi u khi n ố ề ể

Máy in phun màu: InkJet

 Inkjet printer phun m t lộ ượng m c r t nh và chính xác (thông thự ấ ỏ ường là vài pico-lít) lên môi trường (gi y).ấ

C u t o ấ ạ

C u t o ấ ạ

 B khung (frame)ộ : khung c ng đổ ứ ược ch t o b ng nhôm đúc áp l c ế ạ ằ ở ựcao

 Đĩa t (disk)ừ : đĩa t thừ ường làm b ng nhôm, thu tinh ho c g m đằ ỷ ặ ố ược ph ủ

v t li u t và l p b o v c hai m t M t c ng g m nhi u đĩa t đậ ệ ừ ớ ả ệ ở ả ặ ộ ổ ứ ồ ề ừ ược

x p ch ng và cùng g n c đ nh trên m t tr c mô t quay.ế ồ ắ ố ị ộ ụ ơ

 Đ u đ c/ghi (header)ầ ọ : m i m t đĩa dùng riêng m t đ u đ c/ghi nên đĩa ỗ ặ ộ ầ ọ ổ

c ng có 2 đĩa ph i có 4 đ u t ứ ả ầ ừ

 Mô t d ch chuy n đ u t (stepping motor)ơ ị ể ầ ừ : không gi ng nh mô t c a ố ư ơ ủđĩa m m d ch chuy n đ u t theo t ng bề ị ể ầ ừ ừ ướ ổ ức, c ng “l c” các đ u t c a ắ ầ ừ ủmình qua l i theo m t cung tròn đ d ch chuy n t mép đ n tâm đĩa V trí ạ ộ ể ị ể ừ ế ị

đ u t đầ ừ ượ ểc ki m tra hi u ch nh đ tránh sai l ch v trí đ c/ghi d li u.ệ ỉ ể ệ ị ọ ữ ệ

C u t o ấ ạ

 Mô tơ trục quay (spindle motor): làm các đĩa quay với tốc độ nhanh

và không đổi trong phiên làm việc của máy tính

 Các mạch điển tử của ổ cứng (electronic circuit): Các mạch này có chức năng: truyền tải tín hiệu điều khiển và dữ liệu, điều khiển sự dịch chuyển của đầu từ, thực hiện các thao tác đọc/ghi, ổn định tốc độ quay

Nguyên lý ho t đ ng logic c a đĩa c ng ạ ộ ủ ứ

T ch c logic đĩa c ng (quá trình đ nh d ng) ổ ứ ứ ị ạ

Hình 7-12 Một ổ đĩa cứng được chia thành một hoặc nhiều phân vùng, các phân vùng chứa ổ logic

Nguyên t c l u tr v t lý trên đĩa c ng ắ ư ữ ậ ứ

 Trên bề mặt đĩa người ta phủ một lớp mỏng chất có từ tính, ban đầu các hạt từ tính không có hướng, khi chúng bị ảnh hưởng bởi từ trường của đầu từ lướt qua, các hạt có từ tính được sắp xếp thành các hạt có hướng

 Đầu từ ghi - đọc được cấu tạo bởi một lõi thép nhỏ hình chữ U, một cuộn dây quấn trên lõi thép để đưa dòng điện vào (khi ghi) hay lấy ra (khi đọc), khe hở gọi là khe từ- lướt trên bề mặt đĩa với khoảng cách rất gần

 Trong quá trình ghi, tín hiệu điện ở dạng tín hiệu số 0,1 được đưa vào

đầu từ ghi lên bề mặt đĩa thành các nam châm rất nhỏ

 Trong quá trình đọc, đầu từ đọc lướt qua bề mặt đĩa dọc theo các

đường Track đã được ghi tín hiệu, tại điểm giao nhau của các nam

châm có từ trường biến đổi và cảm ứng lên cuộn dây tạo thành một

xung điện, xung điện này rất yếu được đưa vào khuếch đại để lấy ra tín hiệu 0,1 ban đầu

C u t o đ u t ấ ạ ầ ừ

Đ u t và b khu ch đ i tín hi u ầ ừ ộ ế ạ ệ

Các chu n giao di n c ng ẩ ệ ổ ứ

 Chu n giao ti p ST506ẩ ế

 Là giao ti p lo i tu n t , t c đ th pế ạ ầ ự ố ộ ấ

 Chu n ESDI (Enhanced Small Device Interface)ẩ

 Là th h sau c a ST506 và có t c đ cao h n.(24Mbit/sec).ế ệ ủ ố ộ ơ

 Chu n giao ti p IDE (Intelligent Drive Electronics)ẩ ế

 Còn đượ ọc g i là ATA1,ATA2 ( AT Attachment), s d ng cáp ngu n 4 ử ụ ồ

chân và cáp d li u 40 chân.ữ ệ

 Chu n E-IDE (Enhanced IDE) là chu n nâng cao c a IDE g m:ẩ ẩ ủ ồ

Các chu n giao di n c ng ẩ ệ ổ ứ

Chu n (có th có nhi u h n 1 tên) ẩ ể ề ơ T c đ ố ộ Miêu t ả

IDE (ATA/ATA1) T c đ trong t 2.1 MB/giây đ n 8.3 MB/giây ố ộ ừ ế Là chu n đ u tiên cho c ng IDE Đ l n t i đa là 528 MB H ẩ ầ ổ ứ ộ ớ ố ỗ

