Các trang trong thể loại “phần cứng”

Bạn hãy thử quansát biểu đồ hoạt động thực tại của các nhân trong CPUkhi sử dụng phần mềm chiếm nhiều tài nguyên sẽ nhậnthấy sự lãng phí này.[14]Ngược lại với cácphần mềmchiếm tài nguyên

Các trang trong thể loại “Phần cứng”

Mục lục

1.1 Xem thêm 1

1.2 am khảo 1

1.3 Liên kết ngoài 1

2 Bộ xử lý đồ họa 2 2.1 Lịch sử 2

2.2 Chỉ dẫn 2

2.3 am khảo 2

2.4 Xem thêm 2

2.5 Liên kết ngoài 2

3 CPU đa nhân 3 3.1 Phát triển kiến trúc đa nhân 3

3.2 Công nghệ hỗ trợ 4

3.2.1 Phần cứng 4

3.2.2 Phần mềm 4

3.3 Những giới hạn tồn tại 4

3.4 Đa nhân và ứng dụng 4

3.4.1 Bản quyền phần mềm 4

3.4.2 Tương thích với phần cứng 4

3.4.3 Đa nhân trên máy tính xách tay 5

3.4.4 Khai thác hiệu năng đa nhân 5

3.4.5 Đối nghịch với đa nhân: ị trường PC giá thấp 6

3.4.6 Nhận thức của người sử dụng 6

3.5 Chú thích 7

3.6 am khảo 8

3.7 Xem thêm 8

4 Hệ thống nhúng 9 4.1 Lịch sử 9

4.2 Các đặc điểm 9

4.2.1 Giao diện 10

i

ii MỤC LỤC

4.2.2 Kiến trúc CPU 10

4.2.3 iết bị ngoại vi 10

4.2.4 Công cụ phát triển 10

4.2.5 Độ tin cậy 11

4.3 Các kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng 11

4.3.1 Vòng lặp kiểm soát đơn giản 11

4.3.2 Hệ thống ngắt điều khiển 11

4.3.3 Đa nhiệm tương tác 11

4.3.4 Đa nhiệm ưu tiên 11

4.3.5 Vi nhân (Microkernel) và nhân ngoại (Exokernel) 12

4.3.6 Nhân khối (monolithic kernels) 12

4.4 am khảo 12

5 Hệ thống trên một vi mạ 13 5.1 am khảo 13

5.2 Liên kết ngoài 13

6 I²C 14 6.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 14

6.2 Ứng dụng 14

6.3 Giao thức 14

6.4 Xem thêm 14

6.5 am khảo 14

6.6 Liên kết ngoài 14

7 IEEE 1394 15 7.1 IEEE 1394 15

7.1.1 IEEE 1394a 15

7.1.2 IEEE 1394b 15

7.2 IEEE 1394 trong máy tính ngày nay 15

7.2.1 IEEE 1394 tích hợp 15

7.2.2 Các bo mạch mở rộng cổng IEEE 1394 16

7.2.3 Ứng dụng và phát triển 16

7.3 am khảo 16

7.4 Xem thêm 16

7.5 Liên kết ngoài 16

8 Máy in laser 17 8.1 Cấu tạo 17

8.2 Nguyên tắc hoạt động 17

8.2.1 Hoạt động 17

8.3 am khảo 17

8.4 Liên kết ngoài 17

MỤC LỤC iii

9.1 Đặc điểm của loa máy tính 19

9.1.1 Đặc điểm thiết kế 20

9.1.2 Sự khác biệt với hệ thống loa giải trí dân dụng 20

9.2 Các loại loa máy tính 20

9.3 Các kiểu ngõ tín hiệu đầu vào loa máy tính 20

9.4 Điều khiển loa máy tính 21

9.5 Cách sắp xếp loa hợp lý 21

9.6 Một số loa máy tính khác thường 21

9.7 am khảo 22

9.8 Chú thích 22

10 Màn hình máy tính 23 10.1 Phân loại 23

10.1.1 Màn hình máy tính loại CRT 23

10.1.2 Màn hình máy tính loại tinh thể lỏng 24

10.1.3 Màn hình máy tính loại khác 25

10.2 Các kiểu giao tiếp kết nối của màn hình máy tính 25

10.3 Điều chỉnh màn hình máy tính 25

10.4 Tích hợp thiết bị khác trên màn hình máy tính 26

10.5 am khảo 26

10.6 Xem thêm 26

10.7 am khảo 26

11 Máy ảo 27 11.1 am khảo 27

12 Máy ủ 28 12.1 Các loại máy chủ 28

12.2 Xem thêm 28

12.3 am khảo 28

13 MIDI 29 13.1 Giao thức 29

13.2 Các phương tiện kết nối 29

13.3 Dạng tập tin lưu trữ tiêu chuẩn 29

13.4 Hoạt động 30

13.5 am khảo 30

13.6 Liên kết ngoài 30

14 Nguồn máy tính 31 14.1 Đặc điểm 31

14.2 Nguyên lý hoạt động 31

iv MỤC LỤC

14.3 Vai trò 31

14.4 Các kết nối đầu ra của nguồn 32

14.5 y ước màu dây và cấp điện áp trong nguồn máy tính 32

14.6 Công suất và hiệu suất 32

14.6.1 Công suất 32

14.6.2 Hiệu suất 33

14.7 Điều khiển nguồn máy tính 33

14.8 Giải nhiệt trong nguồn máy tính 33

14.9 Lọc nhiễu trong nguồn máy tính 34

14.10 Bộ nguồn máy tính tốt 34

14.11 am khảo 35

15 PCI 36 15.1 Lịch sử phát triển 36

15.2 Các kiểu bus PCI 36

15.3 am khảo 37

15.4 Xem thêm 37

15.5 Liên kết ngoài 37

16 PCI Express 38 16.1 Xem thêm 38

16.2 am khảo 38

17 iết bị khởi động 39 17.1 Xem thêm 39

17.2 am khảo 39

18 iết bị khởi động được 40 18.1 Đặc điểm 40

18.2 Nguyên tắc chung để chế tạo 41

18.3 Ứng dụng 41

18.4 Đọc thêm 41

18.5 am khảo 41

19 Vi xử lý 42 19.1 Lịch sử 42

19.1.1 Những vi mạch tích hợp đầu tiên 42

19.2 Ứng dụng 43

19.3 Xem thêm 43

19.4 am khảo 43

19.5 Liên kết ngoài 43

20 Vỏ máy tính 44 20.1 Các loại vỏ máy tính 44

MỤC LỤC v

20.2 Yêu cầu của vỏ máy tính 44

20.3 Các thiết kế liên quan đến tính năng vỏ máy tính 45

20.3.1 Kích thước vỏ máy tính 45

20.3.2 Vật liệu chế tạo 45

20.3.3 Tính chất cứng vững 45

20.3.4 Sự chính xác khi lắp ráp thiết bị 45

20.3.5 Lưu thông gió và tản nhiệt 46

20.3.6 Sự thuận tiện khi tháo lắp các thiết bị 47

20.4 Vỏ máy tính thiết kế mở rộng tính năng 47

20.5 Sửa đổi vỏ máy tính theo ý muốn của từng người dùng (mod) 47

20.6 Một số hãng sản xuất vỏ máy tính 48

20.7 am khảo 48

20.8 am khảo 48

20.9 Nguồn, người đóng góp, và giấy phép cho văn bản và hình ảnh 49

20.9.1 Văn bản 49

20.9.2 Hình ảnh 50

20.9.3 Giấy phép nội dung 51

Chương 1

Phần cứng

Các thành phần chính của máy tính cá nhân để bàn 1: màn

hình , 2: bo mạch chủ , 3: CPU , 4: chân cắm ATA, 5: RAM , 6: các

thẻ cắm mở rộng chức năng cho máy, 7: nguồn điện , 8: ổ đĩa

quang , 9: ổ đĩa cứng , 10: bàn phím , 11: chuột

Phần cứng (tiếng Anh: hardware), là các cơ phận (vật

lý) cụ thể của máy tính hay hệ thống máy tính như

làmàn hình, chuột,bàn phím,máy in, máy quét, vỏ

máy tính,bộ nguồn, bộ vi xử lýCPU,bo mạch chủ, các

loại dây nối,loa,ổ đĩa mềm,ổ đĩa cứng, ổCDROM, ổ

DVD,…

Dựa trên chức năng và cách thức hoạt động người ta

còn phân biệt phần cứng ra thành:

• Nhập hay đầu vào (input): Các bộ phận thu nhập

dữ liệu hay mệnh lệnh như là bàn phím, chuột…

• Xuất hay đầu ra (output): Các bộ phận trả lời, phát

tín hiệu, hay thực thi lệnh ra bên ngoài như là màn

hình, máy in, loa,…

Ngoài các bộ phận nêu trên liên quan tới phần cứng

của máy tính còn có các khái niệm quan trọng sau đây:

• Bus: chuyển dữ liệu giữa các thiết bị phần cứng

• BIOS(Basic Input Output System): còn gọi làhệthống xuất nhập cơ bảnnhằm khởi động, kiểm tra,

và cài đặt các mệnh lệnh cơ bản cho phần cứng vàgiao quyền điều khiển chohệ điều hành

• CPU: bộ phân vi xử lý điều khiển toàn bộ máy tính(vi xử lý trung tâm)

• Kho lưu trữdữ liệu: lưu giữ, cung cấp, thu nhận

dữ liệu

• Các loạichíphỗ trợ: nằm bên trongbo mạch chủhay nằm trong cácthiết bị ngoại vicủa máy tínhcác con chip quan trọng sẽ giữ vai trò điều khiểnthiết bị và liên lạc vớihệ điều hànhquabộ điềuvậnhay quaphần sụn(Firmware)

• Bộ nhớ: là thiết bị bên trong bo mạch chủ giữnhiệm vụ trung gian cung cấp cácmệnh lệnhchoCPUvà các dữ liệu từ các bộ phận như là BIOS,phần mềm,kho lưu trữ,chuộtđồng thời tải về chocác bộ phận vừa kể kết quả các tính toán, cácphéptoánhay các dữ liệu đã/đang được xử lý

• cáccổng vào/ra

1.1 Xem thêm

• Máy tính

1.2 Tham khảo 1.3 Liên kết ngoài

1

Chương 2

Bộ xử lý đồ họa

GeForce 6600GT (NV43) GPU

Bộ xử lý đồ họa (GPU, graphics processing unit),

đôi khi được gọi là bộ xử lý hình ảnh (VPU, visual

processing unit), là mộtmạch điện tử tích hợpchuyên

dụng được thiết kế để thao tác và truy cập bộ nhớ đồ

họa một cách nhanh chóng, để tăng tốc việc tạo ra các

hình ảnh trong bộ đệm khung hình dành cho ngõ ra tới

màn hình hiển thị

GPU được sử dụng trong các hệ thống nhúng, điện

thoại di động, máy tính cá nhân, máy trạm và máy

chơi game console GPU hiện đại rất hiệu quả trong

việc thao tác đồ họa máy tính và xử lý hình ảnh, và các

cấu trúc song song mức cao của nó làm cho nó hiệu

quả hơn so với cácCPU đa dụng, mà việc xử lý khối

lượng lớn các dữ liệu được thực hiện song song Trong

mộtmáy tính cá nhânmột GPU có thể có mặt trên một

card video, được nhúng trên bo mạch chủ, hoặc tích

hợp trong một sốCPU[1]

uật ngữ bộ xử lý đồ họa GPU đượcNvidiađưa ra năm

1999, đánh dấu bằng sự ra đời của GeForce 256 là “GPU

đầu tiên trên thế giới”[2] Nó được trình bày như là một

“bộ vi xử lý chip đơn với biến đổi tích hợp, nhẹ, thiết

lập tam giác / clipping, và rendering engines”[3] Đối

thủ của họ làATI Technologiesđưa ra thuật ngữ “bộ xử

lý hình ảnh” VPU với việc phát hành của Radeon 9700

vào năm 2002[4]

