Tìm hiểu cấu trúc của máy tính

Với nhiệm vụ trên, nội dung của bài viết sẽ đợc chia làm 6 phần :  Cấu hình chung của máy tính  Bộ vi xử lý trung tâm CPU  Bo mạch chính và các thành phần kết nối trên bo mạch chính

Lời mở đầu

Ngày nay, ở mỗi quốc gia, ngành công nghệ thông tin đang đóng một vai trò rất quan trọng trong việc phát triển và hoà nhập với thế giới Sự phát triển của công nghệ thông tin không những đánh giá đợc sự phát triển mà một phần nào đó đánh giá đợc dân trí của mỗi nớc Do vậy, các quốc gia đã và

đang đặt sự phát triển của công nghệ thông tin lên hàng đầu trong chiến lợc phát triển của mình Một trong những thành quả to lớn và quan trọng nhất của công nghệ thông tin thế giới là chiếc máy vi tính

Từ những chiếc máy tính đồ sộ xử lý thông tin bằng các bóng bán dẫn,

đến nay, máy tính đã “nằm trong lòng bàn tay” Chính vì lý do đó, máy tính

đang thâm nhập một cách sâu rộng vào đời sống con ngời và phục vụ mọi tiện ích của con ngời một cách hiệu quả Từ việc cung cấp xử lý thông tin cho con ngời cho đến nay máy tính đã giúp con ngời quản lý cả thế giới Máy tính có thể coi là một trong những thành quả vĩ đại nhất của nhân loại thế kỷ XX

Bài viết dới đây sẽ trình bày chi tiết về tổ chức của một máy tính cá nhân cụ thể, nghiên cứu và trình bày rõ về cả phần cứng( hard ware) lẫn phần mềm (soft ware) của một PC, giúp các bạn đọc có thể hiểu rõ hơn về cấu hình

tổ chức máy tính cá nhân và tốt hơn trong việc bảo dỡng và nâng cấp chiếc

PC của mình

Với nhiệm vụ trên, nội dung của bài viết sẽ đợc chia làm 6 phần :

 Cấu hình chung của máy tính

 Bộ vi xử lý trung tâm ( CPU)

 Bo mạch chính và các thành phần kết nối trên bo mạch chính

 Các ổ đĩa

 Các thiết bị ngoại vi cơ bản

 Hộp vỏ máy và bộ nguồn

Cấu hình chung của máy tính

- Màn hình hiển thị

- Chuột, Bàn phím

- Case( vỏ máy )

+ Mainboard, bộ vi xử lý trung tâm ( cpu ), bộ nhớ (ram), card màn hình, card âm thanh.

+ ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, ổ đĩa cd-rom,

- loa

Bộ vi xử lý trung tâm (Central processing Unit)

I Giới thiệu chung

CPU đợc coi là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống máy tính

CPU xử lý những điều hoạt , chẳng hạn nh : các tính toán, lu trữ thông tin và truy vấn Sự tiến bộ về công nghệ máy tính luôn luôn dựa vào sự phát triển của CPU; từ 386,486 trong thời gian đầu cho tới Pentium Cyrix 6x86, AMD K5/K6, PentiumIII, Celeron rồi đến Pentium IV mới nhất hiện nay v v Cho tới nay, chúng ta dựa vào tốc độ của CPU để phân loại máy tính Điều này là lý do CPU đợc coi là linh hồn của máy tính, rõ ràng nó là một thành phần quan trọng trong máy tính

II Đặc điểm chung và hoạt động.

