Giáo trình Phần cứng máy tính (Nghề Quản lý mạng máy tính)

RAM là bộ nhớ tạm thời, lưu các chương trình phục vụ trực tiếp cho CPU xử lý, tất cả các chương trình trước và sau khi xử lý đều được nạp vào RAM, vì vậy dung lượng và tốc độ truy cập RA

BỘ CÔNG THƯƠNG

T RƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: PHẦN CỨNG MÁY TÍNH

NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG MÁY TÍNH

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCN&TM ngày tháng năm 2018

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương Mại

Vĩnh Phúc, năm 2018

MỤC LỤC

BÀI 1 CÁC THÀNH PHẦN PHẦN CỨNG MÁY TÍNH 9

1 1 Sơ đồ khối máy tính 9

1.2 Nguyên lý hoạt động của máy tính 11

1.3 Phân loại các thành phần phần cứng máy tính 11

1.4 Các dây tín hiệu và đèn báo tín hiệu 14

1.5 Chẩn đoán và khắc phục sự cố về nguồn máy tính 15

CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 15

BÀI 2 HỘP MÁY VÀ BỘ NGUỒN MÁY TÍNH 16

1.1 Hộp máy: 16

1.2 Bộ nguồn máy tính 17

BÀI 3 BO MẠCH CHỦ ( MAINBOARD) 21

3.1.Tổng quan về bo mạch chủ 21

3.2 Các thành phần gắn kết trên bo mạch chủ 22

3.3.Hệ thống chipset trên bo mạch 23

3.4.Hệ thống ghép nối bus 24

3.5 Giới thiệu về công nghệ tích hợp 25

3.6 Chẩn đoán và khắc phục sự cố về bo mạch chủ 26

BÀI 4 BỘ VI XỬ LÝ 27

4.1.Tổng quan về vi xử lý 27

4.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 28

4.4 Đặc trưng của vi xử lý 33

4.5.Công nghệ vi xử lý 34

BÀI 5 BỘ NHỚ CHÍNH (MAIN MEMORY) 36

5.1 Tổng quan về bộ nhớ 37

5.2 Chủng loại và thông số kỹ thuật 37

5.4.Bài tập tình huống 50

BÀI 6: THIẾT BỊ LƯU TRỮ 51

6.1 Tổng quan thiết bị lưu trữ 51

6.2 Ổ đĩa cứng - HDD (đĩa cứng, đĩa mềm) 51

6.3.Ổ đĩa quang học 55

6.4 Một số thiết bị lưu trữ khác 57

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 63

BÀI 7 THIẾT BỊ NGOẠI VI VÀ CHUẨN GIAO TIẾP 64

7.1 Giới thiệu 64

7.2 Màn hình – Monitor 64

7.3.Chuột – Mouse 66

7.3 Bàn phím – Keyboard 68

7.4 Card mở rộng 68 7.4 Cổng kết nối Error! Bookmark not defined

7.7 Máy in- Printer: 73

BÀI TẬP TÌNH HUỐNG 77

BÀI 8 XÂY DỤNG CẤU HÌNH MÁY TÍNH 78

8.1 Xây dựng cấu hình máy tính doanh nghiệp 78

8.2 Cấu hình máy tính chuyên về xử lý đồ họa 80

8.3 Cấu hình máy tính chủ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC/ MÔ ĐUN

Tê n mô đun: Phần cứng máy tính

Mã mô đun: MĐCC13010031

Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 27 giờ; Kiểm tra: 3 giờ)

I V ị trí, tính chất của mô đun:

Mô đun được bố trí sau khi học sinh học xong các môn học chung, các môn học cơ sở chuyên ngành đào tạo chuyên môn nghề

- Tính chất của môn học: Là mô đun chuyên ngành bắt buộc

II Mục tiêu mô đun:

Mô đun này cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản về phần cứng máy tính

- Về kiến thức:

+ Trình bày được các kiến thức nền tảng về cấu trúc phần cứng máy tính + Trình bày được các đặc điểm kỹ thuật của một số thành phần cơ bản của máy tính, thông tin về cấu hình máy tính

+ Trình bày được các kiến thức liên quan đến phần cứng máy tính

- Về kỹ năng:

+ Xây dựng được cấu hình cho máy tính PC

+ Nhận biết được các chuẩn giao tiếp của máy tính

+ Triển khai lắp đặt phòng máy tính cho các tổ chức, doanh nghiệp sử dụng CNTT

- Về thái độ: Có đạo đức và lương tâm nghề nghiệp, ý thức kỷ luật tốt, tích

cực tiếp thu kiến thức mới

III Nội dung mô đun:

1 Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

TT Nội dung mô đun Tổng Thời gian (giờ)

số thuyết Lý Thực hành

Kiểm tra

7 Bài 7 Thiết bị ngoại vi và chuẩn giao tiếp 10 5 4 1

8 Bài 8 Xây dựng cấu hình máy tính 6 3 3

1 Nội dung chi tiết:

Bài 1 Các thành phần phần cứng máy tính Thời gian: 6 giờ (LT: 6; TH: 3)

Mục tiêu:

- Kiến thức: Giới thiệu cho học sinh các thành phần cơ bản của phần cứng

máy tính, phân loại được các thiết bị, hiểu rõ về các loại Case và Nguồn tương ứng

- Kỹ năng:

+ Giải thích được các đặc điểm kỹ thuật của phần cứng máy tính

+ Trình bày được chức năng, nhiệm vụ của từng thành phần phần cứng máy tính

- Thái độ: Tích cực tìm hiểu về các thành phần phần cứng của máy tính

Nội dung:

1.1 Sơ đồ khối máy tính

1.2 Nguyên lý hoạt động của máy tính

1.3 Phân loại các thành phần phần cứng máy tính

1.4 Các dây tín hiệu và đèn báo tín hiệu

1.5 Chẩn đoán và khắc phục sự cố về nguồn máy tính

Bài 2 Hộp máy và bộ nguồn máy tính Thời gian: 6 giờ (LT: 6; TH: 3)

Mục tiêu:

- Kiến thức: Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ nguồn,

trình bày được công dụng của bộ nguồn máy tính

- Kỹ năng: Trình bày được chức năng, nhiệm vụ, công dụng của hộp máy

và bộ nguồn máy tính

- Thái độ: Tích cực tìm hiểu về các thành phần phần cứng của máy tính

Nội dung:

2.1 Hộp máy

1.1.1 Chức năng của hộp máy

1.1.2 Phân loại hộp máy

1.1.3 Các chọn mua hộp máy

2.2 Bộ nguồn máy tính

2.2.1 Chức năng

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2.2.3 Các chọn mua bộ nguồn máy tính

Bài 3 Bo mạch chủ (Mainboard) Thời gian: 6 giờ (LT: 3; TH: 3)

Bài 4 Bộ vi xử lý Thời gian: 8 giờ (LT: 4; TH: 3; KT:1)

Mục tiêu:

- Kiến thức: Giới thiệu cho học sinh các dòng vi xử lý đã và đang sử dụng,

cũng như công nghệ phát triển bộ vi xử lý trong tương lai

- Kỹ năng:

+ Giải thích được các đặc điểm kỹ thuật của từng dòng vi xử lý

+ Trình bày được chức năng, nhiệm vụ của bộ vi xử lý

- Kiến thức: Giới thiệu cho học sinh các đặc điểm kỹ thuật, phân loại bộ

nhớ máy tính, tổ chức lưu trữ thông tin trên các chip nhớ

- Kỹ năng:

+ Giải thích được các đặc điểm kỹ thuật của từng loại bộ nhớ

+ Trình bày được chức năng, nhiệm vụ của bộ nhớ

+ Phân loại được bộ nhớ trong và các thiết bị lưu trữ khác

- Thái độ: Tích cực tìm hiểu về các dòng vi xử lý

Nội dung:

5.1 Tổng quan về bộ nhớ

5.2 Chủng loại và thông số kỹ thuật

5.3 Chuẩn giao tiếp

Bài 7 Thiết bị ngoại vi và chuẩn giao tiếp; thời gian:10 giờ (LT:5;TH: 4, KT:1)

Mục tiêu:

- Kiến thức: Giới thiệu cho học sinh các đặc điểm kỹ thuật, phân loại được

các thiết bị ngoại vi, chuẩn giao tiếp

- Kiến thức: Trình bày được khả năng hiểu biết về máy tính

- Kỹ năng: Biết xây dựng cấu hình máy tính phù hợp với nhu cầu, mục

đich sử dụng

- Thái độ: Tích cực tìm hiểu về các thiết bị ngoại vi, chuẩn giao tiếp

Nội dung:

8.1 Xây dựng cấu hình máy tính doanh nghiệp

8.2 Cấu hình máy tính chuyên về xử lý đồ họa

8.3 Cấu hình máy chủ

IV Điều kiện thực hiện chương trình:

3 Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:

- Đề cương bài giảng, giáo án;

- Slide bài giảng theo từng chương môn học căn bản phần cứng và mạng máy tính;

- Câu hỏi, bài tập thực hành, bài tập tình huống

4 Các điều kiện khác

- Tài liệu phát tay, và các tài liệu liên quan khác đến môn học;

- Các biểu mẫu, hình ảnh minh họa

V Phương pháp và nội dung đánh giá:

1 Nội dung

- Về kiến thức:

+ Trình bày được các kiến thức nền tảng về cấu trúc phần cứng máy tính + Trình bày được các đặc điểm kỹ thuật của một số thành phần cơ bản của máy tính

- Về kỹ năng:

+ Xây dựng được cấu hình cho máy tính PC

+ Nhận biết được các chuẩn giao tiếp của máy tính

+ Triển khai lắp đặt phòng game, lắp đặt máy tính cho cá nhân, doanh nghiệp

- Tham gia ít nhất 70% thời gian học lý thuyết, 80% giờ thực hành, thực tập

theo quy định của môn đun;

- Tham gia đầy đủ các bài kiểm tra và các bài thực hành

- Điểm trung bình chung các điểm kiểm tra đạt từ 5.0 trở lên theo thang

điểm 10

- Đánh giá trong quá trình học:

+ Kiểm tra thường xuyên 01 kiểm tra viết (trắc nghiệm, thực hành);

+ Kiểm tra định kỳ 02 bài thực hành cá nhân hoặc nhóm

- Đánh giá cuối môn học: Thi tự luận

2 Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy mô đun:

- Tuỳ theo nội dung của mỗi bài mà giáo viên có thể sử dụng những phương pháp mang tính chất vừa truyền thống vừa hiện đại như: thuyết trình, trực quan, hoạt động nhóm

- Để đảm bảo và nâng cao chất lượng đào tạo của môn học rất cần có sự đầu tư cơ sở vật chất, trang thiết bị, đồ dùng dạy học như: phòng học thực hành máy tính, máy chiếu đa năng, giáo trình, các Video trực quan, Các thiết bị phần cứng và thiết bị mạng máy tính

3 Những trọng tâm chương trình cần chú ý:

- Tổng quan được các thành phần, phần cứng máy tính;

- Phân biệt được vai trò, chức năng, các đặc tính kỹ thuật phần cứng máy tính

- Tổng quan được môn hình mạng máy tính, lắp đặt, và kết nối được mạng

máy tính cơ bản

4 Tài liệu tham khảo:

BÀI 1 CÁC THÀNH PHẦN PHẦN CỨNG MÁY TÍNH

1 1 Sơ đồ khối máy tính

Là sơ đồ dạng hình khối dùng để mô tả các thiết bị trong hệ thống máy tính dựa trên chức năng chính của nhóm thiết bị tương ứng

Các máy tính ngày nay có thiết kế nhỏ gọn với nhiều tính năng nhưng vẫn dựa trên cấu trúc nền tảng như các máy tính của thời kỳ đầu gồm các phần chính là: khối thiết bị nhập, khối thiết bị xuất, khối xử lý, khối bộ nhớ

Sơđồ khối máy tínhh

Các mô hình ki ến trúc máy tính điển hình

Mô hình ki ến trúc Von Neumann

Kiến trúc máy tính von-Neumann được nhà toán học John von-Neumann đưa

ra vào năm1945 trong một báo cáo vềmáy tính EDVAC như minh hoạ trên

Kiến trúc máy tínhvon- Neumann nguyên thuỷ

Các máy tính hiện đại ngày nay sử dụng kiến trúc máy tính von-Neumann cải tiến – còn gọi là kiến trúc máy tính von-Neumann hiện đại,như minh hoạ trên hình bên dưới

Kiến trúcmáy tính von-Neumann hiện đại

C ác đặc điểm của kiến trúc von-Neumann

Kiến trúc von- Neumann dựa trên 3 khái niệm cơ sở:

(1) Lệnh và dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ đọc ghi chia sẻ-một bộ nhớ duy nhất được sử dụng để lưu trữ cả lệnh và dữ liệu

(2) Bộ nhớ được đánh địa chỉ theo vùng, không phụ thuộc vào nội dung nó lưu trữ

(3) Các lệnh của một chương trình được thực hiện tuần tự

Quá trìnhthực hiện lệnh được chia thành3 giai đoạn (stages) chính:

(1) CPU đọc (fetch) lệnh từ bộ nhớ ,

(2) CPU giải mã và thực hiện lệnh;nếu lệnh yêu cầu dữ liệu, CPU đọc dữ liệu

từ bộ nhớ

(3) CPU ghi kết quả thực hiện lệnh vào bộ nhớ (nếu có)

Máy tính dựa trên kiến trúc Harvard có khả năng đạt được tốc độ xử lý cao hơn máy tính dựa trên kiến trúc von-Neumann do kiến trúc Harvard hỗ trợ hai hệ thống bus độc lập với băng thông lớn hơn Ngoài ra, nhờ có hai hệ thống bus độc lập,

hệ thống nhớ trong kiến trúc Harvard hỗ trợ nhiều lệnh truy nhập bộ nhớ tại một thời điểm, giúp giảm xung đột truy nhập bộ nhớ, đặc biệt khi CPU sử dụng kỹ thuật đường ống (pipeline)

1.2 Nguyên lý hoạt động của máy tính

Để có thể khởi động và sử dụng máy tính thì cần phải hiểu rõ một số quá trình thực hiện cũng như nguyên lý hoạt động cơ bản của máy tính

- Quá trình khởi động (minh hoạ quá trình POST)

- Quá trình nhập dữ liệu

- Quá trình xử lý dữ liệu

- Quá trình hiển thị và xuất dữ liệu

- Quá trình lưu trữ

1.3 Phân loại các thành phần phần cứng máy tính

 CPU ( Central Processing Unit ) - Vi xử lý

CPU là thành phần quan trọng nhất của máy tính, thực hiện

các lệnh của chương trình khi phần mềm nào đó chạy, tốc độ

xử lý của máy tính phụ thuộc chủ yếu vào linh kiện này, CPU

là linh kiện nhỏ nhưng đắt nhất trong máy vi tính

 RAM ( Radom Access Memory ) -Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

RAM là bộ nhớ tạm thời, lưu các chương trình

phục vụ trực tiếp cho CPU xử lý, tất cả các chương

trình trước và sau khi xử lý đều được nạp vào RAM, vì vậy dung lượng và tốc độ truy cập RAM có ảnh

hưởng trực tiếp đến tốc độ chung của máy

 Ổ đĩa cứng HDD ( Hard Disk Drive )

Là thiết bị lưu trữ chính của hệ thống, ổ cứng có dung

lượng lớn và tốc độ truy cập khá nhanh, vì vậy chúng

được sử dụng để cài đặt hệ điều hành và các chương trình

ứng dụng, đồng thời nó được sử dụng để lưu trữ tài liệu , tuy nhiên ổ cứng là ổ cố định, không thuận tiện cho việc di chuyển dữ liệu đi xa