2.1 Lịch sử 2.2 Chỉ dẫn 2.3 Tham khảo

[1] Denny Atkin.“Computer Shopper: e Right GPU forYou” Truy cập ngày 15 tháng 5 năm 2007

[2] “NVIDIA Launches the World’s First GraphicsProcessing Unit: GeForce 256” Nvidia Ngày 31 tháng

8 năm 1999 Truy cập ngày 28 tháng 3 năm 2016.[3] “Graphics Processing Unit (GPU)” Nvidia Truy cậpngày 29 tháng 3 năm 2016

[4] Pabst, omas (ngày 18 tháng 7 năm 2002).“ATi TakesOver 3D Technology Leadership With Radeon 9700”.Tom’s Hardware Truy cập ngày 29 tháng 3 năm 2016

2.4 Xem thêm

• Vi xử lý

2.5 Liên kết ngoài

• NVIDIA - What is GPU computing?

• e GPU Gems book series

• - a Graphics Hardware History

• How GPUs work

• GPU Caps Viewer - Video card information utility

• OpenGPU-GPU Architecture(In Chinese)

• ARM Mali GPUs Overview

• GPU Rendering Magazine

2

Chương 3

CPU đa nhân

CPU đa nhân, CPU đa lõi (tiếng Anh: multi-core) là

mộtCPUcó nhiều đơn vị vi xử lý (thường được gọi là

“core”) được tích hợp và đóng gói trên cùng một nền

mạch tích hợp (chip) vật lý duy nhất Mỗi core đều có

thể thực hiện việc xử lý tuần tự từng gói dữ liệu và sự

kết hợp nhiều core trên một hệ CPU giúp làm tăng tốc

độ xử lý chung của hệ thống khi mà dữ liệu được phân

thành nhiều gói nhỏ và phân cho các core xử lý song

song cùng một lúc

3.1 Phát triển kiến trúc đa nhân

Một CPU hai nhân của Intel có hình dáng bên ngoài như một

CPU đơn nhân thông thường

Vào những thời kỳ đầu củamáy tính cá nhânđược sử

dụng, nhằm để giảm giá thành, các CPU phổ thông đều

được thiết kế theo quan điểm đơn nhân Các dữ liệu

được xử lý tuần tự bởi một bộ xử lý duy nhất cho tất cả

mọi tác vụ Ở những dòng máy cao cấp nhưsiêu máy

tính, máy trạm hoặcmáy chủthời kỳ đầu thường được

gắn nhiều hơn mộtCPUtrên cùng mộtbo mạch chủ

để có thể thực hiện nhiều tác vụ song song cùng lúc,

nâng được tốc độ tổng thể lên cao hơn nhiều so với chỉ

sử dụng một CPU

Hai nhân cùng được chứa trong một phần diện tích như thế này

(phần bôi kem tản nhiệt)

Kiến trúc đa nhân đầu tiên ra đời vào khoảng giữathập niên 1980, khiRockwell Internationalgiới thiệucác phiên sản cải tiến của chip xử lý 6502 như R65C00,R65C21, và R65C29 Chúng đều có một đặc điểm chung

là tích hợp cả hai nhân xử lý 6502 lên một chip có cùng

số chân và cùng tần số xung nhịp.[1][2]

CPU đa nhân được giới thiệu lần đầu tiên vào năm2001bởi hãngIBMvới loại CPUPower4dành riêng cho cácmáy chủ Mãi đếntháng 4năm2005,Intelđã giới thiệunhữngCPU hai nhân thương mại đầu tiên, Pentium

Extreme Edition (còn gọi là Pentium EE) và Pentium D.

Đến tháng 5 năm 2005, AMD giới thiệu các CPU Athlon

64 X2 hai nhân đầu tiên[3] NhữngCPUhai nhân thế hệđầu tiên này, thực chất chỉ thuần túy là đặt hai nhân

xử lý trong cùng một tấm đế[4] Có nghĩa trong mộtCPUnhìn bề ngoài như mộtCPUthông thường nhưngbên trong nó chứa các phần mạch điện của cả haiCPU(Pentium 4 Presco với Intel và Athlon 64 với AMD),

điểm chung của nó là các chân cắm tiếp xúc vớisocketcủabo mạch chủ

Ở những thế hệ kế tiếp, các nhà sản xuất đã sử dụngcông nghệ chế tạo hiện đại, cho phép chế tạo tích hợpnhiều nhân trên cùng một nền chip đóng gói vật lý.Công nghệ chế tạo cũng cho phép tích hợp nhiều hơn

2 nhân trên một chip, cũng như các công nghệ giaotiếp như siêu phân luồng, đa phân luồng… cũng giúptận dụng ưu thế của các CPU đa nhân Những cpudòng hd graphics của intelsử dụng GPU(nhân xử lý3

4 CHƯƠNG 3 CPU ĐA NHÂN

Vi cấu trúc core cho phép cả hai nhân sử dụng chung cache L2

đồ họa)được tích hợp trong cpu cūng là một dạng cpu

2 nhân,dòng cpu này cho khả năng chơi các game 3d

với chất lượng hd,tiết kiệm điện so với các card đồ họa

rời của ndivia,amd…

3.2 Công nghệ hỗ trợ

3.2.1 Phần cứng

3.2.2 Phần mềm

3.3 Những giới hạn tồn tại

Trở ngại lớn nhất của sự phát triển CPU đa nhân là

các kích thước vật lý của cáclinh kiệnchứa trong lòng

nó Kích thướctransistor, tiết diện dây dẫnnội bộ là

những thành phần cơ bản gây cản trở sựphát triểncủa

các CPU đa nhân, mỗi hãng đều có các công nghệ sản

xuất riêng để làm nhỏ kích thước của chúng Những

công nghệmới gần đây đã có thể giúp tích hợp trên 2

tỷtransistortrong cùng một CPU Công nghệ chế tạo

CPU đã tiến đến mức 32 nm (được công bố bởi Intel[5])

và còn tiếp tục nhỏ hơn nữa (tuy hiện nay nhiều hãng

sản xuất vẫn mới áp dụng rộng rãi công nghệ 65 nm và

chỉ một số CPU sản xuất trên công nghệ 45 nm)

3.4 Đa nhân và ứng dụng

3.4.1 Bản quyền phần mềm

Trước khi xuất hiện các CPU đa nhân thì có nhiều người

sử dụng lo ngại rằng khi sử dụng một máy tính đanhân thì các hãng viếthệ điều hànhsẽ tăng giá bán cácphiên bảnhệ điều hànhhoặc cácphần mềm[6] Nhữngđộng thái lo ngại này không phải thiếu căn cứ bởi đã cónhững tiền lệ tương tự Các phiên bảnhệ điều hànhchocácmáy chủthường được phân biệt sử dụng cho mộthoặc nhiều hơn một CPU mà tuỳ theo số lượng CPU

mà cógiá bánkhác nhau

Tuy nhiên, hãng phần mềmMicrosođã không yêu cầungười sử dụng trả thêm chi phí cho cáchệ điều hànhWindowscác phiên bản được sử dụng các bộ xử lý đanhân cho đến đầu năm2008[7] Cách tính số lượng CPUcủa hãng này vẫn tính trên số lượng CPU vật lý, nhưvậy cho dù mộtmáy chủsử dụng duy nhất một CPU

có bốn nhân, tám nhân hay nhiều hơn nữa thì cũng chỉphải trả chi phí chohệ điều hành bằng mức như vớimột CPU đơn nhân

Mặc dù các bộ xử lý đa nhân đã xuất hiện từ rất lâu,nhưng đến nay chưa thấy cácphần mềmthông dụng(phục vụ đa số người sử dụng hoặc chiếm thị phầntương đối) có sự chênh lệch nhau về giá bán giữa cácphiên bảnsử dụng cho CPU đơn nhân và đa nhân Tuynhiên, trong những thời gian kế tiếp có thể một sốhãngphần mềmsẽ liên kết với nhau cùng tăng giá cácphầnmềmsử dụng trên những hệ thốngmáy tínhsử dụngCPU đa nhân trong vòng một vài năm tới[8] Có thểđiều này sẽ trở thành tất yếu khi mà công nghệCPU

đa nhân phát triển đến mỗi một CPU vật lý chứa rấtnhiều nhân trong nó, và cácphần mềmđượcthiết kếtối ưucho chúng

3.4.2 Tương thích với phần cứng

Trong mục CPU đa nhân thế hệ đầu tiên ta nhận thấyvấn đề tương thích của cácCPUđa nhân với hệ thốngphần cứngkhông hề đơn giản Một số CPU đa nhânthế hệ đầu củaAMDcó thể tương thích vớibo mạchchủcũ dành cho các CPU một nhân trước khi chúng

ra đời, các CPU đa nhân củaIntelthì hoàn toàn khôngtương thích với các bo mạch chủ sử dụngchipsetcũ nếuchúng không được thiết kế lại hoặc cho ra đời phiên bảnkhác

Các thế hệ hai nhân, bốn nhân kế tiếp ra đời thìAMDkhông còn giữ được lợi thế về sự nâng cấp hệ thống màkhông cần thay đổibo mạch chủnữa Người sử dụngmuốn nâng cấp lên CPU đa nhân cần phải thay thếnhiều thiết bịphần cứngkhác để phù hợp với chúng

• Bo mạch chủlà thiết bị phải thay thế đầu tiên bởicác cấu trúc mới không còn được sự hỗ trợ củachipsetthế hệ cũ

• Bộ nhớRAMcũng có sự thay đổi khi thay thế sangloạiCPUđa nhân, chúng thường là loại DDR2 thay

