›
›

Giáo trình Phần cứng máy tính

pdf 52 trang vanle 3170
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Phần cứng máy tính", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_phan_cung_may_tinh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Phần cứng máy tính

  1. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 CHƯƠNG I. NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ THƠNG TIN VÀ MÁY TÍNH I. Khái niệm về thơng tin (information) Trong cuộc sống hàng ngày, con người thường xuyên thu nhận, xử lý và trao đổi thơng tin. Vậy thơng tin là gì? Cĩ nhiều định nghĩa về thơng tin, với đặc thù là sinh viên nghành tin học, chúng ta cĩ thể hiểu thơng tin là khái niệm như sau: Thơng tin là một khái niệm trừu tượng, chỉ những gì đem lại hiểu biết cho con người. Khái niệm trừu tượng cĩ nghĩa là chúng ta chỉ cĩ thể cảm nhận được mà khơng thể mơ tả được. II. Tin học là gì? (IT: Information Technology) Máy tính ngày càng trở nên phổ biến trong xã hội, chúng ta cũng cĩ thể hiểu rằng tin học là ngành khoa học về máy tính. Nhưng nếu chỉ hiểu một cách đơn giản như vậy thì chúng ta khơng thể nắm được rằng đối tượng nghiên cứu của ngành tin học là gì. Tin học là một nghành khoa học chuyên nghiên cứu việc thu thập và xử lý thơng tin dựa trên cơng cụ là máy tính điện tử. Đối tượng nghiên cứu của ngành tin học đĩ là những cơng nghệ về thu thập thơng tin, cơng nghệ về xử lý thơng tin và những cơng nghệ truyền tải thơng tin. III. Máy tính (Computer) là gì? Máy tính là cơng cụ cho phép xử lý thơng tin một cách tự động theo những chương trình (program) đã được lập sẵn từ trước. 5
  2. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Mục đích làm việc của máy tính là xử lý thơng tin, trong đĩ chương trình đã được lập sẵn quy định máy tính sẽ tiến hành xử lý thơng tin như thế nào. Chương trình là một dãy các lệnh (tập các lệnh: set of instructions) theo một trình tự nhất định để thực hiện một cơng việc nào đĩ từng bước một theo ý muốn của người lập trình. Như vậy, chương trình là một tập các chỉ thị để ra lệnh cho máy tính thực hiện cơng việc nhằm đạt đến mục tiêu hay kết quả của việc thực hiện chương trình. Muốn máy tính thực hiện chương trình tự động thì máy tính phải cĩ chức năng “nhớ” tập lệnh của chương trình. IV. Nguyên tắc làm việc của máy tính Máy tính làm việc theo hai nguyên tắc: + Máy tính thực hiện cơng việc theo các chương trình đã được lưu trữ trong bộ nhớ. + Để thực hiện chương trình, máy tính tuần tự đọc các lệnh, giải mã lệnh, thực thi lệnh (thi hành lệnh). Chẳng hạn ta cĩ một chương trình yêu cầu máy tính thực hiện, theo nguyên tắc nhất thì chương trình đĩ phải được “nạp” hay được lưu trữ trong bộ nhớ. Để thực hiện chương trình đĩ, theo nguyên tắc làm việc thứ hai thì máy tính lần lượt đọc các lệnh của chương trình, giải mã lệnh đĩ và thực hiện lệnh. Chỉ khi máy tính thực hiện xong một lệnh thì lệnh kế tiếp mới được đọc vào, giải mã và thực hiện. Nếu một lệnh khơng thực hiện được thì máy tính sẽ bị ngưng làm việc (treo máy) hay báo lỗi nếu cĩ cơ chế báo lỗi. Ví dụ: Với lệnh chia mà số chia bằng 0, thì lệnh này sẽ khơng thể thực hiện được. Để giải quyết vấn đề này, máy tính sẽ thực hiện việc kiểm tra trước số chia của phép chia, nếu số chia bằng 0, máy tính sẽ báo một lỗi và trên thực tế, phép chia này khơng được thực hiện. V. Đơn vị lưu trữ thơng tin Thơng tin trong máy tính được mã hố dưới dạng hệ nhị phân. Đơn vị nhỏ nhất để lưu trữ thơng tin là số nhị phân (Binary digIT: BIT). Ở đây, chúng ta cĩ đề cập đến vấn đề mã hố thơng tin, vậy thì mã hố thơng tin là gì và mã hố thơng tin dùng để làm gì? Để làm sáng tỏ điều này, chúng ta đi từ bản thân con người chúng ta. Con người tiếp thu thơng tin của thế giới bên ngồi qua 5 giác quan của mình. Cụ thể: Mắt : Thơng tin về hỉnh ảnh. 6