tr ch đ truy n PIO và DMA ợ ế ộ ề ATA-2/ Fast ATA T c đ t i đa 16.6 MB/giây ố ộ ố Phá v ng ỡ ưỡ ng 528 MB Cho phép t i đa b n đĩa IDE H tr ố ố ổ ỗ ợ

ch đ truy n PIO và DMA ế ộ ề Ultra ATA

Fast ATA-2

Ultra DMA DMA/33

T c đ t i đa 33.3 MB/giây ố ộ ố Đ nh nghĩa ch đ DMA m i nh ng ch h tr ch đ PIO ch m ị ế ộ ớ ư ỉ ỗ ợ ế ộ ậ

h n ơ

Ultra ATA/66

Ultra DMA/66

T c đ t i đa 66.6 MB/giây ố ộ ố S d ng cáp 80 dây, cung c p các đ ử ụ ấ ườ ng n n b sung đ ề ổ ể

nâng cao tính toàn v n c a tín hi u ẹ ủ ệ Ultra ATA/100 T c đ t i đa 100 MB/giây ố ộ ố S d ng cáp 80 dây ử ụ

Ultra ATA/133 T c đ t i đa 133 MB/giây ố ộ ố S d ng cáp 80 dây, h tr các c ng l n h n 137GB ử ụ ỗ ợ ổ ứ ớ ơ

ATA/ATAPI-6 T c đ t i đa 133 MB/giây ố ộ ố M t ph n c a chu n ATA/133, h tr các c ng l n h n 137 ộ ầ ủ ẩ ỗ ợ ổ ứ ớ ơ

GB

 Chế độ PIO (Programme Input/Output) cho phép ổ đĩa và bộ điều khiển IDE sử dụng thanh ghi bộ xử

lý để trao đổi dữ liệu ở nhiều mức tốc độ khác nhau

 Chế độ DMA (Direct Memory Access) cho phép đĩa cứng trao đổi dữ liệu trực tiếp với bộ nhớ hệ

thống

Chu n c m IDE ẩ ắ

Chu n giao ti p IDE ẩ ế

Hình 7-1 Một hệ thống ổ đĩa cứng của máy tính cá nhân (PC – Personal Computer)

Đầu nối IDE trên bo mạch chủ

IDE: Integrated Drive Electronics

Dây dẫn điện

Cáp dữ liệu IDE 40 chân

Đầu nối cho ổ đĩa thứ hai

Ổ cứng

Các chu n giao di n c ng ẩ ệ ổ ứ

 SATA (SERIAL ATA)

 Vào năm 1999, m t s công ty g m: APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, ộ ố ồ

Quantum và Seagate Technologies quy t đ nh h p tác thi t k chu n giao ti p ế ị ợ ế ế ẩ ế

Serial Advanced Technology Attachment (Serial ATA) cho c ng và thi t b ATA ổ ứ ế ị

Packet Interface (ATAPI)

 Serial ATA dùng đi n áp th p, đ u chân c m nh g n và ít dây h nệ ấ ầ ắ ỏ ọ ơ

Cáp và đĩa SATA ổ

Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ của ổ đĩa cứng

 Rotation Speed (T c đ quay): Đĩa quay càng nhanh thì t c đ truy n càng cao nh ng đĩa ố ộ ố ộ ề ư

n và nóng h n

 Sector per track (S Sector trong m t Track): Các đĩa hi n đ i s d ng các c Track khác ố ộ ệ ạ ử ụ ỡ nhau Ph n ngoài rìa c a đĩa có nhi u ch tr ng cho các Sector h n là ph n trong ầ ủ ề ỗ ố ơ ầ

 Seek time (Th i gian tìm ki m): Th i gian tìm nhanh nh t xu t hi n khi đ u t chuy n tr c ờ ế ờ ấ ấ ệ ầ ừ ể ự

ti p t m t track sang track k ti p ế ừ ộ ế ế

 Head switch time (Thời gian chuyển đầu từ): Đo bằng thời gian trung bình ổ đĩa

phải bỏ ra để chuyển giữa 2 trong số các đầu từ khi đọc hay ghi dữ liệu

 Cylinder switch time (Thời gian chuyển từ trụ): là thời gian tiêu tốn trung bình để

chuyển đầu từ từ một track sang một track tiếp theo khi đọc hay ghi dữ liệu

 Rotation latency (Góc quay tr ): sau khi đ u t đ ễ ầ ừ ượ ặ c đ t trên track xác đ nh, nó ph i đ i cho ị ả ợ