 Ổ đĩa CD ROM ( Hard Disk Drive )

Là ổ đĩa lưu trữ quang học với dung lượng khá lớn

khoảng 640MB, đĩa CD Rom gọn nhẹ dễ ràng di

chuyển đi xa, tuy nhiên đa số các đĩa CD Rom chỉ cho

phép ghi được 1 lần, ổ đĩa CD Rom được sử dụng để cài đặt phần mềm máy tính, nghe nhạc, xem phim v v

 Các thiết bị ngoại vi bên ngoài:

Bàn phím - Keyboard : Bàn phím là thiết bị chính giúp

người sử dụng giao tiếp và điều khiển hệ thống, trình điều

khiển bàn phím do BIOS trên Mainboard điều khiển

như hệ điều hành Window và một số phần mềm khác, trình

điều khiển chuột do hệ điều hành Window nắm giữ

Màn hình Monitor: Hiển thị các thông tin về hình ảnh, ký tự

giúp cho người sử dụng nhận được các kết quả xử lý của máy

tính, đồng thời thông qua màn hình người sử dụng giao tiếp với

máy tính để đưa ra các điều khiển tương ứng

Máy chiếu (Projector): Là một thiết bị có bộ phận phát ra ánh sáng và có công

suất lớn, đi qua một số hệ thống xử lý trung gian từ một số nguồn tín hiệu đầu vào để tạo ra hình ảnh trên màn chắn sáng có thể quan sát được bằng mắt Máy chiếu phục

vụ các mục đích như: tạo hình các dữ liệu lưu trong máy tính để thuyết trình, tạo hình các chương trình của sản phẩm cho nhiều người cùng xem, máy chiếu thay thế bảng phấn hay các tài liệu viết tay với bảng tương tác, xem phim từ máy video

Máy chiếu (Projector)

Máy in (Printer): Là thiết bị được sử dụng để thể hiện ra các chất liệu khác nhau các nội dung được soạn thảo hoặc thiết kế sẵn Để thực hiện việc in ra các chế bản, máy

in cần được kết nối với máy tính hoặc qua mạng máy tính hoặc thông qua các kiểu truyền dữ liệu khác Máy in có thể kết nối với máy tính qua cổng LPT truyền thống hoặc các cổng USB (đa số các máy in hiện nay đều có khả năng kết nối với cổng USB của máy tính) Ngoài ra, máy in có thể được kết nối với mạng máy tính thông qua cổng RJ45 để chia sẻ in chung trong một mạng LAN (hoặc có thể là mạng WAN rộng lớn hơn), một số máy in hiện nay đã hỗ trợ truyền dữ liệu thông qua bluetooth hoặc wifi, điều này tạo thuận lợi cho việc in ấn từ các thiết bị di động, máy ảnh số vốn rất phổ biến hiện nay

Máy in (Printer)

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 Loa máy tính thường được kết nối với máy tính thông qua cổng xuất audio của card âm thanh trên máy tính

Loa máy tính

Tai nghe: Là thiết bị gồm một các loa phát âm thanh được thiết kế nhỏ gọn, mang tính di động thường được đặt áp sát hoặc bên trong tai Có nhiều loại tai nghe như loại có dây hoặc không dây hay tai nghe chỉ gồm bộ phận loa hoặc tai nghe gồm cả loa và micro

1.4 Các dây tín hiệu và đèn báo tín hiệu

Là phần quan trọng trong thùng máy, dùng để kết nối các tín hiệu như đèn ổ cứng, đèn báo tín hiệu nguồn và các nút khởi động… Đối với đời máy Pentium 4 thùng máy lại thêm một số chức năng như dây kết nối USB, dây microphone nối ra mặt trước

– MSG, hoặc PW LED, hoặc POWER LED nối với dây POWER LED – dây tín hiệu của đèn nguồn màu xanh của Case

– HD, hoặc HDD LED nối với dây HDD LED – dây tín hiệu của đèn đỏ báo ổ cứng đang truy xuất dữ liệu

– PW, hoặc PW SW, hoặc POWER SW, hoặc POWER ON nối với dây POWER SW – dây công tấc nguồn trên Case

– RES, hoặc RES SW, hoặc RESET SW nối với dây RESET – dây công tấc khởi động lại trên Case

– SPEAKER – nối với dây SPEAKER – dây tín hiệu của loa trên thùng máy

– Lưu ý: dây màu đen, trắng là dây âm (-) Các dây mày đỏ, xanh lá hoặc màu khác

là dây dương (+)

1.5 Chẩn đoán và khắc phục sự cố về nguồn máy tính

CÂU H ỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP

1 Dựa vào tiêu chuẩn nào người ta phân chia máy tính thành các thế hệ?

2 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ nhất?

3 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ hai?

4 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ ba?

5 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ tư?

6 Khuynh hướng phát triển của máy tính điện tử ngày nay là gì?

7 Việc phân loại máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào?

8 Nêu các thành phần cơ bản của máy tính PC?

9 Trình bày các đặc điểm của các linh kiện trên bản mạch chính?

10 Hoạt động của chương trình trong máy tính PC?

BÀI 2 HỘP MÁY VÀ BỘ NGUỒN MÁY TÍNH 2.1 Hộp máy:

Chức năng của hộp máy: Dùng để gắn kết và bảo vệ các thành phần linh kiện phần cứng giúp các thiết bị hoạt động tốt và an toàn cũng như tạo vẻ mỹ quan cho

hệ thống Thùng máy được thiết kế dựa trên cấu trúc của bo mạch chủ, như chuẩn

AT, ATX và BTX…

Phân loại hộp máy:

Thùng máy ATX (Advance Technology Extended): Được kế thừa các ưu điểm nổi

trội của chuẩn AT và bổ sung rất nhiều tính năng mở rộng

+ Full ATX: có kích thước 19”x 9.6” (48.26 x 24.4cm)

+ Mini ATX: có kích thước 11.2”x 8.2” (28.45cm x 20.83cm)

+ Extended ATX: có kích thước 12”x 13” (30.48cm x 33.02cm)

+ MicroATX: có kích thước 9.6”x 9.6” (24.4cm x 24.4cm

Thùng máy BTX (Balanced Technology Extended): Thiết kế giúp hệ thống giải nhiệt tốt hơn so với AT, ATX Hiện có 4 loại thùng máy BTX đều cùng kích thước 26.67cm

+ BTX: kích thước 12.8”x 10.5” (32.512cm x 26.67cm)

+ MicroBTX: kích thước 10.4”x 10.5” (26.416 x 26.67cm)

+ NanoBTX: kích thước 8.8”x 10.5” (22.352cm x 26.67cm)

+ PicoBTX: kích thước 8”x 10.5” (20.32cm x 26.67cm)

2.2 Bộ nguồn máy tính

2.2.1 Chức năng: Bộ nguồn là một thiết bị phần cứng quan trọng, cung cấp năng

lượng hoạt động cho toàn hệ thống, có chức năng như bộ chuyển đổi nhằm hạ thế và chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) từ lưới điện thành dòng điện một chiều (DC) cung cấp cho các linh kiện điện tử trong thiết bị đó

Các thành phần của bộ nguồn máy tính

Hiện nay có 3 dạng chuyển đổi năng lượng điện thông dụng sau:

+ Chuyển từ AC sang DC: thường dùng làm nguồn cấp cho các thiết bị điện

Bộ biến áp: hạ áp của điện lưới xuống một mức thích hợp cho thiết bị Điện

thế ra của biến áp vẫn là dạng điện xoay chiều nhưng có mức điện áp thấp hơn Nó còn có nhiệm vụ cách ly cho thiết bị với điện thế lưới