1 Đặc điểm chung :

CPU có tốc độ tính toán cực nhanh, đơn vị đo là MHz ( Thể hiện xung nhịp trong khoảng thời gian 1/1triệu minigiây)

2 Sơ đồ và nguyên tắc hoạt động :

+ Sơ đồ hoạt động :

CU : Khối đơn vị điều khiển

ALU : Khối xử lý số học và logic ( Arithmetic and Logic Unit)

R : Tập các thanh ghi ( Register)

+ Nguyên tắc hoạt động cơ bản :

CPU hoạt động theo chơng trình nằm trong bộ nhớ chính, nó nhận các lệnh từ bộ nhớ chính, giải mã lệnh và phát ra các tín hiệu điều khiển thực thi lệnh, trong quá trình đó CPU có thể trao đổi dữ liệu với bộ nhớ chính hay hệ thống vào ra

Cụ thể theo sơ đồ hoạt động ở trên ta thấy rằng :

(1) : Chơng trình trên đĩa cứng sẽ đợc nạp vào bộ nhớ RAM ( đây là quá trình tải chơng trình bộ nhớ : Loading) Quá trình Loading nhanh hay chậm phụ thuộc vào cấu hình hiện tại của máy tính ( tốc độ xử lý của CPU, dung l -ợng RAM, chủng loại Card đồ hoạ màn hình, dung l-ợng còn trống trên đĩa cứng

(2) : Sau khi các chơng trình đợc nạp vào bộ nhớ, khối điều khiển CU sẽ lấy lần lợt các lệnh từ bộ nhớ RAM và thực hiện giải mã để rút ra dữ liệu cần

xử lý và gửi đến ALU

(3) : Nhận lệnh từ khối đơn vị điều khiển CU, ALU thi hành lệnh ( gồm các phép toán số học và logic với các dữ liệu) Quá trình này đợc sự hỗ trợ của các thanh ghi (R) Thanh ghi là một dạng bộ nhớ cực nhanh nằm trong nhân CPU Dữ liệu trong các thanh ghi đợc giải mã sang dạng mã máy

(4) : CU lấy kết quả làm việc từ ALU

(5) : CU đặt trở lại RAM kết quả trên

Qua các thiết bị giao tiếp I/O kết quả từ bộ nhớ RAM đợc phản ánh ra Monitor ở đây bộ nhớ RAM đóng vai trò quan trọng trong việc lu trữ dữ liệu trong quá trình xử lý của cácc ứng dụng máy tính

(5)

(4) Loading (1)

(2)

(3) Program

RAM

I/O

R

Monitor

Bo mạch chính ( Main Board)

I Nhiệm vụ của bo mạch chính.

Tạo nên môi trờng hoạt động ổn định cho toàn hệ thống

II Các thành phần của bo mạch chính.

1 Khe cắm :ISA ( Industryal System Architecture) và PCI ( Peripheral

Connector Interface)

+ Khe cắm ISA : màu đen, dài, tốc độ chậm

+ Khe cắm PCI : có màu trắng, ngắn hơn ISA, tốc độ nhanh hơn ISA Các khe cắm này còn gọi là khe cắm đa năng, dùng để cắm các thiết bị nh Card màn hình, Card âm thanh, Card mạng

2 Các khe cắm bộ nhớ hệ thống:

+ Khe SIMM ( Single Inline Memory Medule) : Màu trắng, độ dài ngắn, tốc độ làm tơi thấp hơn, dung lợng nhớ trên mỗi khe cắm này hạn chế 16Mb Hiện nay, khe cắm loại này không còn đợc ngời sử dụng a chuộng vì do khe này bị giới hạn về tốc độ không còn phù hợp với việc nâng cấp máy tính Mặt khác, công nghệ máy tính ngày nay đang phát triển rất dữ dội, đã ra đời nhiều chủng loại máy tính có tốc độ xử lý cao, do vậy khe cắm SIMM không còn phù hợp nữa

+ Khe cắm DIMM ( Dual Inline Memory Module) : Có màu đen, dài hơn khe SIMM, tốc độ làm tơi nhanh, dung lợng rất lớn ( 128 Mb/khe ) Khe cắm này rất phù hợp với những loại máy tính hiện nay Hiện tại trên thế giới hầu hết các bo mạch chủ đều đợc sản xuất với khe cắm này Hiện nay, khả năng

hỗ trợ RAM ở Pentium IV là 1GB

3.Các mạch điều khiển:

Trong bo mạch chính có các mạch điều khiển sau:

+ Mạch điều khiển ổ đĩa cứng:

Có 2 mạch ký hiệu lần lợt là IDE1 và IDE2 : 2 mạch này dùng cáp dữ liệu 40 sợi ( cáp đôi hoặc cáp đơn) nối liên mạch với ổ đĩa cứng hoặc ổ CD ROM

Mỗi mạch này có thể điều khiển cùng lúc 2 thiết bị khác nhau ( do đó mỗi máy tính có thể lắp tối đa 4 thiết bị ổ đĩa

+ Mạch điều khiển ổ đĩa mềm :

Có ký hiệu là FDC ( Flopy Disk Control )

Dùng cáp dữ liệu nhỏ hơn (3 sợi) cáp đôi hoặc cáp đơn nối liên mạch với ổ đĩa mềm của máy tính

+ Mạch điều khiển máy in:

Ký hiệu là PRN

Mạch này sử dụng một đoạn cáp ngắn (26 sợi ), đoạn cáp đợc nối với một cổng điều khiển I/O

+ Hai cổng giao tiếp Com 1, Com 2:

Com 1 : Cổng chuột

Com 2 : Cổng Modem ( nếu có)

Trong trờng hợp Com 1 không sử dụng đợc ngời ta thờng chuyển sang dùng cổng Com 2 bằng lệnh : C:\> Mouse/C2

Trớc đây, các bo mạch chính có hình dạng AT sử dụng các đầu nối 6 dây kép cho 2 cổng này Ngày nay các bo mạch chính có hình dạng ATX ( đợc dùng phổ biến), sử dụng một đầu nối 20 dây có chốt Các bo mạch chính sử dụng ATX chỉ thay thế các đầu nối Com 1, Com 2 và CPT mà không sử dụng các cáp để kết nối Bo hệ thống ATX còn hỗ trợ đầu nối bàn phím PS2 , không sử dụng các đầu nối bàn phím truyền thống

4.BIOS hệ thống ( Basic Input, Output System )

+ Là chip đồng hồ duy trì thời gian khi tắt máy và cung cấp các thông tin cần thiết để khởi động máy BIOS giữ thời gian hiện tại của máy khi đang chạy

+ BIOS hệ thống là một chip điện tử đợc sản xuất từ hãng sản xuất máy tính Trong BIOS có chơng trình mà theo đó chơng trình kiểm soát sự hoạt

động của BO Mạch chính

5 Pin CMOS.

Pin này có hình tròn và det, Pin cung cấp nguồn 3V cho BIOS lu giữ các thông số phần cứng cơ bản nhằm giúp máy tính khởi động

Pin này có thể đợc thay thế khi hết

6 Đế cắm bộ vi xử lý CPU.

Có 2 loại đế cắm bộ vi xử lý thông dụng là : Slot 1, Socket 7, Socket 370 + Đế cắm bộ vi xử lý của thế hệ máy tính Pentium Celeron là Socket 370 + Đế cắm bộ vi xử lý của thế hệ máy tính Pentium 586 / 686 là Socket 7

+Đế cắm bộ vi xử lý của thế hệ máy tính Pentium II,III là Slot1

Chân cắm Slot 1

Chân cắm Socket 370

Chân cắm Socket7

Các thiết bị kết nối trên bo mạch chính

I Card màn hình

Card màn hình chịu trách nhiệm chuyển đổi thông tin kỹ thuật số ( digital) thành dữ liệu tơng tự analog để monitor có thể nhận và hiển thị đợc Trong các năm gần đây, các trò chơi máy tính 3D và đồ hoạ đợc thấy ở khắp nơi, vì vậy hiện nay nhiều card màn hình đợc sản xuất để hỗ trợ xử lý hình ảnh 3D Các kiểu bus hệ thống card màn hình ngày nay thờng là AEP và PCI Card màn hình có nhiều loại:

Typical Number Year

Video Adapter Resolution of Color

Introduced

CGA(Color Graphics 640*200 2 1981

Adapter) 320*200 4

160*200 16

EGA(Enhanced Graphics 640*350 16 1984

Adapter)

VGA(Video Graphics 640*480 16 1987

Array)

SVGA(Super Video 640*480 16.7 million 1989

Graphics Array) 800*600 16.7 million

1024*768 16.7 million

1280*1024 16.7 million

II Card âm thanh

Card âm thanh cho phép chuyển đổi dữ liệu kỹ thuật số bằng âm thanh thành dữ liệu tơng tự để có thể các loa hoặc máy khuyếch đại ( Ampli ) nhận Hầu hết các card âm thanh còn có thể thực hiện theo chiều ngợc lại, nghĩa là chuyển đổi dữ liệu tơng tự thành dữ liệu kỹ thuật số để đợc lu trữ trong máy tính PCI và ISA là kiểu bus hệ thống card âm thanh chủ yếu ngày nay

III Card giao diện mạng (NIC)

Card giao diện mạng là thiết bị kết nối máy tính với mạng và điều phối luồng thông tin, giữa máy tính và mạng Bo mở rộng mạng cũng có thể truyền dữ liệu trong một máy tính qua mạng và trao đổi thông tin với các máy khác Hai kiểu chính của card giao diện mạng là PCI và ISA

IV Card SCSI

Card SCSI điều khiển truyền thông tin giữa hệ thống và các kiểu thiết bị giao diện SCSI khác nhau

Ví dụ : ổ đĩa cứng SCSI , máy quét SCSI và ổ đĩa CD ROM SCSI.v.v Các thiết bị giao diện SCIC đều cần có bo mở rộng SCSI để truyền tải thông tin Hai kiểu chính của card SCSI là PCI và ISA

V Module bộ nhớ ( RAM)

Dữ liệu đợc CPU xử lý phần lớn xuất phát từ các thanh RAM của máy tính Nếu máy tính nào có dung lợng RAM càng lớn thì tốc độ xử lý thông tin càng nhanh

Có 2 loại module bộ nhớ đợc thấy trên thị trờng hiện nay là : SIMM (72 chân) và DIMM ( 168 chân) Hai loại RAM đợc gọi theo tên của các chân cắm của chúng

+ DIMM : có nhiệm vụ truyền thông tin có kích thớc 64 bit Đối với hầu hết CPU có 64 bit, một module bộ nhớ DIM là đủ Trong tơng lai, nếu CPU phát triển thành 128 bit có thể phải cần đến 2 module DIMM Hiện nay,

bộ nhớ DIMM thờng sử dụng bằng một thanh SD RAM làm một đơn vị bộ

nhớ của nó hoạt động nhanh nh hệ số bên ngoài của bo hệ thống; do đó tốc độ

đồng hồ bên ngoài cũng phải theo module bộ nhớ với tốc độ cao hơn

+ SIMM : đối với kiểu kích thớc truyền thông tin này chỉ có 32 bit, làm cho CPU 64 bit phải sử dụng 2 thanh SIMM để có thể xử lý kích thớc thông tin này Chúng ta có thể thấy phần lớn module bộ nhớ SIMM hiện nay thích hợp với FPM RAM hoặc EDO RAM Bộ nhớ EDO RAM không cần phải duy trì tốc độ điều hoạt nh tốc độ đồng hồ bên ngoài

Các ổ đĩa

I Đĩa cứng

Ngày nay, ổ đĩa cứng là thiết bị lu trữ dữ liệu quan trọng nhất của toàn

bộ máy tính Hầu nh tất cả dữ liệu và các chơng trình đều đợc lu trữ trong ổ

đĩa cứng có kích thớc bộ nhớ lớn hơn bất ký phơng tiện lu trữ khác trong hệ thống máy tính đợc sử dụng ngày nay