  3. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Tai: Âm thanh Mũi, lưỡi: mùi, vị Da: sự tiếp xúc, nhiệt độ Ngồi ra, con người cịn cảm nhận được thơng tin dạng sự kiện hay hiện tượng, chẳng hạn: cũng hình ảnh trái bĩng lăn vào lưới nhưng chúng ta biết được sự kiện đội nào đang thắng vv. Các thơng tin từ thế giới bên ngồi này được não cảm nhận, hay “sự phản ánh thế giới khách quan vào não của con người”. Và thơng tin này được não phân tích, lượng hố (mức độ hố như: với nhiệt độ cĩ nĩng, rất nĩng, lạnh, mát ). Đây là dạng thơng tin trừu tượng nằm trong não của con người. Khơng thể truyền thơng tin này một cách trực tiếp từ não người này sang người khác. Để truyền được thơng tin này, trước tiên, con người thực hiện truyền thơng tin bằng ra hiệu. Thời kỳ sau đĩ, con người thực hiện mã hố thơng tin bằng ngơn ngữ nĩi, cĩ nhiều quy tắc mã hố thơng tin trong não của con người nên cĩ nhiều ngơn ngữ nĩi hay tiếng nĩi trên thế giới. Ngơn ngữ nĩi chỉ được dùng để sử dụng trong việc truyền thơng tin thơng qua giao tiếp: hai người gần nhau và nĩi chuyện với nhau. Như vậy, những người ở xa nhau khơng thể “nĩi chuyện” với nhau được. Ngơn ngữ ký hiệu, chữ viết ra đời. Cũng cĩ nhiều quy tắc trong việc mã hố ngơn ngữ viết dẫn đến cĩ nhiều mẫu tự khác nhau. Khi khoa học phát triển đến thời kỳ hiện đại, mơi trường truyền thơng tin bằng sĩng điện từ, bằng dịng điện đã làm cho nhân loại phát triển đến kỷ nguyên về cơng nghệ thơng tin như hiện nay. Đối với con người, những thơng tin khác nhau cĩ những ý nghĩa khác nhau. Thơng tin nhiều ý nghĩa cĩ giá trị hơn những thơng tin ít cĩ giá trị. Để cĩ thể đo được giá trị thơng tin, người ta đã tiến hành lượng hố thơng tin. Cần phân biệt thơng tin và dữ liệu (data), thơng tin được ẩn chứa trong các dữ liệu (cĩ thể được hiểu là những mẩu thơng tin thơ và ít ý nghĩa). Nếu hiểu nhà là thơng tin thì cĩ thể hiểu gạch, sắt, thép là dữ liệu. Ví dụ: Phương là dữ liệu Phương đã là thơng tin 25 ( rất ít giá trị) 25 tuổi ( cĩ giá trị) 7
  4. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Trong một quá trình xử lý thơng tin, ta nĩi các đầu vào để xử lý là dữ liệu, cịn các đầu ra là thơng tin. Ví dụ: Dữ liệu vào Thơng tin ra (DATA) Xử lý thơng tin (Information) Trung 26 Trung 26 tuổi Mai Trung lớn tuổi hơn Mai 20 Mai 20 tuổi Là dữ liệu vào (1) Là thơng tin ra (1) Là thơng tin ra (2) Là dữ liệu vào (2) Bản thân dữ liệu hay thơng tin khơng thể tự truyền được, để cĩ thể truyền thơng tin cần phải cĩ vật mang thơng tin. Đĩ là tín hiệu. Hiện nay cĩ nhiều dạng tín hiệu (tín hiệu âm thanh, tín hiệu SOS, ) trong mơi trường điện chúng ta quan tâm đến hai dạng tín hiệu đĩ là tín hiệu tương tự (cịn gọi là tín hiệu liên tục) (Analog Signal) và tín hiệu số (cịn gọi là tín hiệu rời rạc) (Digital Signal). Tín hiệu tương tự dùng trong trường hợp thơng tin được gửi vào sĩng truyền tin dưới dạng biên độ, tần số, hay pha của sĩng điện từ hay sĩng điện trong dây dẫn điện. Tín hiệu số (cịn gọi là tín hiệu nhị phân Binary Digital Signal) dùng trong trường hợp truyền thơng tin dưới dạng nhị phân. Phù hợp trong mơi trường dẫn điện, để truyền một BIT bằng 0 thì tín hiệu điện trên đường truyền cĩ điện áp 0V (khơng cĩ điện áp) và ngược lại, để truyền một BIT cĩ giá trị bằng 1 thì tín hiệu điện trên đường truyền cĩ điện áp 5V (hoặc 3,3V ) (cĩ điện áp). Dữ liệu tương tự cĩ thể được chuyển đổi thành dữ liệu số và ngược lại thơng qua một vi mạch chuyển đổi gọi là ADC (Analog Digital Coverted) hay DAC (Digital Analog Coverted). Thiết bị chuyển đổi cịn gọi là MODEM (MOdulation and DEModulation). 8