Bộ nắn điện (chỉnh lưu): chuyển đổi điện thế xoay chiều thành một chiều

(DC) Chỉnh lưu còn gợn sóng, các mạch điện tử trong thiết bị chưa thể sử dụng được điện thế này

Bộ lọc chỉnh lưu: thành phần chính là tụ điện có nhiệm vụ giảm gợn sóng cho

dòng điện DC sau khi được chỉnh lưu

Bộ lọc nhiễu điện: để tránh các nhiễu và xung điện trên lưới điện tác động không tốt đến thiết bị, các bộ lọc sẽ giới hạn hoặc triệt tiêu các thành phần này

Mạch ổn áp: ổn định điện áp cung cấp cho thiết bị khi có sự thay đổi bởi dòng

tải, nhiệt độ và điện áp đầu vào

Mạch bảo vệ: làm giảm các thiệt hại cho thiết bị khi có các sự cố do nguồn

điện gây ra quá áp, quá dòng

2.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

Tất cả các bộ nguồn của máy tính đều hoạt động dựa theo nguyên tắc nguồn chuyển mạch tự động (switching power supply) với cách thức hoạt động như sau: điện xoay chiều từ lưới điện được bộ chỉnh lưu nắn thành dòng điện một chiều chỉnh lưu Dòng điện này được các bộ lọc gợn sóng (tụ điện có dung lượng lớn) làm cho bằng phẳng lại thành dòng điện một chiều cấp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung (transformer)

Dòng điện nạp cho biến áp xung này được điều khiển bởi công tắc bán dẫn (transistor switching) Công tắc bán dẫn này hoạt động dưới sự kiểm soát của khối dò sai/hiệu chỉnh, từ trường biến thiên được tạo ra trên biến áp xung nhờ công tắc bán dẫn hoạt động dựa trên nguyên tắc điều biến độ rộng xung (PWM-Pulse Width Modulation) Xung điều khiển này có tần số rất cao từ 30~150Khz (tức là có từ 30 ngàn ~150 ngàn chu kỳ trong một giây) Tần số này được giữ ổn định và độ rộng của xung sẽ được thay đổi khi có sự hiệu chỉnh từ bộ dò sai/hiệu chỉnh Từ trường đó cảm ứng lên các cuộn dây thứ cấp tạo ra các dòng điện xoay chiều cảm ứng (dạng xung) sẽ được các bộ chỉnh lưu sơ cấp nắn lại lần nữa Sau đó, qua các bộ lọc sơ cấp, dòng điện một chiều tại đây đã sẵn sàng cho các thiết bị sử dụng

Để nhận biết được sai lệch về điện áp hay dòng điện của các đường điện thế ở các ngõ ra, từ đây sẽ có một đường hồi tiếp dò sai (feedback) đưa điện áp sai biệt về

bộ dò sai/hiệu chỉnh Khối này nhận các tín hiệu sai biệt và so sánh chúng với điện áp chuẩn, sau đó tác động đến công tắc bán dẫn bằng cách gia giảm độ rộng xung để hiệu chỉnh lại điện thế ngõ ra (ổn áp) hay cắt xung hoàn toàn làm bộ nguồn ngưng

“chạy” trong các chế độ bảo vệ Ưu điểm của bộ nguồn switching là gọn nhẹ (do hoạt động ở tần số cao nên có các linh kiện nhỏ gọn hơn), hiệu suất cao và có giá thành thấp

Các đường điện thế chuẩn trong bộ nguồn máy tính

+ 12V: cung cấp chủ yếu cho cổng song song (serial port-COM) và các chip

khuếch đại âm thanh cần đến nguồn đối xứng +/-12V Đường này có dòng thấp dưới 1A (Ampe)

+ 5V: hiện nay các thiết bị mới không còn dùng đường điện này nữa Lúc

trước, nó được dùng cung cấp điện cho card mở rộng dùng khe cắm ISA Đường này cũng có dòng thấp dưới 1A

+ 0V: còn được gọi là đường dùng chung (common) hay đường đất (ground)

Đường này có hiệu điện thế bằng 0V Đó là mức nền cho các đường điện khác thực hiện trọn vẹn việc cung cấp dòng điện cho thiết bị

+ 3.3V: là đường cung cấp chính cho các chip, bộ nhớ (memory), một số thành phần trên bo mạch chủ, card đồ họa và các card sử dụng khe cắm PCI

+ 5V: đường điện được dùng phổ biến nhất trong máy tính cung cấp điện chủ yếu cho bo mạch chủ, các CPU đời cũ, các chip (trực tiếp hay gián tiếp) và các thiết

bị ngoại vi khác Hiện nay các CPU đã chuyển sang dùng đường điện thế 12V

+ 12V: chủ yếu sử dụng cho các động cơ (motor) trong các thiết bị lưu trữ, ổ quang, quạt, các hệ thống giải nhiệt và hầu hết các thiết bị đời mới hiện nay đều sử dụng đường điện 12V CPU PIV, Althon 64, dual core AMD, Pentium D, VGA ATI, NVIDIA SLI, ATI Crossfire

+ 5VSB (5V Standby): là nguồn điện được bộ nguồn cấp trước, dùng phục vụ cho việc khởi động máy tính, nguồn điện này có lập tức khi ta nối bộ nguồn vào nguồn điện nhà (AC) Đường điện này thường có dòng cung cấp nhỏ dưới 3A

2.2.3 Cách chon một số chuẩn bộ nguồn

Hiện tại 2 chuẩn ATX phổ biến là chuẩn 1.3 và chuẩn 2.x (bên cạnh các chuẩn dành cho server của INTEL và AMD) và chuẩn BTX (trong bài chỉ nói về ATX)

Chuẩn ATXV 1.3: chỉ có 1 đường (rail) 12V và có thể có hoặc không có đầu cấp

nguồn SATA, thường thì các PSU chuẩn ATX V1.3 có hiệu suất thấp – chỉ đạt ~ 60

% Và có đường điện chính là đường 5V (công suất 5V rất cao) (thích hợp cho những main cấp 5V cho CPU thế hệ cũ)

ATX 2.x: có đường điện chính là đường 12V (max là 18A cho mỗi rail đối với PSU

có 2 rail 12V, nếu vượt quá giới hạn trên thì độ nhiễu sẽ tăng) trang bị đầu cấp nguồn SATA (bắt buộc), cấp nguồn PCie (VGA), 12V+ (cho main board) bên cạnh những đầu cấp nguồn HDD, đĩa mềm thông thường, hiệu suất của PSU ATXV2.x thường đạt >70% một số PSU cao cấp có thể lên tới 80% Hiện nay, chuẩn ATX 2.x đã và đang dần thay thế chuẩn ATX 1.3 Và bộ nguồn chuẩn ATXV2.x có 2 rails 12V là phổ biến nhất (và theo thiết kế cũng là phù hợp nhất so với 3 hay 4 rails) với mục đích phục vụ (trên lý thuyết) như sau:

12V1: Main board ATX 24 pin, HDD, SATA, Floppy

12V2: Tập trung tải các thiết bị có công suất lớn như VGA PCI-E và 12V+ cho mainboard đời mới

Một số vấn đề liên quan đến bộ nguồn

Công suất tối đa (maximum) hay công suất đỉnh (peak) là công suất tối đa mà

bộ nguồn có thể đáp ứng được trong một khoảng thời gian nhất định Lưu ý: Công suất ghi trên vỏ được gọi là công suất danh định Thường thì công suất này chỉ mang tính chất quảng cáo

Công suất liên tục (continuous) hay công suất hiệu dụng (total power) là công suất mà bộ nguồn có thể hoạt động liên tục an toàn

Chế độ bảo vệ

Bảo vệ quá áp: vì một lý do nào đó mà mạch nắn điện và ổn áp của bộ nguồn

có sự cố, làm cho điện thế ở các đường cấp điện tăng cao Bộ nguồn sẽ tự ngưng hoạt động để không gây thiệt hại cho các thiết bị khác Ngưỡng điện thế cắt của bộ nguồn còn tuỳ thuộc vào nhà sản suất Mỗi bộ nguồn khác nhau sẽ có mức cắt khác nhau