3.4 ĐA NHÂN VÀ ỨNG DỤNG 5

thế cho thế hệ DDR đầu tiên để đáp ứng về tốc độ

cho các thế hệ CPU mới ông thường thì người

sử dụng CPU Intel luôn phải đối mặt với sự thay

thế bo mạch chủ vàRAMbởi sự phát triển CPU đa

nhân của Intel luôn cần tăng tốc độRAMdo cấu

trúc hiện thời của Intel có xu hướng tăng tốc độ

bộ nhớ

• Nguồn máy tínhcũng là thiết bị cần phải thay thế

bởi các hệ thống mới thường sử dụng nguồn máy

tính theo chuẩnATXloại 24 chân ở phần cung cấp

điện năng chobo mạch chủ Riêng phần cung cấp

nguồncho CPU trước đây thường sử dụng một kết

nối 4 chân thì với các hệ thống mới có thể đòi hỏi

kết nối 8 chân

• Bo mạch đồ hoạphải thay đổi nếu hệ thống cũ sử

dụng giao tiếpAGP Toàn bộ cácbo mạch chủthế

hệ mới đều sử dụng khePCI Express X16 Nếu như

không chơigame 3Dmạnh hoặc thiết kếđồ hoạthì

người sử dụng có thể lựa chọn mộtbo mạch chủ

được tích hợp sẵn chức năngđồ hoạđể giảm chi

phí (tuy nhiên sự kết hợp CPU đa nhân với chức

năngđồ hoạtích hợp thường là một sự cọc cạch

đối với người chơigamevà xử lý đồ hoạ, chỉ có

thể chấp nhận chúng như một bước đệm trước khi

nâng cấp nên cácbo mạch đồ hoạrời trên mộtbo

mạch chủvừa tích hợp chức năngđồ hoạtrên bo

mạch chủ, vừa có sẵn khe cắmPCI Express X16)

3.4.3 Đa nhân trên máy tính xách tay

Ngay từ khi các CPU hai nhân đầu tiên xuất hiện trên

thị trường, các nhà sản xuấtmáy tính xách tayđã ứng

dụng chúng trong cácsản phẩmcủa mình Những CPU

đa nhân đầu tiên ở cácmáy tính xách tayđã cải thiện

hiệu năng tăng khoảng 30% so với các CPU một nhân

cùng tốc độ trong các thử nghiệmbenchmark Ngay

các thế hệ CPU đa nhân kế tiếp ở các phiên bảnCPU

di động cũng không cải thiện được hiệu năng và khả

năng tiết kiệm pin như một số nhà sản xuấtCPUtuyên

bố

Bởi vìmáy tính xách taythường thiết kế cho các mục

đích sử dụng di động với các ứng dụng không đòi hỏi

nhiều năng lực CPU nên có vẻ chúng không cải thiện

được tốc độ nhiều Trừ các loại máy tính xách tay

chuyên dụng chogame, xử lýđồ hoạthì các dòngmáy

tính xách taythông thường dành cho học sinh, sinh

viên,doanh nhânđến thời điểm đầu năm2008vẫn chưa

là một bước đột phá so với các dòngmáy tính xách tay

sử dụng CPU hai nhân của thế hệ đầu tiên

3.4.4 Khai thác hiệu năng đa nhân

Đa nhân và phần mềm

CPU đa nhân đã ra đời nhưng hầu hết cácphần mềm

hiện nay đều chưa được chuẩn bị sẵn sàng cho chúng[9]

Mặc dù hiểu một cách đơn giản thì cácphần mềmvẫnhoạt động trơn chu trên các máy tínhđược trang bịCPU đa nhân, nhưng thực sự chúng còn có thể hoạtđộng tốt hơn nữa nếu khai thác được hết khả năng của

đa nhân[10] Hầu hết cácphần mềmhiện tại đang đượcviết cho các CPU đơn luồng, mọi hành động xử lý củachúng đều do hệ điều hành phân phối đến các luồngtrong CPU đa nhân Các hãng phần mềm cũng có lý do

để chưa vội vàngbiên dịchlại chúng tối ưu với cácCPU

đa nhân bởi hiện tại (đầu năm2008) chưa phải tất cả cácmáy tínhcó thể sử dụngphần mềmđã được trang bị bộ

xử lý đa nhân và chưa phải các bộ xử lý đa nhân đều

hỗ trợ khả năng xử lý64 bit(sẽ trở thành thông dụng

về sau này) Mặt khác, việc chuyển đổi có thể cần phảixây dựng lại cácthư viện lập trìnhsẵn có và cần có cáckhoảnchi phílớn Vậy thì cách thức phát triểnphầnmềmtruyền thống vẫn là một sự lựa chọn an toàn hơnvới họ.[11]

Tuy nhiên, không phải tất cả cáchãng phần mềmđềuchưa có động thái về hỗ trợ CPU đa nhân Cácphầnmềmsử dụng chomáy chủ,máy trạmđã hỗ trợ xử lý

đa luồng từ trước đây, bởi chúng ở một lĩnh vực riêngnên ít được người sử dụng máy tính thông thường biếtđến[12] Đối vớimáy tính cá nhânđể bàn sẽ xuất hiệnnhiều phần mềm hỗ trợ đa luồng hơn mà trước hết là

từ nhữngphần mềmcần đến khả năng xử lý lớn như:

xử lýđồ hoạ, xử lývideo…Cáctrò chơi trên máy tính(game)3D hiện nay cũngchưa được thiết kế tối ưu cho hoạt động với các CPU

đa nhân, đích nhắm tới hiện nay của chúng thường là

hỗ trợ DX10 và DX10.1 (với khả năng đồ hoạ tuyệt đẹp

hỗ trợ trên Windows Vista[13]) nhiều hơn, do đó chúngvẫn thường chỉ chiếm một nhân khi xử lý ở CPU đanhân[14]

Tương laiphần mềmvẫn sẽ phải phát triển theo hướngphù hợp với CPU đa nhân, nhất là với các phần mềmchiếm tài nguyên của CPU nhiều khi thực thi phầnmềm đó Đây là một định hướng tất yếu bởi khi sửdụng một phần mềm lớn, chúng chỉ chiếm một nhântrên CPU thì các nhân còn lại sẽ chỉ được sử dụng chocác phần mềm, dịch vụ chạy ở chế độ nền gây lãng phínăng lực xử lý trong khi có khả năng khai thác toàn bộcác nhân cùng hoạt động như vậy Bạn hãy thử quansát biểu đồ hoạt động thực tại của các nhân trong CPUkhi sử dụng phần mềm chiếm nhiều tài nguyên sẽ nhậnthấy sự lãng phí này.[14]Ngược lại với cácphần mềmchiếm tài nguyên thấp có thể không nhất thiết phải viếtlại phù hợp cho các CPU đa nhân bởi điều đó là khôngcần thiết khi chúng không thể chiếm đến trên 10% nănglực xử lý trên một nhân (ví dụ như cácphần mềmtrợgiúp bỏ dấutiếng Việttrong soạn thảo văn bản chỉ yêucầu xử lý thấp)

Đa nhân và hệ điều hành

Khác vớiphần mềmthìhệ điều hànhcần thiết phải hỗtrợ các CPU đa nhân đa nhân và có thể tận dụng mọi

6 CHƯƠNG 3 CPU ĐA NHÂN

công nghệcủa CPU Nếu nhưhệ điều hànhkhông hỗ

trợ các CPU đa nhân thì chúng chỉ nhận dạng duy nhất

một bộ xử lý và có thể dẫn đến làm việc không ổn định

Hãy thử sử dụnghệ điều hành MS-DOSvới các ứng

dụng cũ sẽ nhận thấy chúng hoàn toàn có thể không

phù hợp và hoạt động nhanh hơn đối với các CPU thế

hệ trước đây bởi DOS và các hệ điều hànhWindows

3.X thường phù hợp hơn với các CPU 16 bit

Cáchệ điều hànhcòn được sử dụng trong những năm

2008thường hỗ trợ tốt đối với các CPU đa nhân bởi

chúng có thể nhận dạng các CPU đa nhân và phân các

luồng xử lý tới từng nhân để phân chia và cân bằng giữa

các ứng dụng đơn luồng tới từng nhân của CPU Để đạt

được sự hỗ trợ đa nhân, người sử dụng có thể cần đến

các bản nâng cấp hoàn chỉnh (service pack, thường viết

tắt là SP và một con số chỉ thứ tự) hoặc các bản nâng cấp

đơn lẻ Ví dụ vớiWindows 2000cần nâng cấp lên SP4,

Windows XPcần SP2, đôi khi có các bản nâng cấp riêng

lẻ dành riêng cho một vài loại CPU riêng biệt (ví dụ như

cho dòngCore 2 Duocủa Intel bằng bản KB936357-x86

ởWindows XP- SP2 củaMicroso)

Những hệ điều hành mới ra mắt gần đây dành cho

máy tính cá nhântất yếu phải hỗ trợ CPU đa nhân,

ví dụ nhưWindows VistacủaMicroso Chúng cũng

có các phiên bản riêng dành cho những nhóm người sử

dụng (người sử dụng ở gia đình, sử dụng trongdoanh

nghiệp…) và các phiên bản hỗ trợ xử lý 64 bit với giá

bán khác nhau để tiết kiệm hơn cho từng đối tượng sử

dụng

3.4.5 Đối nghịch với đa nhân: Thị trường

PC giá thấp

Khi mà các hãng sản xuấtCPUcó xu hướng phát triển

các sản phẩm CPU đa nhân như một tất yếu trong lịch

sử phát triển củamáy tínhthì vẫn còn một thị trường

không kém sôi động cho các vi xử lý một nhân Các bộ

xử lý cho máy tính rẻ tiền vẫn còn trong vòng ngắm

của các hãng sản xuất thiết bịphần cứng

Cả hai hãngAMDvàIntelvẫn có những kế hoạch sản

xuất CPU cho các máy tính rẻ tiền, dành cho người thu

nhập thấp (loại máy tính low-cost PC với giá dự định

thấp hơn 350 USD) Hãng Intel với chiến lược “5 năm,

một tỷ người” nhằm giúp thúc đẩy số người sử dụng

Internettrong năm năm tới thêm một tỷmáy tínhnữa

kết nối được với mạng toàn cầu (hiện nay số lượng

người sử dụng Internettrên thế giới ước tính là 1 tỷ

người sau 30 năm phát triển) Những kế hoạch củaIntel

không phải là quá xa vời khi hãng này chuẩn bị tung

ra bộCPU Diamond Viewcùng vớichipsetđi kèm dưới

dạngOEMvới giá khoảng 30USDvới sức mạnh tương

đương với CPUPentium Mmà hãng đã sản xuất trước

đây Mục tiêu của gói CPU-chipset này nhắm tới các

máy tính xách taygiá rẻ và các thiết bịInternetdi động

(mobile Internet device) của Intel[15]

Các hãng khác hoặc các dự án khác cũng đã chú ý đến

thị trường PC giá rẻ từ trước đó: Dự án “Mỗi trẻ em một

máy tính” OLPC (One Laptop Per Child) cũng được khởi

động đã lâu với giá thành dự định dưới 100USDcũng đãdần hạ giá thành những chiếcmáy tính xách taytheo

dự án đạt mức giá dự định Ngoài ra, cácthương hiệumáy tínhgiá rẻ nhưAsusEEPC, Intel Classmate cũngđang được triển khai[15]

Ngoài các CPU phục vụ cho cácmáy tính cá nhân,máychủ,máy trạmthì bộ vi xử lý nhúng lại là một thị trườngcòn lớn hơn nữa Rất ít người sử dụng hiểu được rằng

vi xử lý nhúngđã được sử dụng đến từngthiết bị giadụngtrongđời sống: từ những chiếcti vi,máy giặt, máyphát đĩaCD/DVD,đầu thu truyền hình số,điện thoại diđộng…đều sử dụng các bộvi xử lý nhúng Chúng chỉ làcác vi xử lý có tốc độ thấp và chưa cần thiết đến đa nhânnhưng theo thống kê những năm 2000 thì chúng chiếmđến 96% trên tổng số các vi xử lý nhúng[16], (cho đếnnay chúng có thể còn lớn hơn nữa do sự phát triển củasản phẩm dân dụng luôn lớn hơn so với những chiếcPC)