Tốc độ truy xuất thông tin từ ổ đĩa cứng nhanh hơn nhiều so với phần mềm lu trữ khác Do đó, ổ đĩa cứng đã thay thế nhanh chóng ổ đĩa mềm trong việc lu trữ thông tin ngay khi nó đợc sản xuất hàng loạt Tuy nhiên, ở thời kỳ

đầu, chi phí cho mỗi Mega bytes ổ đĩa cứng rất cao Hiện nay, công nghệ máy tính đã phát triển rất nhanh, đã tăng tốc độ ổ đĩa cứng lên nhanh chóng và giá thành ngày càng giảm xuống Tuỳ theo sự khác biệt về giao thức truyền dữ liệu, các thiết bị ổ cứng đợc chia làm 2 loại : giao diện IDE và SCSI

ổ đĩa cứng có rất nhiều loại dung lợng khác nhau để ngời sử dụng có thể chọn lựa phù hợp với mình

+ Cấu tạo ổ đĩa cứng :

1 Mạch điều khiển đĩa cứng( Hard Disk Controller) :

_Mạch điều khiển đĩa cứng có nhiệm vụ cung cấp điện năng, cơ năng

để điều khiển và duy trì sự hoạt động của đĩa cứng và đầu từ ghi đọc Mạch này rất dễ hỏng Trên mạch điều khiển có một chip gọi là BIOS đĩa cứng ( t

-ơng tự nh BIOS trên bo mạch chính)

2 Mặt đĩa.

Đĩa cứng đợc cấu tạo gồm nhiều lớp đĩa xếp chồng lên nhau để tăng l-ợng lu trữ Các lớp này đợc sắp xếp sao cho không chạm vào nhau

Mỗi lớp đĩa gồm 2 mặt, ký hiệu:

_ Side 0 ( mặt thứ 1)

_ Side 1 ( mặt thứ 2)

Trên các mặt đĩa đợc tráng phủ một lớp từ tính mỏng Lớp từ này có tác dụng giữ lại những thông tin đã hiện đ ợc ghi lên

3.Từ đạo ( Track)

Trên mỗi mặt đĩa đợc chia thành các vòng tròn đồng tâm gọi là các Track ( Rãnh ghi dữ liệu đĩa cứng)

4 Cung từ ( Sector)

Tại mỗi Track lại chia thành các cung từ gọi là các Sector

Sector là đơn vị nhỏ nhất mà dữ liệu đợc lu trữ trên đĩa cứng

1 sector = 512 bytes Mỗi Sector gồm 2 phần

Handle Data

Data : Chứa dữ liệu ( 512 bytes)

Handle : Số liệu của Sector

5 Master Boot và Boot Record.

+ Master Boot nằm ở Sector 1, Track 0, Side 0 của đĩa cứng

+ Boot Record nằm ở Sector 1, Track 0, Side 1 của đĩa cứng

Cả 2 phần này đều quan trọng, nó quyết định hoạt động của máy tính Vì nhiều lý do khác nhau, 2 phần này bị hỏng hoặc do virut tấn công, máy tính sẽ ngừng hoạt động

+ Master Boot là một đoạn chơng trình ngắn đợc nạp vào RAM và thi hành ngay sau khi ta bật máy khởi động

+ Master Boot có nhiệm vụ :

_ Kiểm tra bảng P??ttion ( Bảng phân khu chủ) _ Nạp Boot Record của P??ttion đó và trao quyền điều khiển cho Boot Record này để tiếp tục quá trình khởi động máy ( Thờng thì Boot Record nằm ở Sector 1, Track 0 , Side 1 ở ổ C)