Bảo vệ chạm tải: chế độ này khá quan trọng vì nó sẽ bảo vệ cho bộ nguồn khi các đường điện bị chạm (đoản mạch) Bộ nguồn sẽ ngưng hoạt động để tự bảo vệ và hoạt động trở lại khi đã hết đoản mạch Nếu có đủ can đảm, bạn có thể thử tính năng này bằng cách dùng dây chung (dây có màu đen) lần lượt chạm nhanh vào các đường điện của bộ nguồn Nếu bộ nguồn có chế độ bảo vệ này thì nó sẽ ngưng chạy ngay lập tức Đối với một bộ nguồn có chất lượng tốt, chế độ bảo vệ chạm tải có trên tất cả các đường điện chính Còn với các bộ nguồn rẻ tiền, chế độ bảo vệ này thường chỉ có trên một hoặc hai đường điện chính (thậm chí không có)

Các chế độ bảo vệ khác: các bộ nguồn cao cấp còn có thêm một số chế độ bảo

vệ khác như: quá dòng, quá tải, quá nhiệt cho bộ nguồn, quá nhiệt cho hệ thống… Các chế độ bảo vệ này làm tăng độ an toàn, giá trị cho bộ nguồn và cho cả hệ thống

BÀI 3 BO MẠCH CHỦ ( MAINBOARD) 3.1.Tổng quan về bo mạch chủ

Là bo mạch điện tử chính làm nhiệm vụ cung cấp các kết nối vật lý và luận lý giữa tất cả các thiết bị trong hệ thống máy tính Có thể xem bo mạch chủ như là khung sườn của hệ thống

Trong một hệ thống máy tính có khoảng 10 thiết bị khác nhau như:

Card LAN

- Mouse

* Các thiết bị này có tốc độ chạy rất khác nhau:

Ví dụ: Tốc độ ra vào qua chân CPU là 800MHz nhưng tốc độ qua chân RAM là 400MHz và tốc độ qua Card Sound chỉ có 66MHz

- Ngoài ra số đường mạch (số BUS) cũng khác nhau, vì vậy cmà các thiết bị trên không thể kết nối trực tiếp với nhau được

- Mainboard chính là thiết bị đóng vai trò trung gian để kết nối tất cả các thiết bị trên hệ thống máy tính liên kết lại với nhau thành một bộ máy thống nhất, vì vậy Mainboard có những chức năng sau:

Các chức năng của Mainboard:

- Gắn kết các thành phần trên một hệ thống máy tính lại với nhau Điều khiển thay đổi tố độ BUS cho phụ hợp với các thành phần khác nhau

- Quản lý nguồn cấp cho các thành phần trên Main

- Cung cấp xung nhịp chủ (xung Clock) để đồng bộ sự hoạt động của toàn hệ

thống

- Chính vì những chức năng quan trọng trên mà khi Main có sự cố thì máy tính không thể hoạt động được

Hệ thống máy tính với các thiết bị gắn trên nó, Mainboard có các thành phần chính là North Bridge (Chipset bắc), Sourth Bridge (Chipset nam), IC SIO (IC điều khiển các cổng) Ba thành phần chính của Mainboard đóng vai trò trung gian

để gắn kết các thiết bị của hệ thống máy tính lại thành một bộ máy thống nhất

I/O Port…

• Soket (đế cắm CPU)

Có nhiều loại đế cắm cho CPU tuỳ theo chủng loại Mainboard

- Socket 370 trên các Mainboard Pentium 3

- Socket 478 trên các Mainboard Pentium 4

- Socket 478 trên các Mainboard Pentium 4

- Socket 775 trên các Mainboard Pentium 4

- Socket 1150 trên các Mainboard Pentium 4

Các chân Socket do Chipset bắc điều khiển

• ROM BIOS (Read Olly Memory - Basic In Out System)

- ROM là IC nhớ chỉ đọc, BIOS là chương trình nạp trong ROM do nhà sản xuất Mainboard nạp vào, chương trình BIOS có các chức năng chính sau đây:

- Khởi động máy tính, duy trì sự hoạt động của CPU

- Kiểm tra lỗi của bộ nhớ RAM và Card Video

- Quản lý trình điều khiển cho chipset bắc, chipset nam, IC-SIO và card video onboard

- Cung cấp bản cài đặt CMOS SETUP mặc định để máy có thể hoạt động ta chưa thiết lập CMOS

• IC SIO (Super In Out) - IC điều khiển các cổng vào ra dữ liệu

- SIO điều khiển các thiết bị trên cổng Parallel như máy In, máy Scaner, điều khiển ổ mềm, các cổng Serial như cổng COM, cổng PS/2

- Ngoài ra SIO còn thực hiện giám sát các bộ phận khác trên Main hoạt động để cung cấp tín hiệu báo sự cố

- Tích hợp mạch điều khiển tắt mở nguồn, tạo tín hiệu Reset hệ thống

• Clockgen (Clocking) - Mạch tạo xung Clock

- Mạch tạo xung Clock có vai trò quan trọng trên Main, chúng tạo xung nhịp cung cấp cho các thành phần trên Main hoạt động đồng thời đồng bộ

sự hoạt động của toàn hệ thống máy tính, nếu mạch Clock bị hỏng thì các thành phần trên Main không thể hoạt động được, mạch Clocking hoạt động đầu tiên sau khi Main có nguồn chính cung cấp

• VRM (Vol Regu Module) - Modul ổn áp

- Đây là mạch điều khiển nguồn VCORE cấp cho CPU, mạch có nhiệm vụ biến đổi điện áp 12V/2A thành điện áp khoảng 1,5V và cho dòng lên tới 10A để cấp

3.3.Hệ thống chipset trên bo mạch

• North Bridge (Chipset bắc)

- Chipset bắc có nhiệm vụ điều khiển các thành phần có tốc độ cao như CPU,

RAM và Card Video

- Chipset điều khiển về tốc độ BUS và điều khiển chuyển mạch dữ liệu, đảm bảo cho dữ liệu qua lại giữa các thành phần được thông suốt và liên tục, khai thác hết được tốc độ của CPU và bộ nhớ RAM

- Có thể ví Chipset giống như một nút giao thông ở một ngã tư, điều khiển chuyển mạch như các đèn xanh đèn đỏ cho phép từng luồng dữ liệu đi qua trong một khoảng thời gian nhất định, còn điều khiển tốc độ BUS là mỗi hướng của ngã tư khác nhau thì các phương tiện phải chạy theo một tốc độ quy định

• Sourth Bridge (Chipset nam)

- Chức năng của chipset nam tương tụ như chipset bắc, nhưng chipset nam điều khiển các thành phần có tốc độ chậm như: Card Sound, Card Net, ổ cứng, ổ CD ROM, các cổng USB, IC SIO và BIOS v v

3.4.Hệ thống ghép nối bus

- Bus là hệ thống đường truyền tín hiệu giúp trao đổi dữ liệu giữa vi xử lý và các thiết bị khác trong máy tính Nói cách khác Bus như một con đường để lưu thông dữ liệu giữa các thiết bị

- Bus trong máy tính được chia làm nhiều loại như: System Bus, FSB (Front Side Bus), BSB (Back Side Bus), Expansion Bus…

Bus là kênh truyền dữ liệu giữa CPU & bộ nhớ được thiết kế trên mainboard System Bus phụ thuộc vào số lượng các đường truyền dữ liệu (32, 64 bit…) và tốc

độ xung nhịp của hệ thống (100Mhz, 133MHz…)

Tốc độ của kênh truyền hệ thống cao hơn so với tốc độ các kênh truyền ngoại

vi nhưng lại chậm hơn kênh truyền tuyến sau Back Side Bus

Bus tuyến trước tiếp nhận các thông tin và truyền dữ liệu từ chip cầu bắc đến

vi xử lý và ngược lại Hoạt động của nó giống system bus nhưng nó chỉ hoạt động trong phạm vi của vi xử lý

Khi các thông tin dữ liệu truyền vào thì bus tuyến trước sẽ tiếp nhận và đưa vào vi

xử lý để thực hiện việc xử lý

3.5 Giới thiệu về công nghệ tích hợp

Trên mainboard nhà sản xuất tích hợp thêm các công nghệ nhằm tăng cường sức mạnh, tính đa dạng, khả năng hỗ trợ và khai thác các công nghệ mới của những thiết

+RAID (Redundant Array of Independent Disks)

Công nghệ Dual Channel là gì ?