3.4.6 Nhận thức của người sử dụng

Nhận thức về tốc độ

Chỉ có một số ít những người sử dụng máy tính có thểhiểu được đúng về các thể loại CPU cũng như vềphầncứng máy tínhnói chung để có thể nhận rõ các côngnghệ trong các bộ xử lý cũng như các thành phần khácliên quan để một hệ thống có thể vận hành tối ưu Phầnđông số người sử dụng còn lại thường cho rằng tốc độ

xử lý của CPU là yếu tố hàng đầu để đánh giá mức độ

“có chạy nhanh hay không” ở một máy tính Chính vìvậy mà họ thường chọn một bộ xử lý có tốc độ cao

mà không chú ý đến các yếu tố còn lại như công nghệcủa bộ xử lý hoặc toàn bộ các thành phần khác để cấuthành lên một chiếcmáy tính Một số còn lựa chọn cácCPU hoàn toàn dựa trên cảm tính, chẳng hạn chọn loạiCeleroncủa Intelthay cho các bộ xử lýPentium vớimột lập luận rất đơn giản là tốc độ cao và giá rẻ, hoặcchọn một CPUPentium D thay vì chọn Core 2 Duobởi chúng cũng gồm hai nhân và có tốc độ cao hơn.Đây là các nhận thức không đúng bởi hiệu năng thực

tế mới là vấn đề đáng quan tâm nhất của các CPU Cáckết quả của quá trìnhbenchmark[17]thường phản ánhđúng hơn các hiệu quả làm việc khi so sánh giữa cácCPU

Một số người sử dụng lại cho rằng hai nhân giúp chotốc độ CPU được tăng gấp đôi Ví dụ một CPUCore 2Duosố hiệu E6420 có tốc độ 2,13 GHz (mỗi nhân) thì

cả hai nhân sẽ hoạt động với tốc độ 4,26 GHz (tăng gấpđôi) Điều này cũng không đúng bởi cả hai nhân khôngđồng thời cùng xử lý một ứng dụng và hai nhân khônggia tốc việc xử lý cùng một yêu cầu một cách nối tiếpnhau Nhiều kết quảbenchmarkcho thấy hiệu năngcủa CPU hai nhân đối với các ứng dụng bình thường(không được viết lại cho các CPU đa nhân) không tăng

3.5 CHÚ THÍCH 7

lên gấp đôi mà chúng chỉ tăng thêm khoảng 30%[18]

Nhiều ứng dụng nặng như cácphần mềmxử lýđồ hoạ,

biên tậpvideo,game 3Dchỉ hoạt động trên một nhân

của CPU đa nhân[14]

Nhận thức về tên gọi

Một số người sử dụng lại nhận thức nhầm về thông số

đặt tên của các CPU Hai hãng sản xuấtphần cứnggần

đây đã thay đổi ký hiệu cácCPUcủa họ theo các cách

khác nhau

• Intelđặt tên các sản phẩm của mình bằng một con

số thay vì chỉ để một số thông số chính vềFSBvà

tốc độ xử lý Ví dụ các CPU có số hiệu 830, 540,

640…các con số này thường làm người sử dụng so

sánh giữa các con số để hiểu về năng lực của CPU,

nhưng thực chất không phải như vậy bởi có các

CPUcó số hiệu thấp lại có hiệu năm cao hơn CPU

có số hiệu cao

• AMDđặt tên theo các con số có một quy luật khác

hơn mà được một số người cho rằng những thông

số đó tương đương với hiệu năng của một CPU

của hãng khác có cùng cấu trúc x86 Ví dụ 3800+,

4200+ nhằm hàm ý những CPU đó tương đương

với mộtCPUcủaIntelcó tốc độ xử lý 3800 Mhz,

4200 Mhz ực chất điều này chưa có cơ sở và

cũng không được giải thích chính thức bởi có thể

gây ra tranh cãi, kiện tụng giữa các hãng sản xuất

Nâng cấp vội vàng

Trước sự ra đời ồ ạt của các bộ xử lý đa nhân trong hai

năm gần đây, một số người sử dụng đã vội vã nâng cấp

CPU cho dù những công việc thường ngày của họ ít

cần đến xử lý đa luồng: chẳng hạn chỉ duyệtwebđọc

tin tức, soạn thảo văn bản, sử dụng với các bảng tính và

chơi cácgameđơn giản hoặc các game thế hệ cũ, không

cần xử lý3Dnhiều mà hệ thống cũ vẫn có thể đáp ứng

được[19] Trong trường hợp này tuy máy tính của họ

cũng được cải thiện về tốc độ, tuy nhiên thời điểm đầu

năm2008thì vẫn chưa phải là thời điểm nâng cấp hợp

lý khi mà các hãngphần cứngđang cạnh tranh và sẽ

xuất hiện nhiều thế hệchipsetmới mà chỉ chúng mới

hỗ trợ các công nghệCPUđa nhân sắp tới[20] Những sự

cạnh tranh như vậy luôn luôn thuận lợi hơn cho người

sử dụng bởi có thể sở hữu nhữngCPUđa nhân với giá

thành hạ hơn trước[21][22][23]

3.5 Chú thích

Nhằm tránh phải xem các quảng cáo, một số trang liên

kết ngoài dưới đây ở dạng “phiên bản trang web để in”,

xin vui lòng huỷ bỏ lệnh in nếu chúng xuất hiện.

[1] “Rockwell R65C00/21 Dual CMOS Microcomputer andR65C29 Dual CMOS Microprocessor”(PDF).RockwellInternational áng 10 năm 1984

[2] “Rockwell 1985 Data Book” (PDF) RockwellInternational Semiconductor Products Division

áng 1 năm 1985

[3] AMD chính thức định ngày phát hành Athlon 64

VnExpress (21/5/2005)

[4] Dual Processor hay Dual Core ICTnews (27/3/2007)

[5] Intel công bố chip 32 nm đầu tiên trên thế giới

[10] CPU đa lõi: Hướng tới tương lai VN Media (30/10/2007)

[11] Tám cách giúp tiết kiệm năng lượng cho một trung tâm

[15] “Việt Nam trong chiến lược 5 năm, 1 tỷ người của Intel”

PCWorld VN (A-01/08, tr.32)

[16] Bộ vi xử lý nhúng VnExpress (22/12/2000) [17] Benchmark là một quá trình dùng phần mềm thực thi nhiều ứng dụng giải định khác nhau, kết quả về thời gian đáp ứng xong ứng dụng, tốc độ thực thi…để tổng hợp lại thành một con số dùng để so sánh các hệ thống phần cứng khác nhau để đánh giá chung

[18] Bộ xử lý Core 2 Duo di động: không nhanh hơn nhiều

PC World VN (2006)

[19] Chip lõi đơn vẫn dùng tốt trên PC phổ thông VnExpress (29/8/2007)

[20] Lõi kép-Năng lực nhân đôi Số hoá (06/01/2006)

[21] Máy tính để bàn - Tăng lực bốn nhân PC World VN

[22] Intel giảm giá chip lõi tứ 50% VnExpress (28/7/2007)

[23] Intel giảm 40% chip lõi kép và lõi tứ VnExpress (24/4/2007)

8 CHƯƠNG 3 CPU ĐA NHÂN

Chương 4

Hệ thống nhúng

Hệ thống nhúng (tiếng Anh: embedded system) là một

thuật ngữ để chỉ một hệ thống có khả năng tự trị được

nhúng vào trong một môi trường hay một hệ thống

mẹ Đó là các hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần

mềm phục vụ các bài toán chuyên dụng trong nhiều

lĩnh vực công nghiệp, tự động hoá điều khiển, quan

trắc và truyền tin Đặc điểm của các hệ thống nhúng là

hoạt động ổn định và có tính năng tự động hoá cao

Hệ thống nhúng thường được thiết kế để thực hiện một

chức năng chuyên biệt nào đó Khác với các máy tính

đa chức năng, chẳng hạn như máy tính cá nhân, một hệ

thống nhúng chỉ thực hiện một hoặc một vài chức năng

nhất định, thường đi kèm với những yêu cầu cụ thể và

bao gồm một số thiết bị máy móc và phần cứng chuyên

dụng mà ta không tìm thấy trong một máy tính đa năng

nói chung Vì hệ thống chỉ được xây dựng cho một số

nhiệm vụ nhất định nên các nhà thiết kế có thể tối ưu

hóa nó nhằm giảm thiểu kích thước và chi phí sản xuất

Các hệ thống nhúng thường được sản xuất hàng loạt

với số lượng lớn Hệ thống nhúng rất đa dạng, phong

phú về chủng loại Đó có thể là những thiết bị cầm tay

nhỏ gọn như đồng hồ kĩ thuật số và máy chơi nhạc

MP3, hoặc những sản phẩm lớn như đèn giao thông,

bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ thống kiểm soát

các máy năng lượng hạt nhân Xét về độ phức tạp, hệ

thống nhúng có thể rất đơn giản với một vi điều khiển

hoặc rất phức tạp với nhiều đơn vị, các thiết bị ngoại vi

và mạng lưới được nằm gọn trong một lớp vỏ máy lớn

Các thiết bị PDA hoặc máy tính cầm tay cũng có một

số đặc điểm tương tự với hệ thống nhúng như các hệ

điều hành hoặc vi xử lý điều khiển chúng nhưng các

thiết bị này không phải là hệ thống nhúng thật sự bởi

chúng là các thiết bị đa năng, cho phép sử dụng nhiều

ứng dụng và kết nối đến nhiều thiết bị ngoại vi

4.1 Lịch sử

Hệ thống nhúng đầu tiên là Apollo Guidance Computer

(Máy tính Dẫn đường Apollo) được phát triển bởi

Charles Stark Draper tại phòng thí nghiệm của trường

đại học MIT Hệ thống nhúng được sản xuất hàng loạt

đầu tiên là máy hướng dẫn cho tên lửa quân sự vào năm

1961 Nó là máy hướng dẫn Autonetics D-17, được xây

dựng sử dụng những bóng bán dẫn và một đĩa cứng đểduy trì bộ nhớ Khi Minuteman II được đưa vào sản xuấtnăm 1996, D-17 đã được thay thế với một máy tính mới

sử dụng mạch tích hợp Tính năng thiết kế chủ yếu củamáy tính Minuteman là nó đưa ra thuật toán có thể lậptrình lại sau đó để làm cho tên lửa chính xác hơn, vàmáy tính có thể kiểm tra tên lửa, giảm trọng lượng củacáp điện và đầu nối điện