đ n đúng Sector đ ế ượ c yêu c u Th i gian đ i đó đ ầ ờ ợ ượ ọ c g i là góc quay tr và đ ễ ượ c đo b ng ằ ms

Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ của ổ đĩa cứng

 Data access time (Th i gian truy c p d li u): Là t ng th i gian tìm, th i gian ờ ậ ữ ệ ổ ờ ờchuy n đ u t , và góc quay tr Th i gian truy c p d li u để ầ ừ ễ ờ ậ ữ ệ ược đo b ng ằms

 B nh đ m (Cache) trên t ng đĩa: B nh đ m Cache thộ ớ ệ ừ ộ ớ ệ ường được dùng

đ ghi và đ c d li u.ể ọ ữ ệ

 Transfer rate (T c đ truy n): D li u đố ộ ề ữ ệ ược ghi v t lý lên đĩa c ng b ng m t ậ ứ ằ ộ

s phố ương pháp khác nhau

 Interleaving (h s đan xen c a đĩa c ng): khi đánh s th t cho các ệ ố ủ ứ ố ứ ự

sector,các nhà s n xu t không đánh s m t cách liên t c mà s đan xen vào ả ấ ố ộ ụ ẽ

gi a 2 sector liên ti p nhau m t s sector, sau đó m i ti p t c đánh s cho ữ ế ộ ố ớ ế ụ ốsector ti p theo.ế

Set jumper

RAID_Redundant Array of Independent Disks

 Công ngh cho phép tăng hi u năng và kh năng ch u l i c a h ệ ệ ả ị ỗ ủ ệ

th ng b ng cách s d ng nhi u đĩa c ng đ sao l u và khôi ố ằ ử ụ ề ứ ể ư

ph c d li u khi có s c ụ ữ ệ ự ố

 Tăng hi u năng: X t lát" đĩa (disk stripping) - phân tán nhi u ệ ắ ề bytes ho c nhi u nhóm bytes trên nhi u đĩa c ng, do v y có ặ ề ề ứ ậ nhi u đĩa c ng cùng th c hi n thao tác đ c (reading) và ghi ề ứ ự ệ ọ (writing) đ ng th i ồ ờ

 Tăng kh năng ch u l i: T o đĩa nh (disk mirroring) ho c tái ả ị ỗ ạ ả ặ

t o d li u theo ph ạ ữ ệ ươ ng th c ki m tra ch n l (parity ứ ể ẵ ẻ

checking).

RAID_Redundant Array of Independent Disks

 Công ngh RAID s d ng m t b đi u khi n đĩa đ c bi t có h tr ch c ệ ử ụ ộ ộ ề ể ặ ệ ỗ ợ ứnăng RAID Khi m t đĩa b h , ta có th thay nó b ng m t đĩa m i và B ộ ổ ị ư ể ằ ộ ổ ớ ộ

đi u khi n RAID (RAID controller) s t đ ng tái xây d ng d li u đã m t ề ể ẽ ự ộ ự ữ ệ ấcho đĩa m i.ổ ớ

 Công ngh RAID ban đ u đệ ầ ược thi t k chuyên dùng cho server (máy ch ) ế ế ủ

và các h th ng l u tr chuyên bi t (Stand-alone disk storage system)ệ ố ư ữ ệ

 Ngày nay, t t c các máy tính đ bàn (desktop PC) có th chuy n thành h ấ ả ể ể ể ệ

th ng RAID b ng cách g n thêm m t RAID Controller Card (Card Đi u khi n ố ằ ắ ộ ề ể

RAID) và m t s lộ ố ượng thích h p các đĩa c ng IDE ho c SCSIợ ổ ứ ặ

RAID 0

 RAID m c 0 hay còn g i là RAID0:ứ ọ

 D li u đữ ệ ược phân tán ra nhi u đĩa (ít nh t là 2 đĩa) nên không h tr ề ấ ỗ ợ

kh năng ch u l i vì không có đĩa d phòngả ị ỗ ự

RAID 1

 RAID m c 1 hay còn g i là RAID1:phứ ọ ương pháp t o đĩa nh (mirroring)ạ ả

 S d ng m t đĩa c ng m i làm đĩa d phòng cho đĩa chính, sao l u ử ụ ộ ứ ớ ự ưtoàn b n i dung c a đĩa chính.ộ ộ ủ

RAID 3