Điều kiện sử dụng công nghệ Dual Channel ?

Cách lắp đặt, nguyên lý hoạt động, dấu hiệu nhận biết công nghệ ?

3.6 Chẩn đoán và khắc phục sự cố về bo mạch chủ

BÀI 4 BỘ VI XỬ LÝ 4.1.Tổng quan về vi xử lý

Một bộ phận không thể thiếu đối với bất kỳ máy tính nào đó là bộ vi xử lý, bộ phận điều khiển mọi hoạt động của máy tính Lịch sử phát triển các thế hệ máy vi tính gắn liền với sự phát triển các vi xử lý như: 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium… Trong các máy tính cá nhân thường chỉ sử dụng 1 vi xử lý, đây chính là trung tâm xử lý thông tin và phát ra các tín hiệu điều khiển Do vậy, chức năng của vi

xử lý ở đây cũng chính là CPU (Control Processing Unit)

Trước khi tìm hiểu cấu trúc của một CPU, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các bước

mà CPU cần làm khi thực hiện một lệnh Đó là:

số học và lôgic, đây chính là đơn vị số học và lôgic ALU (Arithmetic and Logic Unit) Một bộ phận không thể thiếu trong CPU là tập các thanh ghi bên trong (registers), nơi lưu trữ và xử lý thông tin Xuất phát từ đó mà các CPU đều có sơ đồ khối biểu diễn như hình dưới đây:

Sơ đồ khối chung của CPU

Đơn vị điều khiển (CP)

Đơn vị số học và logic (ALU)

Tập thanh ghi (RF)

Đơn vị ghép nối bus (BIU)

Bus dữ liệu

Bus bên trong

Bus địa chỉ

Bus điều ể

4.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Phần đường dẫn dữ liệu gồm:

o Đơn vị số học và lôgic (ALU: Arithmetic and Logic Unit)

o Các mạch dịch

o Các thanh ghi

o Các đường nối kết các bộ phận trên

Phần này chứa hầu hết các trạng thái của bộ xử lý Ngoài các thanh ghi tổng quát, phần đường dẫn dữ liệu còn chứa thanh ghi đếm chương trình (PC: Program Counter), thanh ghi trạng thái (SR: Status Register), thanh ghi đệm TEMP (Temporary), các thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (MAR: Memory Address Register), thanh ghi số liệu bộ nhớ (MBR: Memory Buffer Register), bộ đa hợp (MUX: Multiplexor), đây là điểm cuối của các kênh dữ liệu - CPU và bộ nhớ, với nhiệm

vụ lập thời biểu truy cập bộ nhớ từ CPU và các kênh dữ liệu, hệ thống bus nguồn (S1, S2) và bus kết quả (Dest)

Nhi ệm vụ của đường dẫn dữ liệu

Nhiệm vụ chính của phần đường dẫn dữ liệu là đọc các toán hạng từ các thanh ghi tổng quát, thực hiện các phép tính trên toán hạng này trong bộ làm tính

và luận lý ALU và lưu trữ kết quả trong các thanh ghi tổng quát Ở ngã vào và ngã

ra các thanh ghi tổng quát có các mạch chốt A, B, C Thông thường, số lượng các thanh ghi tổng quát là 32

Phần đường đi của dữ liệu chiếm phân nửa diện tích của bộ xử lý nhưng là phần dễ thiết kế và cài đặt trong bộ xử lý

Tổ chức của một xử lý điển hình

Ch ức năng bộ điều khiển

 Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào thanh ghi lệnh

 Tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế tiếp

 Giải mã lệnh đã được nhận để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu

 Phát ra các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh

 Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và đáp ứng với các yêu cầu đó

Bộ điều khiển tạo các tín hiệu điều khiển di chuyển số liệu (tín hiệu di chuyển

số liệu từ các thanh ghi đến bus hoặc tín hiệu viết vào các thanh ghi), điều khiển các tác vụ mà các bộ phận chức năng phải làm (điều khiển ALU, điều khiển đọc và viết vào bộ nhớ trong ) Bộ điều khiển cũng tạo các tín hiệu giúp các lệnh được thực hiện một cách tuần tự

Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển

Bộ điều khiển vi chương trình (Microprogrammed Control Unit)

Nguyên tắc vận hành của bộ điều khiển dùng vi chương trình

– Bộ nhớ vi chương trình (ROM) lưu trữ các vi chương trình (microprogram) – Một vi chương trình bao gồm các vi lệnh (microinstruction)

– Mỗi vi lệnh mã hoá cho một vi thao tác (microoperation)

– Để hoàn thành một lệnh cần thực hiện một hoặc một vài vi chương trình – Tốc độ chậm

Bộ điều khiển dùng mạch điện tử

Để hiểu được vận hành của bộ điều khiển mạch điện tử, chúng ta xét đến mô tả

về Automate trạng thái hữu hạn: có nhiều hệ thống hay nhiều thành phần mà ở mỗi thời điểm xem xét đều có một trạng thái (state) Mục đích của trạng thái là ghi nhớ những gì có liên quan trong quá trình hoạt động của hệ thống Vì chỉ có một số trạng thái nhất định nên nói chung không thể ghi nhớ hết toàn bộ lịch sử của hệ thống, do vậy nó phải được thiết kế cẩn thận để ghi nhớ những gì quan trọng Ưu điểm của hệ thống (chỉ có một số hữu hạn các trạng thái) đó là có thể cài đặt hệ thống với một lượng tài nguyên cố định Chẳng hạn, chúng ta có thể cài đặt Automate trạng thái hữu hạn trong phần cứng máy tính ở dạng mạch điện hay một dạng chương trình đơn giản, trong đó, nó có khả năng quyết định khi chỉ biết một lượng giới hạn dữ liệu hoặc bằng cách dùng vị trí trong đoạn mã lệnh để đưa ra quyết định

Nguyên tắc vận hành của bộ điều khiển dùng mạch điện tử

N guyên tắc của một bộ điều khiển bằng mạch điện Các đường điều khiển của phần

đường đi số liệu là các ngã ra của một hoặc nhiều Automate trạng thái hữu hạn Các ngã vào của Automate gồm có thanh ghi lệnh, thanh ghi này chứa lệnh phải thi hành

và những thông tin từ bộ đường đi số liệu Ứng với cấu hình các đường vào và trạng thái hiện tại, Automate sẽ cho trạng thái tương lai và các đường ra tương ứng với trạng thái hiện tại Automate được cài đặt dưới dạng là một hay nhiều mạch mảng logic lập trình được (PLA: Programmable Logic Array) hoặc các mạch logic ngẫu nhiên

Kỹ thuật điều khiển này đơn giản và hữu hiệu khi các lệnh có chiều dài cố định,

có dạng thức đơn giản Nó được dùng nhiều trong các bộ xử lý RISC

Ti ến trình thực hiện lệnh máy

Việc thi hành một lệnh mã máy có thể chia thành 5 giai đoạn:

 Đọc lệnh (IF: Instruction Fetch)

 Giải mã lệnh (ID: Instruction Decode)

 Thi hành lệnh (EX: Execute)

 Thâm nhập bộ nhớ trong hoặc nhảy (MEM: Memory access)