Từ những ứng dụng đầu tiên vào những năm 1960, các

hệ thống nhúng đã giảm giá và phát triển mạnh mẽ vềkhả năng xử lý Bộ vi xử lý đầu tiên hướng đến ngườitiêu dùng là Intel 4004, được phát minh phục vụ máytính điện tử và những hệ thống nhỏ khác Tuy nhiên

nó vẫn cần các chip nhớ ngoài và những hỗ trợ khác.Vào những năm cuối 1970, những bộ xử lý 8 bit đã đượcsản xuất, nhưng nhìn chung chúng vẫn cần đến nhữngchip nhớ bên ngoài

Vào giữa thập niên 80, kỹ thuật mạch tích hợp đã đạttrình độ cao dẫn đến nhiều thành phần có thể đưa vàomột chip xử lý Các bộ vi xử lý được gọi là các vi điềukhiển và được chấp nhận rộng rãi Với giá cả thấp, các

vi điều khiển đã trở nên rất hấp dẫn để xây dựng các hệthống chuyên dụng Đã có một sự bùng nổ về số lượngcác hệ thống nhúng trong tất cả các lĩnh vực thị trường

và số các nhà đầu tư sản xuất theo hướng này Ví dụ, rấtnhiều chip xử lý đặc biệt xuất hiện với nhiều giao diệnlập trình hơn là kiểu song song truyền thống để kếtnối các vi xử lý Vào cuối những năm 80, các hệ thốngnhúng đã trở nên phổ biến trong hầu hết các thiết bịđiện tử và khuynh hướng này vẫn còn tiếp tục cho đếnnay

Cho đến nay, khái niệm hệ thống nhúng được nhiềungười chấp nhận nhất là: hệ thống thực hiện một sốchức năng đặc biệt có sử dụng vi xử lý Không có hệthống nhúng nào chỉ có phần mềm

10 CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG NHÚNG

các hệ thống máy tính đa chức năng Một số hệ thống

đòi hỏi ràng buộc về tính hoạt động thời gian thực để

đảm bảo độ an toàn và tính ứng dụng; một số hệ thống

không đòi hỏi hoặc ràng buộc chặt chẽ, cho phép đơn

giản hóa hệ thống phần cứng để giảm thiểu chi phí sản

xuất

• Một hệ thống nhúng thường không phải là một khối

riêng biệt mà là một hệ thống phức tạp nằm trong thiết

bị mà nó điều khiển

• Phần mềm được viết cho các hệ thống nhúng được gọi

là firmware và được lưu trữ trong các chip bộ nhớ ROM

hoặc bộ nhớ flash chứ không phải là trong một ổ đĩa

Phần mềm thường chạy với số tài nguyên phần cứng

hạn chế: không có bàn phím, màn hình hoặc có nhưng

với kích thước nhỏ, dung lượng bộ nhớ thấp Sau đây, ta

sẽ đi sâu, xem xét cụ thể đặc điểm của các thành phần

của hệ thống nhúng

4.2.1 Giao diện

Các hệ thống nhúng có thể không có giao diện (đối với

những hệ thống đơn nhiệm) hoặc có đầy đủ giao diện

giao tiếp với người dùng tương tự như các hệ điều hành

trong các thiết bị để bàn Đối với các hệ thống đơn giản,

thiết bị nhúng sử dụng nút bấm, đèn LED và hiển thị

chữ cỡ nhỏ hoặc chỉ hiển thị số, thường đi kèm với một

hệ thống menu đơn giản

Còn trong một hệ thống phức tạp hơn, một màn hình

đồ họa, cảm ứng hoặc có các nút bấm ở lề màn hình cho

phép thực hiện các thao tác phức tạp mà tối thiểu hóa

được khoảng không gian cần sử dụng; ý nghĩa của các

nút bấm có thể thay đổi theo màn hình và các lựa chọn

Các hệ thống nhúng thường có một màn hình với một

nút bấm dạng cần điểu khiển (joystick buon) Sự phát

triển mạnh mẽ của mạng toàn cầu đã mang đến cho

những nhà thiết kế hệ nhúng một lựa chọn mới là sử

dụng một giao diện web thông qua việc kết nối mạng

Điều này có thể giúp tránh được chi phí cho những màn

hình phức tạp nhưng đồng thời vẫn cung cấp khả năng

hiển thị và nhập liệu phức tạp khi cần đến, thông qua

một máy tính khác Điều này là hết sức hữu dụng đối

với các thiết bị điều khiển từ xa, cài đặt vĩnh viễn Ví

dụ, các router là các thiết bị đã ứng dụng tiện ích này

4.2.2 Kiến trúc CPU

Các bộ xử lý trong hệ thống nhúng có thể được chia

thành hai loại: vi xử lý và vi điều khiển Các vi điều

khiển thường có các thiết bị ngoại vi được tích hợp

trên chip nhằm giảm kích thước của hệ thống Có rất

nhiều loại kiến trúc CPU được sử dụng trong thiết kế

hệ nhúng như ARM, MIPS, Coldfire/68k, PowerPC, x86,

PIC, 8051, Atmel AVR, Renesas H8, SH, V850, FR-V,

M32R, Z80, Z8 … Điều này trái ngược với các loại máy

tính để bàn, thường bị hạn chế với một vài kiến trúc

máy tính nhất định Các hệ thống nhúng có kích thước

nhỏ và được thiết kế để hoạt động trong môi trườngcông nghiệp thường lựa chọn PC/104 và PC/104++ làmnền tảng Những hệ thống này thường sử dụng DOS,Linux, NetBSD hoặc các hệ điều hành nhúng thời gianthực như QNX hay VxWorks Còn các hệ thống nhúng

có kích thước rất lớn thường sử dụng một cấu hìnhthông dụng là hệ thống on chip (System on a chip –SoC), một bảng mạch tích hợp cho một ứng dụng cụthể (an application-specific integrated circuit – ASIC).Sau đó nhân CPU được mua và thêm vào như một phầncủa thiết kế chip Một chiến lược tương tự là sử dụngFPGA (field-programmable gate array) và lập trình cho

nó với những thành phần nguyên lý thiết kế bao gồm

• Universal Serial Bus (USB)

• Networks: Controller Area Network, LonWorks…

• Bộ định thời: PLL(s), Capture/Compare và TimeProcessing Units

• Discrete IO: General Purpose Input/Output (GPIO)

4.2.4 Công cụ phát triển

Tương tự như các sản phẩm phần mềm khác, phần mềm

hệ thống nhúng cũng được phát triển nhờ việc sử dụngcác trình biên dịch (compilers), chương trình dịch hợpngữ (assembler) hoặc các công cụ gỡ rối (debuggers).Tuy nhiên, các nhà thiết kế hệ thống nhúng có thể sửdụng một số công cụ chuyên dụng như:

• Bộ gỡ rối mạch hoặc các chương trình mô phỏng(emulator)

• Tiện ích để thêm các giá trị checksum hoặc CRC vàochương trình, giúp hệ thống nhúng có thể kiểm tra tínhhợp lệ của chương trình đó

• Đối với các hệ thống xử lý tín hiệu số, người pháttriển hệ thống có thể sử dụng phần mềm workbenchnhư MathCad hoặc Mathematica để mô phỏng các phéptoán

• Các trình biên dịch và trình liên kết (linker) chuyêndụng được sử dụng để tối ưu hóa một thiết bị phầncứng

• Một hệ thống nhúng có thể có ngôn ngữ lập trình vàcông cụ thiết kế riêng của nó hoặc sử dụng và cải tiến

từ một ngôn ngữ đã có sẵn

4.3 CÁC KIẾN TRÚC PHẦN MỀM HỆ THỐNG NHÚNG 11

Các công cụ phần mềm có thể được tạo ra bởi các công

ty phần mềm chuyên dụng về hệ thống nhúng hoặc

chuyển đổi từ các công cụ phát triển phần mềm GNU

Đôi khi, các công cụ phát triển dành cho máy tính cá

nhân cũng được sử dụng nếu bộ xử lý của hệ thống

nhúng đó gần giống với bộ xử lý của một máy PC thông

dụng

4.2.5 Độ tin cậy

Các hệ thống nhúng thường nằm trong các cỗ máy

được kỳ vọng là sẽ chạy hàng năm trời liên tục mà

không bị lỗi hoặc có thể khôi phục hệ thống khi gặp

lỗi Vì thế, các phần mềm hệ thống nhúng được phát

triển và kiểm thử một cách cẩn thận hơn là phần mềm

cho máy tính cá nhân Ngoài ra, các thiết bị rời không

đáng tin cậy như ổ đĩa, công tắc hoặc nút bấm thường

bị hạn chế sử dụng Việc khôi phục hệ thống khi gặp lỗi

có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật

như watchdog timer – nếu phần mềm không đều đặn

nhận được các tín hiệu watchdog định kì thì hệ thống

sẽ bị khởi động lại

Một số vấn đề cụ thể về độ tin cậy như:

• Hệ thống không thể ngừng để sửa chữa một cách an

toàn, ví dụ như ở các hệ thống không gian, hệ thống

dây cáp dưới đáy biển, các đèn hiệu dẫn đường,… Giải

pháp đưa ra là chuyển sang sử dụng các hệ thống con

dự trữ hoặc các phần mềm cung cấp một phần chức

năng

• Hệ thống phải được chạy liên tục vì tính an toàn, ví dụ

như các thiết bị dẫn đường máy bay, thiết bị kiểm soát

độ an toàn trong các nhà máy hóa chất,… Giải pháp đưa

ra là lựa chọn backup hệ thống

• Nếu hệ thống ngừng hoạt động sẽ gây tổn thất rất

nhiều tiền của ví dụ như các dịch vụ buôn bán tự động,

hệ thống chuyển tiền, hệ thống kiểm soát trong các nhà

4.3.1 Vòng lặp kiểm soát đơn giản

eo thiết kế này, phần mềm được tổ chức thành một

vòng lặp đơn giản Vòng lặp gọi đến các chương trình

con, mỗi chương trình con quản lý một phần của hệ

thống phần cứng hoặc phần mềm

4.3.2 Hệ thống ngắt điều khiển

Các hệ thống nhúng thường được điểu khiển bằng cácngắt Có nghĩa là các tác vụ của hệ thống nhúng đượckích hoạt bởi các loại sự kiện khác nhau Ví dụ, mộtngắt có thể được sinh ra bởi một bộ định thời sau mộtchu kỳ được định nghĩa trước, hoặc bởi sự kiện khi cổngnối tiếp nhận được một byte nào đó

Loại kiến trúc này thường được sử dụng trong các hệthống có bộ quản lý sự kiện đơn giản, ngắn gọn và cần

độ trễ thấp Hệ thống này thường thực hiện một tác vụđơn giản trong một vòng lặp chính Đôi khi, các tác vụphức tạp hơn sẽ được thêm vào một cấu trúc hàng đợitrong bộ quản lý ngắt để được vòng lặp xử lý sau đó.Lúc này, hệ thống gần giống với kiểu nhân đa nhiệmvới các tiến trình rời rạc

4.3.3 Đa nhiệm tương tác

Một hệ thống đa nhiệm không ưu tiên cũng gần giốngvới kỹ thuật vòng lặp kiểm soát đơn giản ngoại trừ việcvòng lặp này được ẩn giấu thông qua một giao diện lậptrình API Các nhà lập trình định nghĩa một loạt cácnhiệm vụ, mỗi nhiệm vụ chạy trong một môi trườngriêng của nó Khi không cần thực hiện nhiệm vụ đó thì

nó gọi đến các tiến trình con tạm nghỉ (bằng cách gọi

“pause”, “wait”, “yield” …)