6 Các liên cung ( Cluster)

Thay vì phải theo dõi riêng từng sector, một số các sector liên tiếp sẽ

đ-ợc nhóm lại với nhau để quản lý nhanh và dễ hơn đđ-ợc gọi là liên cung Kích thớc của mỗi Cluster là khác nhau, tuỳ thuộc vào hệ điều hành và Fat của đĩa cứng

7 Từ trụ ( Cylynder)

Từ trụ là 1 tập hợp các track có cùng bán kính nằm trên các mặt đĩa khác nhau

Dữ liệu khi đợc ghi/đọc phải theo sự bố trí của các từ trụ

II.

ổ CD ROM.

ổ CD ROM đã thay thế ổ đĩa mềm và trở thành phơng tiện lu trữ mới ngày nay

ổ đĩa CD ROM truyền thông có thể đọc nhng không thể ghi dữ liệu

đ-ợc, tuy nhiên chiều hớng hiện nay ổ đĩa CD ROM có thể vừa có chức năng

đọc và ghi , chẳng hạn nh ổ đĩa ghi CD và ổ đĩa CD Re- Write Mỗi kiểu ổ đĩa

CD ROM có các tính năng khác nhau, nhng về căn bản chỉ có 2 cách cài đặt chúng dựa vào sự phân chia IDE và SCDI

III ổ đĩa mềm

Ngày nay ổ đĩa mềm 1,44 MB là phơng tiện thuận tiện để sao chép dữ liệu giữa các mày tính ổ đĩa mềm đợc sử dụng làm đơn vị lu trữ quan trọng nhất khi ổ cứng cha có vào những ngày đầu Sự phát minh ra ổ đĩa mềm đã nhanh chóng thay thế bằng từ ( Phơng tiện lu trữ nh Cassette) Hiện nay, các ổ

đĩa cứng có tốc độ cao hơn và kích thớc bộ nhớ lớn hơn nhiều, tuy nhiên ổ đĩa mềm vẫn đợc sử dụng vì tính khả dụng và khả năng cơ động của đĩa mềm

Vì vậy, ổ đĩa mềm là một thiết bị không thể thiếu của máy tính Trớc khi hệ điều hành đợc cài đặt trong máy tính, chúng ta phải sử dụng ổ đĩa mềm

để khởi động máy tính và cài đặt phần mềm, và sau đó ổ đĩa cứng mới đóng vai trò khởi động máy tính chủ chốt Nói cách khác, phải dựa vào ổ đĩa mềm

để khởi động máy tính trớc khi hệ điều hành đợc tạo trong máy tính

Vào thời kỳ đầu, hầu hết các máy tính đều sử dụng ổ đĩa mềm 1,2 MB Hiện nay, với sự ra đời của ổ đĩa mềm 1,44 MB , ổ đĩa mềm 1,2 MB không còn đợc sử dụng nhiều nữa; ổ đĩa mềm và đĩa mềm 1,44 MB ghi và đọc dữ liệu đợc nhiều hơn

ổ đĩa mềm sử dụng các đĩa mềm 3,5 inch, miếng kẹp băng kim loại ( hoặc chất liệu khác) bên ngoài ở phía đầu đĩa che phần đĩa mềm có thể tháo

ra hoặc kéo sang ngang đợc Nơi nó đợc sử dụng để ghi dữ liệu bằng đầu từ

Đĩa mềm ở trong một mỏng và cứng

ổ đĩa mềm 1,2 MB sử dụng đĩa mềm 5,25 inch; đĩa từ bên trong lu trữ thông tin không đợc bảo vệ tốt do đó nó dễ bị hỏng Đĩa mềm cũng nh ổ đĩa mềm 1,2 MB hiện nay ít đợc a dùng

Các thiết bị ngoại vi

I Màn hình ( Monitor)

Monitor hiển thị văn bản và các hình ảnh phát xuất từ card màn hình

II Bàn phím ( Key board)