 Lưu trữ kết quả (RS: Result Storing)

Mỗi giai đoạn được thi hành trong một hoặc nhiều chu kỳ xung nhịp

Đọc lệnh

MAR ← PC

IR ← M[MAR]

 Thanh ghi PC chứa địa chỉ lệnh tiếp theo

 Địa chỉ chuyển vào thanh ghi MAR

 Địa chỉ đưa lên bus địa chỉ

 Đơn vị điều khiển yêu cầu đọc bộ nhớ

 Kết quả đưa lên data bus, sao chép vào thanh ghi MBR, đưa vào thanh ghi IR

Hình 3.5:Sơ đồ mô tả quá trình đọc lệnh

Gi ải mã lệnh

– Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa đến đơn vị điều khiển

– Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh để xác định thao tác phải thực hiện – Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU

Nh ận dữ liệu

Giai đoạn này thường chỉ được dùng cho các lệnh nạp dữ liệu, lưu dữ liệu và lệnh nhảy

Nhận dữ liệu trực tiếp:

– CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus địa chỉ

– CPU phát tín hiệu điều khiển đọc

– Toán hạng được đọc vào CPU

– Tương tự như nhận lệnh

Nhận dữ liệu gián tiếp:

Sơ đồ tả nhận toán hạng gián tiếp

Quá trình nhận dữ liệu gián tiếp:

 CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ

 CPU phát tín hiệu điều khiển đọc

 Nội dung ngăn nhớ được đọc vào CPU, đó chính là địa chỉ của toán hạng

 Địa chỉ này được CPU phát ra bus địa chỉ để tìm ra toán hạng

 CPU phát tín hiệu điều khiển đọc

 Toán hạng được đọc vào CPU

 CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ

 CPU đưa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu

 CPU phát tín hiệu điều khiển ghi

 Dữ liệu trên bus dữ liệu được copy đến vị trí xác định  Lưu trữ kết quả trong thanh ghi đích

Sơ đồ mô tả quá trình lưu kết quả

+ Tốc độ ra vào giữa các chân CPU – thường được gọi là Bus tuyến trước – Front Side Bus

cho thấy chỉ trong một chu kỳ xung nhịp, bộ xử lý có thể thực hiện một lệnh (bình thường lệnh này được thực hiện trong 5 chu kỳ)

Chuỗi lệnh Chu kỳ xung nhịp

Các giai đoạn khác nhau của nhiều lệnh được thi hành cùng một lúc

So sánh với kiểu xử lý tuần tự thông thường, 5 lệnh được thực hiện trong 25 chu kỳ xung nhịp, thì xử lý lệnh theo kỹ thuật ống dẫn thực hiện 5 lệnh chỉ trong 9 chu kỳ xung nhịp

Như vậy kỹ thuật ống dẫn làm tăng tốc độ thực hiện các lệnh Tuy nhiên kỹ thuật ống dẫn có một số ràng buộc:

- Cần phải có một mạch điện để thi hành mỗi giai đoạn của lệnh vì tất cả các giai đoạn của lệnh được thi hành cùng lúc Trong một bộ xử lý không dùng kỹ thuật ống dẫn, ta có thể dùng bộ làm toán ALU để cập nhật thanh ghi PC, cập nhật địa chỉ

của toán hạng bộ nhớ, địa chỉ ô nhớ mà chương trình cần nhảy tới, làm các phép tính trên các toán hạng vì các phép tính này có thể xảy ra ở nhiều giai đoạn khác nhau

- Phải có nhiều thanh ghi khác nhau dùng cho các tác vụ đọc và viết Trên hình 3.8, tại một chu kỳ xung nhịp, ta thấy cùng một lúc có 2 tác vụ đọc (ID, MEM) và 1 tác vụ viết (RS)

- Trong một máy có kỹ thuật ống dẫn, có khi kết quả của một tác vụ trước đó,

là toán hạng nguồn của một tác vụ khác Như vậy sẽ có thêm những khó khăn mà ta

sẽ đề cập ở mục tới

- Cần phải giải mã các lệnh một cách đơn giản để có thể giải mã và đọc các toán hạng trong một chu kỳ duy nhất của xung nhịp

- Cần phải có các bộ làm tính ALU hữu hiệu để có thể thi hành lệnh số học dài

nhất, có số giữ, trong một khoảng thời gian ít hơn một chu kỳ của xung nhịp

- Cần phải có nhiều thanh ghi lệnh để lưu giữ lệnh mà chúng ta phải xem xét cho mỗi giai đoạn thi hành lệnh

- Cuối cùng phải có nhiều thanh ghi bộ đếm chương trình PC để có thể tái tục các lệnh trong trường hợp có ngắt quãng

Kỹ thuật siêu ống dẫn lệnh

Máy tính có kỹ thuật siêu ống dẫn bậc n bằng cách chia các giai đoạn của

kỹ thuật ống dẫn đơn giản, mỗi giai đoạn được thực hiện trong khoản thời gian Tc, thành n giai đoạn con thực hiện trong khoản thời gian Tc/n Độ hữu hiệu của kỹ thuật này tương đương với việc thi hành n lệnh trong mỗi chu kỳ Tc Hình 3.9 trình bày thí dụ về siêu ống dẫn bậc 2, có so sánh với siêu ống dẫn đơn giản Ta thấy trong một chu kỳ Tc, máy dùng kỹ thuật siêu ống dẫn làm 2 lệnh thay vì làm

1 lệnh trong máy dùng kỹ thuật ống dẫn bình thường Trong máy tính siêu ống

dẫn, tốc độ thực hiện lệnh tương đương với việc thực hiện một lệnh trong khoảng

thời gian Tc/n Các bất lợi của siêu ống dẫn là thời gian thực hiện một giai đoạn con

ngắn Tc/n và việc trì hoãn trong thi hành lệnh nhảy lớn Trong ví dụ ở Hình 3.9, nếu lệnh thứ i là một lệnh nhảy tương đối thì lệnh này được giải mã trong giai đoạn ID, địa chỉ nhảy đến được tính vào giai đoạn EX, lệnh phải được nhảy tới là lệnh thứ i+4, vậy có trì trệ 3 lệnh thay vì 1 lệnh trong kỹ thuật ống dẫn bình thường

Siêu ống dẫn bậc 2 so với siêu ống dẫn đơn giản

Trong khoảng thời gian Tc, máy có siêu ống dẫn làm 2 lệnh thay vì 1 lệnh như trong máy có kỹ thuật ống dẫn đơn giản

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1 Các thành phần và nhiệm vụ của đường đi dữ liệu?

2 Thế nào là ngắt quãng? Các giai đoạn thực hiện ngắt quãng của CPU

3 Vẽ hình để mô tả kỹ thuật ống dẫn

4 Các khó khăn trong kỹ thuật ống dẫn và cách giải quyết khó khăn này

BÀI 5 BỘ NHỚ CHÍNH (MAIN MEMORY) 5.1 Tổng quan về bộ nhớ

Bộ nhớ chứa chương trình, nghĩa là chứa lệnh và số liệu Người ta phân biệt bộ nhớ theo truy nhập như sau:

- Bộ nhớ truy nhập ngẫy nhiên: Đây là loại bộ nhớ mà khi ta muốn truy nhập đến một phần tử bất kỳ của nó, không cần phải truy nhập lần lượt qua tất cả các phần

tử đứng trước nó Chính vì vậy mà thời gian truy nhập đến các phần tử nhớ trong trường hợp này không phụ thuộc vào vị trí của các phần tử nhớ (đĩa cứng, )

- Bộ nhớ truy nhập tuần tự: Đây là loại bộ nhớ mà khi chúng ta muốn truy nhập đến một phần tử bất kỳ của nó thì phải truy nhập lần lượt qua tất cả các phần tử nhớ trước nó

Phân lo ại theo đọc ghi của bộ nhớ

Tùy theo chức năng mà bộ nhớ có thể có những khả năng đọc/ghi thông tin khác nhau