Ưu điểm và nhược điểm của loại kiến trúc này cũnggiống với kiểm vòng lặp kiểm soát đơn giản Tuy nhiên,việc thêm một phần mềm mới được thực hiện dễ dànghơn bằng cách lập trình một tác vụ mới hoặc thêm vàohàng đợi thông dịch (queue-interpreter)

4.3.4 Đa nhiệm ưu tiên

Ở loại kiến trúc này, hệ thống thường có một đoạn mã

ở mức thấp thực hiện việc chuyển đổi giữa các tác vụkhác nhau thông qua một bộ định thời Đoạn mã nàythường nằm ở mức mà hệ thống được coi là có một hệđiều hành và vì thế cũng gặp phải tất cả những phứctạp trong việc quản lý đa nhiệm

Bất kỳ tác vụ nào có thể phá hủy dữ liệu của một tác vụkhác đều cần phải được tách biệt một cách chính xác.Việc truy cập tới các dữ liệu chia sẻ có thể được quản lýbằng một số kỹ thuật đồng bộ hóa như hàng đợi thôngđiệp (message queues), semaphores … Vì những phứctạp nói trên nên một giải pháp thường được đưa ra đó

là sử dụng một hệ điều hành thời gian thực Lúc đó, cácnhà lập trình có thể tập trung vào việc phát triển cácchức năng của thiết bị chứ không cần quan tâm đến cácdịch vụ của hệ điều hành nữa

12 CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG NHÚNG

4.3.5 Vi nhân (Microkernel) và nhân ngoại

(Exokernel)

Khái niệmvi nhân(microkernel) là một bước tiếp cận

gần hơn tới khái niệm hệ điều hànhthời gian thực Lúc

này, nhân hệ điều hành thực hiện việc cấp phát bộ nhớ

và chuyển CPU cho các luồng thực thi Còn cáctiến

trìnhngười dùng sử dụng các chức năng chính như hệ

thống file, giao diện mạng lưới,… Nói chung, kiến trúc

này thường được áp dụng trong các hệ thống mà việc

chuyển đổi và giao tiếp giữa các tác vụ là nhanh

Còn nhân ngoại (exokernel) tiến hành giao tiếp hiệu

quả bằng cách sử dụng các lời gọi chương trình con

thông thường Phần cứng và toàn bộ phần mềm trong

hệ thống luôn đáp ứng và có thể được mở rộng bởi các

ứng dụng

4.3.6 Nhân khối (monolithic kernels)

Trong kiến trúc này, một nhân đầy đủ với các khả năng

phức tạp được chuyển đổi để phù hợp với môi trường

nhúng Điều này giúp các nhà lập trình có được một

môi trường giống với hệ điều hành trong các máy để

bàn như Linux hay Microso Windows và vì thế rất

thuận lợi cho việc phát triển Tuy nhiên, nó lại đòi

hỏi đáng kể các tài nguyên phần cứng làm tăng chi

phí của hệ thống Một số loại nhân khối thông dụng

là Embedded Linux và Windows CE Mặc dù chi phí

phần cứng tăng lên nhưng loại hệ thống nhúng này

đang tăng trưởng rất mạnh, đặc biệt là trong các thiết

bị nhúng mạnh như Wireless router hoặc hệ thống định

vị GPS Lý do của điều này là:

• Hệ thống này có cổng để kết nối đến các chip nhúng

thông dụng

• Hệ thống cho phép sử dụng lại các đoạn mã sẵn có

phổ biến như các trình điều khiển thiết bị, Web Servers,

Firewalls, …

• Việc phát triển hệ thống có thể được tiến hành với

một tập nhiều loại đặc tính, chức năng còn sau đó lúc

phân phối sản phẩm, hệ thống có thể được cấu hình

để loại bỏ một số chức năng không cần thiết Điều này

giúp tiết kiệm được những vùng nhớ mà các chức năng

đó chiếm giữ

• Hệ thống có chế độ người dùng để dễ dàng chạy các

ứng dụng và gỡ rối Nhờ đó, quy trình phát triển được

thực hiện dễ dàng hơn và việc lập trình có tính linh

động hơn

• Có nhiều hệ thống nhúng thiếu các yêu cầu chặt chẽ

về tính thời gian thực của hệ thống quản lý Còn một

hệ thống như Embedded Linux có tốc độ đủ nhanh để

trả lời cho nhiều ứng dụng Các chức năng cần đến sự

phản ứng nhanh cũng có thể được đặt vào phần cứng

4.4 Tham khảo

Chương 5

Hệ thống trên một vi mạch

Hệ thống trên một vi mạ hay có thể gọi “hệ thống

trên ip”, (trongtiếng Anh gọi là system-on-a-chip,

viết tắt là SoC hay SOC) là một hệ thống điện tử được

xây dựng trên một đế silicon với ý tưởng ban đầu là

tích hợp tất cả các thành phần của mộthệ thống máy

tínhlên trên mộtvi mạchđơn (hay còn gọi là mộtchip

đơn) Hệ thống SoC này có thể bao gồm các khối chức

năngsố,tương tự, tín hiệu kết hợp (mixed-signal) và cả

các khối tần số radio (RF) Ứng dụng điển hình của các

hệ thống trên một vi mạch là cáchệ thống nhúng

Hệ thống trên một vi mạch đôi khi còn được gọi là hệ

thống đơn ip hay hệ thống “sốc” (SoC).

Một hệ thống máy tính điển hình bao gồm một loạt các

mạch tích hợp cho phép thực hiện các nhiệm vụ khác

nhau Các mạch tích hợp này có thể là:

• bộ vi xử lý(microprocessor)

• bộ nhớ(RAM, ROM)

• khối truyền thông nối tiếp UART

• các cổng song song (parallel port)

• khối điều khiển truy xuất bộ nhớ trực tiếp (DMA

controller)

Sự phát triển gần đây củacông nghệ bán dẫncho phép

chúng ta tích hợp ngày càng nhiều thành phần vào một

hệ thống trên mộtvi mạch SoC có thể tích hợp thêm

các khối như: bộ xử lý tín hiệu số, bộ mã hóa, giải mã

Viterbi, Turbo,… tùy theo yêu cầu của từng ứng dụng

Các thiết kế SoC thường tiêu tốn ít năng lượng và có

giá thành thấp hơn các hệ thống đa chip nếu so sánh

cùng một thiết kế Ngoài ra, hệ thống đơn chip cũng có

tính ổn định cao hơn Các ứng dụng xây dựng trên cơ

sở sử dụng các hệ thống đơn chip cũng cho giá thành

thấp hơn, không gian chiếm chỗ ít hơn

5.1 Tham khảo 5.2 Liên kết ngoài

• TDK electric power meter IC- a typical signal system on chip

mixed-• SOCCAnnualIEEEInternational SOC Conference

• MIPS-basedSoCsatlinux-mips.org

13

Chương 6

I²C

I²C, viết tắt của từ tiếng Anh "Inter-Integrated Circuit",

là một loạibus nối tiếpđược phát triển bởi hãng sản

xuất linh kiện điện tửPhilips Ban đầu, loại bus này

chỉ được dùng trong cáclinh kiện điện tửcủa Philips

Sau đó, do tính ưu việt và đơn giản của nó, I²C đã được

chuẩn hóa và được dùng rộng rãi trong các mô đun

truyền thông nối tiếpcủavi mạch tích hợpngày nay

6.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

I²C sử dụng hai đường truyềntín hiệu: một đườngxung

nhịp đồng hồ(SCL) và một đường dữ liệu(SDA) SCL và

SDA luôn được kéo lên nguồn bằng mộtđiện trở kéo

lêncó giá trị xấp xỉ 4,7 KOhm Các chế độ hoạt động

của I²C bao gồm:

• Chế độ chuẩn (standard mode) hoạt động ở tốc độ

100 Kbit/s

• Chế độ tốc độ thấp (low-speed mode) hoạt động ở

tốc độ 10 Kbit/s

Tần số xung nhịp đồng hồ có thể xuống 0 Hz I²C sử

dụng 7 bit đểđịnh địa chỉ, do đó trên một bus có thể

định địa chỉ tới 112 nút, 16 địa chỉ còn lại được sử dụng

vào mục đích riêng Điểm mạnh của I²C chính là hiệu

suất và sự đơn giản của nó: mộtkhối điều khiển trung

tâmcó thể điều khiển cả một mạng thiết bị mà chỉ cần

hai lối ra điều khiển

(bằngtiếng Anh)

• http://www.i2c-bus.org

14

Chương 7

IEEE 1394

IEEE 1394 là một chuẩn giao tiếp với băng thông cao

doIEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)

công bố vào cuối năm 1995 (theo thứ tự công bố chuẩn

thứ 1394 như một sự tình cờ hoặc là lý do để chuẩn này

được đặt tên như vậy)

IEEE 1394 cũng còn được biết đến với tên

khác như: FireWire (hãng Apple ) i.LINK (hãng

Sony ) bởi bản thân IEEE 1394 không phải là

một loại cổng, chúng chỉ là một chuẩn giao tiếp

để các hãng phần cứng khác phát triển ra các

cổng giao tiếp dựa trên chuẩn này nếu được

chấp nhận rộng rãi.

7.1 IEEE 1394

Tiêu chuẩn chung nhất của IEEE 1394 là IEEE 1394a

hoặc IEEE 1394a-2000 với con số 2000 là năm mà chuẩn

được giới thiệu

Chuẩn IEEE 1394b được giới thiệu vào đầu năm 2003,

chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 800 Mbps và còn

có khả năng mở rộng lên 3.200 Mbps trong tương lai

IEEE 1394b có tốc độ cao hơn các chuẩn IEEE 1394/IEEE

1394a bởi vì chúng hỗ trợ các công nghệ mạng bằng cáp

quang và các cáp theo Category 5 UTP IEEE 1394b hoàn

toàn tương thích ngược với các thiết bị theo chuẩn IEEE

1394a

7.1.1 IEEE 1394a

IEEE 1394a hiện tại hỗ trợ các mức băng thông 100

Mbps, 200 Mbps, và 400 Mbps (tương ứng 12,5 MBps, 25

MBps, và 50 MBps) IEEE 1394 cho phép kết nối đồng

thời đến 63 thiết bị bằng các hình thức phân nhánh

IEEE 1394a dùng cáp 6 sợi, trong đó 4 sợi cho truyền

tín hiệu, 2 sợi cho cung cấp nguồn điện Tuy nhiên một

loại đầu cắm nhỏ hơn dùng cho các thiết bị tự cung cấp

năng lượng chỉ có 4 sợi, trong đó không bố trí 2 sợi cung

cấp điện năng Các DV camcorder thường sử dụng loại

giao tiếp IEEE 1394 có 4 sợi bởi chúng tự cung cấp năng

lượng qua pin hoặc có nguồn điện riêng

• Tự sửa chữa lỗi (Self-healing loops)

• Hỗ trợ các cáp dài hơn.

• Hỗ trợ cáp CAT5 cũng như cáp quang.

IEEE 1394b có thể giao tiếp với nhiều loại thiết bị có

sử dụng các chuẩn giao tiếp theo chuẩn này thông quacác loại cáp chuyển đổi số chân cắm: 9 chân -> 6 chânhoặc 4 chân để phù hợp với các thiết bị sử dụng cáccổng giao tiếp theo chuẩn IEEE 1394a

Các loại cáp sử dụng với IEEE 1394b bao gồm:

• Beta: Chỉ dùng riêng với IEEE 1394b (không tương

thích với IEEE 1394a)

• Bilingual: Cáp loại này dùng đồng thời cho các

thiết bị IEEE 1394a/b, giúp các cổng theo IEEE1394b sử dụng tương thích ngược với các thiết bịtheo chuẩn thế hệ trước nó Có hai loại: 9 chânsang 6 chân và 9 chân ra 4 chân giúp việc tươngthích giữa hai chuẩn a/b

7.2 IEEE 1394 trong máy tính ngày nay

7.2.1 IEEE 1394 tích hợp

Ở các máy tính cá nhân phổ thông có giá thành thấp,chuẩn này chưa được đưa vào sử dụng bởi chúng làmtăng giá thành sản phẩm Ở các hệ máy tính tầm trung

và cao cấp chúng đã được tích hợp sẵn vàobo mạchchủ

Nhiều bo mạch chủ bán rời cho các người dùng tự lắpráp máy tính cũng được tích hợp các cổng IEEE 1394

ở dòng sản phẩm trung và cao cấp (đa số chúng có giá15

16 CHƯƠNG 7 IEEE 1394

lớn hơn 100 USD ở thời điểm cuối năm 2007)

Một số bo mạch âm thanh thuộc dòng cao cấp cũng

Cũng giống như các giao tiếp khác có nhu cầu sử dụng

trên các máy tính cá nhân nhưng không được tích

hợp sẵn, một số nhà sản xuất phần cứng đã sản xuất

các bo mạch cung cấp các cổng I/O như IEEE 1394

Chúng thường được gắn vào các khe PCI trong máy

tính Không những phục vụ cho các máy tính cá nhân

để bàn, nếu cácmáy tính xách taychưa được tích hợp

các sẵn cổng giao tiếp theo chuẩn IEEE 1394 thì có thể

sử dụng các PCMCIA card để mở rộng ra các cổng theo

chuẩn IEEE 1394

7.2.3 Ứng dụng và phát triển

Do sự các thiết bị cần băng thông cao chưa phổ biến

trong người tiêu dùng nên các cổng IEEE 1394 chưa

được thôi thúc tích hợp sẵn trên tất cả các máy tính

cá nhân Đa số các thiết bị ngoại vi hiện nay chỉ khai

thác đến bus USB như:ổ usb flash,bàn phím,chuột…,

giao tiếp với cácmáy ảnh sốdo tốc độ truy cập dữ liệu

còn chậm nên cũng chỉ sử dụng USB Mặt khác USB 2.0

với băng thông 480 Mbps cũng đáp ứng khá tốt cho các

thiết bị kể trên

IEEE 1394 mới chỉ được khai thác ở các ứng dụng cần

băng thông lớn, đặc biệt là (một số trong chúng vẫn

chưa phổ biến với chuẩn này):

• DV cameras: Hầu hết các DV camera (digital

camera) ngày nay được tích hợp sẵn một cổng

IEEE 1394 (nên IEEE 1394 còn quen được gọi là

cổng DV hay DV port) Sự lựa chọn giao tiếp với

chuẩn IEEE 1394 bởi chúng đáp ứng với băng

thông cho video Nhiều phần mềm, tiện ích kèm

theo các DV camera này được phát triển trên nền

chuẩn IEEE 1394 như: chuyển video từ DV cam

sang PC, convert các định dạng video trực tiếp

theo thời gian thực khi chuyển…

• Các ổ đĩa cứng gắn ngoài và các thiết bị lưu trữ

khác gắn ngoài khác yêu cầu băng thông cao, như:

ổ đĩa quang(ổ CD, ổ DVD)

• Cácmáy quétcao cấp với độ phân giải cao

• Kết nối các máy tính với nhau với băng thông cao.

Trong tương lai, khi mà nhiều thiết bị sử dụng các

chuẩn IEEE 1394 thì chúng có thể thay thế các giao tiếp

USB đang phổ biến hiện nay cũng như USB đã thay thế

các cổng tuần tự và song song thế hệ trước nó

Chương 8

Máy in laser

Máy in laser màu Fuji Xerox C1110B

Máy in laser (đọc là máy in la-de) là một loại

máy in thông dụng có khả năng in rất nhanh các

văn bản có chất lượng cao trên giấy trắng Cùng

với máy photocopy kỹ thuật số và máy in đa chức

năng(Multifunctionprinters = MFPs), máy in thực thi

một quá trình in xerographic nhưng khác với máy

photocopy tỷ biến ở chỗ hình ảnh trên giấy được in

bằng việc quét trực tiếp các chùm tia la-de hướng sang

thụ quan ánh sáng của máy

- Là một trong những máy in tĩnh điện gián tiếp

- Phần quan trọng nhất của máy in laser là trống cảm

quang được phủ một lớp phim hợp chất selen nhạy sáng

có đặc điểm là trong bóng tối nó có điện trở rất cao và

hoạt động như một tụ điện

- Trống được tích điện cao thế khi lăn qua dây tích điện

8.2.1 Hoạt động

• Tia laser được quét lên trống cảm quang qua

gương đa giác quay liên tục-> tia laser lần lượtquét lên bề mặt trống.(Tia này có cường độ mạnhhay yếu tùy thuộc vào độ đậm nhạt của từng điểmảnh và nó chiếu lên bề mặt trống làm giảm điệntrở của lớp phim trên đó)

• Tại những vị trí khác nhau tia laser chiếu có cường

độ khác nhau -> có điện trở khác nhau -> khi lănqua dây tích điện cao thế sẽ có điện tích lớn nhỏkhác nhau

• Những vị trí điện tích thấp (~0) thì không hút

mực,còn những vị trí có điện tích cao sẽ hút mực

• Lượng mực nhiều hay ít tùy vào cường độ của

điểm tích điện khi trống lăn qua hộp mực tạo nênnội dung của trang cần in

• Khi giấy lăn qua trống, nội dung của trang cần in

được truyền lên giấy

• Bột mực được nấu chảy khi tờ giấy đi qua trục sấy.

Nhiệt độ của trục sấy khoảng 260oC và cùng vớilực ép của trục sấy mực in nóng chảy sẽ được ấnchặt lên giấy

• Máy in laser màu có nguyên tắc làm việc tương tự

như máy in laser đen trắng, chỉ khác là thay vì cóhộp mực cho các màu cơ bản: đen, vàng, Magenta

và Cyan, phối hợp các màu này sẽ cho phép in màuthần kì

18 CHƯƠNG 8 MÁY IN LASER

• Detailed description, modelling and simulation of

the electrophotographic print process (technical;

7.2MB)

• Những điều cần biết khi muốn mua máy in laser

màu

Chương 9

Loa máy tính

Xem nghĩa khác của loa từ bài Loa (định

hướng)

Loa máy tính là thiết bị dùng để phát ra âm thanh phục

vụ nhu cầu làm việc và giải trí của con người với máy

tính cần đến âm thanh Loa máy tính thường được kết

nối với máy tính thông qua ngõ xuất audio củacard âm

thanhtrên máy tính

Loa máy tính gắn ngoài dùng cho phát âm thanh phục

vụ giao tiếp và giải trí thường được tích hợp sẵn mạch

công suất, do đó loa máy tính có thể sử dụng trực tiếp

với các nguồn tín hiệu đầu vào mà không cần đến bộ

khuếch đại công suất (amply).

Loa máy tính cũng có thể là mộtloa điện độngkết nối

vớimainboardhoặc một loa gốm tích hợp sẵn trong

maiboard với chức năng phát tiếng kêu trong quá trình

khởi động máy tính (POST) để đưa ra thông báo về tình

trạngphần cứng(tùy theo hãng sản xuất bios mà có các

“mã bíp” riêng, người sử dụng có thể chẩn đoán lỗi (nếu

xuất hiện) thông qua mã bíp của chúng…

Một chiếc loa trong thùng máy tính

Trong một số trường hợp tai nghe (headphone) được sử

dụng thay thế cho loa máy tính (thích hợp trong công

sở, phòng games hoặc các tụ điểm truy cập Internet có

nhiều máy trong một không gian giới hạn) Về cấu tạo,

nó cũng là những chiếc loa có kích thước nhỏ gọn, công

suất thấp, thiết kế để người dùng có thể đeo vào tai

(và thường tích hợp thêm micro) Loại này cắm thẳng

vào card âm thanh mà không cần mạch khuếch đại (trừ

dạng tai nghe không dây có mạch phát và khuếch đại

trực tiếp), chúng có thể được gắn thêmbiến trởđể điềuchỉnh âm lượng phù hợp với âm lượng muốn nghe

Loa và máy tính

Phần dưới đây trình bày về loa máy tính theo cách hiểu

là loại thiết bị phát âm thanh gắn ngoài phục vụ nhucầu giải trí của người sử dụng máy tính cá nhân

9.1 Đặc điểm của loa máy tính

Loa máy tính (loại gắn ngoài) thường được thiết kế kếthợp các loa thông thường trở thành các hệ thống loanhỏ gọn phù hợp với người sử dụng máy tính Nếu sửdụng để nghe nhạc, xem video thì chất lượng âm thanhcảm nhận từ các hệ thống loa máy tính có thể kém hơn19

20 CHƯƠNG 9 LOA MÁY TÍNH

so với hệ thống âm thanh giải trí dân dụng Nhưng với

mục đích giải trí khác biệt như chơi games thì hệ thống

loa dân dụng không thể đáp ứng được

9.1.1 Đặc điểm thiết kế

Loa vệ tinh thường được đặt gầnmàn hình máy tính

nên chúng thường được chế tạo với vỏ loa chống từ

trường Do cấu tạo của loa sử dụng các nam châm vĩnh

cửu nên việc đặt cạnh các màn hình CRT có thể gây nên

hiện tượng nhiễm từ đối với màn hình, do đó lớp vỏ loa

vệ tinh được bọc một lớp kim loại có khả năng ngăn

chặn từ trường ảnh hưởng ra không gian bên ngoài

Ở loa tầm trung và tầm thấp, loa vệ tinh thường chỉ sử

dụng một loa hoặc hai loa nhưng cùng kích thước màng

loa nên chưa tái hiện đầy đủ dải âm trung và giải cao,

trong trường hợp này người sử dụng có thể gắn thêm

một loa tăng cường tiếng treble (nên sử dụng các loa

cóc dụng cho hệ thống loa dân dụng) thông qua một tụ

(tụ giấy hoặc tụ hóa) dung lượng 1 đến 4,7 micro fara,

điện áp tối thiểu 50V

Loa trầm thường có thùng loa gắn các linh kiện của bộ

khuếch đại công suất nên cần giải quyết các vấn đề:

ùng loa thường được thiết kế để nén và

cộng hưởng âm Với nguyên lý nén giống như

các loa nén (tên gọi khác: loa nón).