- Có những loại bộ nhớ chỉ có thể đọc thông tin từ chúng mà không thể ghi thông tin ra chúng thường gọi là ROM (Read Only Memory)

- Có những loại bộ nhớ vừa có thể đọc thông tin lại vừa có thể ghi thông tin ra chúng, thường gọi là RAM (Random Access Memory)

5.2 Ch ủng loại và thông số kỹ thuật

ROM (Read Only Memory)

Đặc điểm ROM

Bộ nhớ chỉ đọc ROM cũng được chế tạo bằng công nghệ bán dẫn Bộ nhớ mà các phần tử nhớ của nó có trạng thái cố định, thông tin lưu giữ trong ROM cũng cố định và thậm chí không bị mất ngay cả khi mất điện Chương trình trong ROM được viết vào lúc chế tạo nó ROM là bộ nhớ không khả biến

Lưu trữ các thông tin sau:

 Thư viện các chương trình con

 Các chương trình điều khiển hệ thống (BIOS)

 Các bảng chức năng

 Vi chương trình

Các loại ROM

 ROM mặt nạ: thông tin được ghi khi sản xuất, rất đắt

 PROM (Programmable ROM): Cần thiết bị chuyên dụng để ghi bằng chương trình  chỉ ghi được một lần

 EPROM (Erasable PROM): Cần thiết bị chuyên dụng để ghi bằng chương trình  ghi được nhiều lần Trước khi ghi lại, xóa bằng tia cực tím

 EEPROM (Electrically Erasable PROM): Có thể ghi theo từng byte, xóa bằng điện

 Flashmemory (Bộ nhớ cực nhanh): Ghi theo khối, xóa bằng điện

RAM (Random Access Memory)

Đặc điểm

RAM là một loại bộ nhớ chính của máy tính RAM được gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên vì nó có đặc tính: thời gian thực hiện thao tác đọc hoặc ghi đối với mỗi ô nhớ là như nhau, cho dù đang ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ Mỗi ô nhớ của RAM đều có một địa chỉ Thông thường, mỗi ô nhớ là một byte (8 bit); tuy nhiên hệ thống lại có thể đọc ra hay ghi vào nhiều byte (2, 4, 8 byte) Bộ nhớ trong (RAM) được đặc trưng bằng dung lượng và tổ chức của nó (số ô nhớ và số bit cho mỗi ô nhớ), thời gian thâm nhập (thời gian từ lúc đưa ra địa chỉ ô nhớ đến lúc đọc được nội dung ô nhớ đó) và chu kỳ bộ nhớ (thời gian giữa hai lần liên tiếp thâm nhập bộ nhớ)

Mục đích: Máy vi tính sử dụng RAM để lưu trữ mã chương trình và dữ liệu

trong suốt quá trình thực thi Đặc trưng tiêu biểu của RAM là có thể truy cập vào những vị trí khác nhau trong bộ nhớ và hoàn tất trong khoảng thời gian tương tự, ngược lại với một số kỹ thuật khác, đòi hỏi phải có một khoảng thời gian trì hoãn nhất định

RAM động dùng kỹ thuật MOS Mỗi bit nhớ gồm có một transistor và một tụ điện Cũng như SRAM, việc nhớ một dữ liệu là tồn tại nếu bộ nhớ được cung cấp điện

Việc ghi nhớ dựa vào việc duy trì điện tích nạp vào tụ điện và như vậy việc đọc một bit nhớ làm nội dung bit này bị huỷ Vậy sau mỗi lần đọc một ô nhớ, bộ phận điều khiển bộ nhớ phải viết lại ô nhớ đó nội dung vừa đọc và do đó chu kỳ bộ nhớ động ít nhất là gấp đôi thời gian thâm nhập ô nhớ Việc lưu giữ thông tin trong bit nhớ chỉ là tạm thời vì tụ điện sẽ phóng hết điện tích đã nạp vào và như vậy phải làm tươi bộ nhớ sau mỗi 2µs Làm tươi bộ nhớ là đọc ô nhớ và viết lại nội dung đó

vào lại ô nhớ Việc làm tươi được thực hiện với tất cả các ô nhớ trong bộ nhớ Việc làm tươi bộ nhớ được thực hiện tự động bởi một vi mạch bộ nhớ Bộ nhớ DRAM chậm nhưng rẻ tiền hơn SRAM

 DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), thường được giới chuyên môn

gọi tắt là "DDR" Có 184 chân DDR SDRAM là cải tiến của bộ nhớ SDR với

tốc độ truyền tải gấp đôi SDR (200Mhz, 266Mhz, 333Mhz, 400Mhz, ) nhờ vào việc truyền tải hai lần trong một chu kỳ bộ nhớ Đã được thay thế bởi DDR2 Hầu hết các mainboard đời mới đều hỗ trợ DDR (và không hỗ trợ SDRAM)

 DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM), Thường được giới chuyên môn gọi tắt là "DDR2" Là thế hệ thứ hai của DDR với 240 chân, lợi thế lớn

nhất của nó so với DDR là có bus speed cao gấp đôi clock speed

 RDRAM (Viết tắt từ Rambus Dynamic RAM), thường được giới chuyên môn gọi

tắt là "Rambus" Đây là một loại DRAM được thiết kế kỹ thuật hoàn toàn mới so với kỹ thuật SDRAM RDRAM hoạt động đồng bộ theo một hệ thống lặp và truyền dữ liệu theo một hướng Một kênh bộ nhớ RDRAM có thể hỗ trợ đến 32 chip DRAM Mỗi chip được ghép nối tuần tự trên một module gọi là RIMM (Rambus Inline Memory Module) nhưng việc truyền dữ liệu được thực hiện giữa các mạch điều khiển và từng chip riêng biệt chứ không truyền giữa các chip với nhau Bus bộ nhớ RDRAM là đường dẫn liên tục đi qua các chip và module trên bus, mỗi module có các chân vào và ra trên các đầu đối diện Do đó, nếu các khe cắm không chứa RIMM sẽ phải gắn một module liên tục để đảm bảo đường

truyền được nối liền Tốc độ Rambus đạt từ 400-800 MHz Rambus tuy không nhanh hơn SDRAM là bao nhưng lại đắt hơn rất nhiều nên có rất ít người dùng RDRAM phải cắm thành cặp và ở những khe trống phải cắm những thanh RAM giả (còn gọi là C-RIMM) cho đủ

Thiết kế môdun nhớ bán dẫn

- Tổ chức chíp nhớ

Tổ chức chíp nhớ Các tín hiệu của chíp nhớ

Các đường địa chỉ:An-1->A0:có 2ntừ nhớ

Các đường dữ liệu:Dn-1 ->D0: độ dài từ nhớ bằng m bit

Dung lượng chip nhớ: 2n

x m bit Các đường điều khiển:

Tín hiệu chọn chip CS (Chip Select)

Tín hiệu điều khiển đọc OE(output Enable)

Tín hiệu điều khiển ghi wE(write enable)

Dung lượng chip nhớ=2n

xm bit Cần thiết kế để tăng dung lượng:

Thiết kế tăng độ dài từ nhớ

Thiết kế tăng số lượng từ nhớ

Thiết kế kết hợp

* Tăng độ dài từ nhớ

Ví dụ : Cho chip nhớ SRAM 4K x 4 bit

Thiết kế môdun nhớ 4K x 8 bit

Giải:

Dung lượng chip nhớ=212

x 4 bit Chip nhớ có 12 chân địa chỉ, 4 chân dữ liệu

Môdun nhớ cần có:12 chân địa chỉ, 8 chân dữ liệu

* Tăng số lượng từ nhớ

Ví dụ: Cho chip nhớ SRAM 4K x8 bit

Thiết kế môdun nhớ 8K x 8 bit

Giải:

Dung lượng chip nhớ = 212

x 8 bit