Mạch công suất phải được thiết kế đặc biệt

với các linh kiện được đổ keo định vị chống

rung; Hệ thống tản nhiệt bố trí hợp lý ra

phía ngoài thùng để tránh làm tăng nhiệt độ

thùng; Nguồn điện phải được chống nhiễu

tuyệt đối với các dây tín hiệu tương tự đầu

vào để tránh tạo âm nhiễu tại loa

Với một số hệ thống loa máy tính dùng amply rời thì

có nhiều thuận lợi hơn trong thiết kế (nên có thể cho

chất lượng cao hơn), tuy nhiên giá thành các hệ thống

này thường cao hơn, thường nhắm vào người sử dụng

cao cấp

9.1.2 Sự khác biệt với hệ thống loa giải trí

dân dụng

Sự thua kém của hệ thống loa máy tính thường là chất

lượng âm trầm Đối với hệ thống loa dân dụng do có

các thùng loa kích thước lớn, với ít nhất hai thùng loa

nên tạo ra âm trầm chắc, mạnh Loa máy tính chỉ bao

gồm một thùng loa trầm, màng loa kích thước giới hạn,

thùng loa bị chiếm nhiều diện tích bởi các linh kiện chế

tạo amply nên cho âm thanh thường không đạt như hệ

thống loa dân dụng

Sự lợi thế hơn ở loa máy tính là khi sử dụng chơi games

trên máy tính: với các hệ thống loa 5.1 hoặc 7.1 sẽ diễn

tả đầy đủ âm thanh của games Games thủ có thể hòa

mình và cảm nhận mọi âm thanh từ các hướng tronggames để định hướng chính xác cho nhân vật mìnhnhập vai hoặc khi đua xe, games thủ có thể nhận rõ

xe đối phương ở phía sau, vượt bên phải hay bên tráimình

Khi mà hiện nay phim DVD trở lên thông dụng thaythế cho các thể loại phim phát hành trên VCD thì sựthưởng thức phim trở lên hoàn hảo hơn với hệ thốngloa máy tính bởi tái hiện đầy đủ âm thanh trong phim,sống động với nhân vật với các hệ thống loa 5.1 (trởlên) thì loa máy tính tỏ ra lợi thế bởi các hệ thống loadân dụng mới chỉ thông dụng ở các hệ thống hai loa và

4 loa

9.2 Các loại loa máy tính

Loa máy tính loại độc lập thường được phân loại theo

số lượng loa vệ tinh và thùng loa siêu trầm, ký hiệu bởihai thông số ngăn cách nhau bằng một dấu chấm: dạngX.Y, trong đó: X là số loa vệ tinh, Y là số loa trầm (trongthời điểm hiện tại, Y = 1) Ví dụ: 2.0: Bộ loa gồm 2 loathông thường, không có loa trầm; 2.1: Bộ loa gồm 2 loa

vệ tinh, một loa trầm; 9.1: Bộ loa gồm 9 loa vệ tinh và

1 loa trầm

Loa máy tính còn có thể được tích hợp sẵn trên máytính xách tay và tích hợp sẵn trênmàn hình máy tính,các loại này chỉ đơn thuần là hệ thống 2.0 (cá biệt cũng

có loại loa tích hợp trên các màn hình máy tính có thểhợp chuẩn 2.1 khi có thêm loa trầm - Một số loại mànhình LCD của hãng ASUS đã xuất hiện loại này)

9.3 Các kiểu ngõ tín hiệu đầu vào loa máy tính

Ngõ đầu tín hiệu đầu vào loa máy tính gồm hai loại:Ngõ tương tự (analog) thông thường và ngõ vào tín hiệu

số (digital)

• Ngõ tín hiệu đầu vào tương tự: Là chuẩn đầu vào

thông dụng nhất trong loa máy tính và các hệthống dàn âm thanh giải trí dân dụng Với kiểunày có thể kết nối loa với Tivi, đầu CD, VCD, DVD,máy nghe MP3…

• Ngõ tín hiệu đầu vào số (coaxial: ngõ đồng trục

hay optical: ngõ quang): Là kiểu kết nối thông quatín hiệu số, tín hiệu truyền đến loa được chínhxác và loại bỏ nhiễu có thể xuất hiện trên đườngtruyền so với kiểu tín hiệu tương tự Do vậy ngõtín hiệu số chỉ xuất hiện trên các hệ thống loa máytính cao cấp

9.6 MỘT SỐ LOA MÁY TÍNH KHÁC THƯỜNG 21

9.4 Điều khiển loa máy tính

Do đặc tính khuếch đại công suất trong loa máy tính

nên bao giờ loa máy tính cũng có núm chỉnh âm lượng

Các điều khiển khác tùy từng loại, có thể bao gồm:

• Điều chỉnh tổng thể bằng thiết bị điều khiển từ xa:

Giống như các thiết bị giải trí gia đình khác (ti vi,

đầu đọc CD/DVD…) dùng điều khiển toàn bộ hoặc

một phần chức năng của loa

• Điều chỉnh sơ lược về tần số phát (núm tone): Núm

này dùng để điều chỉnh phạm vi tần số được phát

trên loa máy tính giúp người nghe có thể điều

chỉnh âm thanh tổng thể tăng hoặc giảm dải tần

số cao (treble) ực chất trong mạch khuếch đại,

núm điều chỉnh này chỉ bao gồm một tụ điện nối

tiếp với một biến trở để có thể loại bỏ bớt thành

phần tín hiệu có tần số cao

• Điều chỉnh tần số trầm và cao (bass và treble): Một

số loa có hai nút riêng biệt để điều chỉnh cường độ

phát của âm trầm và âm thanh ở tần số cao (loại

này có nguyên lý khác biệt với núm tone trình bày

ở trên

• Điều chỉnh lựa chọn ngõ vào: Với loại loa có nhiều

đầu vào trên loa thường có ít nhất một nút điều

khiển lựa chọn đầu vào âm thanh phát chính thức

cho loa

• Điều chỉnh âm thanh giả lập: Một tính năng cộng

thêm cho loa máy tính để có thể phát các âm thanh

xoay vòng giả lập được thực hiện trực tiếp trên loa

(so với cách tạo trên các phần mềm) Chức năng

này có thể sử dụng cho việc phát đầy đủ âm thanh

trên hệ thống loa có nhiều loa vệ tinh (từ 4.1 trở

lên) nhưng card âm thanh chỉ hỗ trợ 2 ngõ ra âm

thanh Chất lượng âm thanh giả lập tạo ra trên

loa thường không thể bằng các hiệu ứng tạo ra do

phần mềm

9.5 Cách sắp xếp loa hợp lý

Nếu hệ thống loa máy tính chỉ gồm hai loa (2.0) thì

cách bố trí rất đơn giản: Chỉ việc đặt hai loa hai bên

màn hình máy tính, đối diện người sử dụng máy tính

và chú ý đến loa phải, trải theo đúng quy định

Với các hệ thống loa X.1 cách bố trí như sau:

• Loa 2.0: Bố trí hai bên màn hình hoặc phía sau

của màn hình, chú ý về vị trí trái/phải để đảm bảo

đúng âm thanh khi chơi games

• Loa 2.1: Bố trí như loa vệ tinh như loa 2.0, thùng

loa trầm đặt dưới đất, tốt nhất đặt gần góc phòng

để tăng hiệu ứng âm trầm

• Loa 4.1: Hai loa vệ tinh phía trước và loa trầm bố

trí như loa 2.1, hai loa sau đặt phía sau của taingười ngồi trước màn hình máy tính

• Loa 5.1: Bố trí như hệ loa 4.1, thêm loa giữa đặt

tại phía trên của màn hình (nếu là loại màn hìnhCRT) hoặc có thể treo trên tường phía sau mànhình (đối với loại tinh thể lỏng)

• Loa 7.1: Bố trí như 5.1, thêm hai loa hai bên đặt

hai bên ngang tai người sử dụng máy tính Mộtcách khác khi bố trí loa 7.1 là đặt hai loa ngang taisang vị trí như hai loa vệ tinh của hệ 5.1 nhưngđối xứng ra xa màn hình hơn so với hai loa vệ tinhphía trước

Trong một số loại loa máy tính có đủ đường vào theocác tiêu chuẩn X.1 nhưng số loa vệ tinh không đúng

là X thì có thể sắp xếp các loa kết hợp ở phía trướcgiống như các loa máy tính kiểu của loa (X-2).1 bởi cácloa phía sau có thể được tích hợp sẵn vào các loa phíatrước nhưng xoay hướng để giả lập hệ loa với nhiều loa

vệ tinh hơn (Ví dụ có các hệ thống có đầy đủ đường vàotheo chuẩn 5.1 nhưng thực chất chỉ có 3 loa vệ tinh thìhai loa phía sau được gắn cùng với các loa phía trướcnhưng bố trí hướng phát lệch đối xứng về hai bên)Trong mọi trường hợp sau khi lắp đặt các loa vệ tinh,cần phải kiểm tra các vị trí của chúng để đảm bảo tínhđúng đắn của các kênh trái và phải ông thường cáccard âm thanh đều có các phần mềm kèm theo cho phépkiểm tra vị trí theo cách trực quan: Phát tiếng riêngtừng loa một và thể hiện trên màn hình để người sửdụng có thể kiểm tra vị trí của chúng

9.6 Một số loa máy tính khác thường

Sự đặc biệt ở là chúng được thiết kế khác thường không theo chuẩn thông thường và rất hiếm gặp

-• Loa sử dụng nguồn điện trực tiếp trong máy

tính: Các loa máy tính gắn ngoài thường có bộ

khuếch đại công suất, do đó chúng cần cung cấpđiện năng để hoạt động Với người dùng không

có nhu cầu cần phát âm thanh chất lượng cao vớicông suất lớn, một số nhà sản xuất đã thiết kếloại loa sử dụng điện năng trực tiếp từ máy tính.Điện năng cung cấp được lấy từ nguồn điện 5Vcủa các cổng giao tiếpUSBcủa máy tính (tương

tự việc cung cấp điện năng cho một số loại ổ cứng

di động gắn ngoài thông qua giao tiếp USB) Vớikhả năng cung cấp dòng điện giới hạn nên các loanày thường có công suất thấp

• Loa máy tính không sử dụng ngõ xuất audio

của card âm thanh: Các loa loại này không sử

dụng các cạc âm thanh thường thấy trên máy tính,

22 CHƯƠNG 9 LOA MÁY TÍNH

chúng được tích hợp sẵn chip giải mã âm thanh tại

loa thông qua giao tiếp USB

• Loa tích hợp vớimàn hình máy tính: Một số hãng

sản xuất tích hợp loa vào một số model kể cả của

loại CRT và tinh thể lỏng Loa thường được gắn

hai chiếc vào hai bên để phát stereo, một số màn

hình được sản xuất cho các games thủ còn có cả

các loa siêu trầm Một cách khác loa cũng có thể

được gắn chìm hoặc giấu phía sau màn hình

9.7 Tham khảo

• Scott Mueller; Upgrading and Repairing Pcs, 17th

Edition.

9.8 Chú thích