  5. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 BIT là đơn vị nhỏ nhất để lưu trữ thơng tin. Một BIT hay một chữ số nhị phân chỉ cĩ thể nhận một trong hai giá trị là 0 hay là 1. Nếu dùng 1 BIT để mã hố thơng tin nào đĩ thì thơng tin đĩ chỉ cĩ tối đa 2 giá trị hay rất ít cĩ giá trị. Chẳng hạn nếu dùng 1 bit để lưu trữ màu của một điểm ảnh trên màn hình thì màn hình đĩ chỉ cĩ tối đa là 2 màu. Nhưng nếu ghép các bit lại với nhau để lưu trữ thơng tin thì cĩ thể lưu trữ được những thơng tin cĩ ý nghĩa hơn. Trong thực tế người ta đã ghép 4 bit (1 Nibble) và hiện tại là 8 bit (1Byte). Ví dụ: + Để mã hố ký tự (Char): dùng 8 bit (1 Byte) đối với mã ASCII và hiện nay thường dùng 16 bit (2 Byte) đối với mã UNICODE. + Để mã hố số nguyên: dùng 2 Byte, số thực dùng 4 Byte, + Để mã hố màu của một điểm ảnh trên màn hình: dùng 8 bit (256 Color), 16 bit (HighColor), 24 bit (TrueColor) hay 32 bit (TrueColor). Dung lượng của bộ nhớ (hay thiết bị lưu trữ ) là khả năng nhớ tối đa của bộ nhớ (hay thiết bị lưu trữ). Để dễ dàng so sánh giữa các mức dung lượng khác nhau người ta thường dùng những đơn vị đo sau: Chúng ta cĩ: 1 KB = 210 Byte = 1024 Byte 1 MB = 210 KB = 1024 KB 1 GB = 210 MB = 1024 MB 1 TB = 210 GB = 1024 GB VI. Phần cứng và phần mềm 1. Phần cứng Phần cứng nĩi đến cấu tạo của máy tính về mặt vật lý. Bao gồm tồn bộ các thiết bị, linh kiện điện tử của máy tính. Cịn cĩ những quan điểm cho rằng nguyên lý hoạt động của máy tính cũng là một bộ phận của phần cứng máy tính. 2. Phần mềm Phần mềm là hệ các chương trình trong máy tính giúp người sử dụng (user) thực hiện một cơng việc nào đĩ. Phần mềm cĩ thể được phân làm hai loại: - Các phần mềm hệ thống gồm cĩ: o Hệ điều hành (OS: Operating System) là phần mềm quan trọng nhất trong máy tính. Nắm vai trị điều hành mọi hoạt động của máy tính. o Các chương trình phục vụ hệ thống: gồm chương trình điều khiển việc khởi động máy tính, các chương trình sơ cấp hướng dẫn hoạt động vào ra cơ bản của máy tính (thuộc ROM BIOS) o Các trình điều khiển thiết bị (device driver). 9
  6. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 - Các phần mềm ứng dụng (Application): giúp người sử dụng thực hiện một ứng dụng nào đĩ. Ngồi ra, cịn phải kể đến một loại phần mềm rất đặc biệt trong máy tính. Đĩ là các ngơn ngữ lập trình. Đây là phần mềm dùng để viết ra phần mềm. Sau đây là danh sách một số phần mềm điển hình được dùng cho máy cá nhân PC: + Hệ điều hành: Win9x, 2000, XP + Phần mềm dùng để bảo trì ổ đĩa: ScanDisk (kiểm tra đĩa lưu trữ), Disk Cleanup (dọn dẹp ổ cứng), Disk Defracmenter (chống phân mảnh đĩa cứng) + Phần mềm bảo trì máy và ngăn ngừa virut: Norton AntiVirus, BKAVxxxx + Phần mềm chế bản văn bản: bộ Office của Microsoft, NotePad + Phần mềm học tiếng anh: MTD của Lạc Việt, Just ClickSee, English Study, EvaTran + Phần mềm nén tập tin: WinZip, WinRad + Phần mềm multimedia (xem phim, nghe nhạc): Winnap, Herosoft, Windows Media Player, JetAudio + Phần mềm tạo và làm việc với cơ sở dữ liệu: Access, Oracle + Phần mềm duyệt web: Internet Explore + Phần mềm tạo CD ảo: Virtual Driver Manager + Phần mềm lập trình: C, C++, Visual Basic + Phần mềm giải trí, vv VII. l ịch sử phát triển của máy tính Lịch sử phát triển của máy tính gắn liền với lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý. Cho đến nay được chia thành 4 thế hệ: - Lịch sử các máy tính cơ khí: Trước cơng nguyên, con người đã biết sử dụng bàn tay để tính tốn. Rồi bàn tính số học (ABACUS) ra đời. Điều chú ý nhất là vào giữa thế kỷ XIX , PASCAL đã chế tạo ra một chiếc máy tính cĩ thể thực hiện được các máy tính số học hồn tồn bằng cơ khí. - Thế hệ thứ nhất (1st Generation): 1945-1955, sử dụng cơng nghệ đèn ống chân khơng (Vaccumn Tube) cịn được gọi là máy tính sử dụng cơng nghệ bĩng đèn điện tử. Đặc điểm là tiêu thụ nhiều điện năng, toả nhiều nhiệt và hệ thống ít tin cậy. - Thế hệ thứ hai (2nd Generation): 1955 – 1973, sử dụng cơng nghệ bán dẫn ( Transistor ). Một hệ thống máy tính được tạo với các transistor trở nên nhỏ hơn, nhanh hơn và hữu hiệu hơn nhiều so với một hệ thống máy tính được tạo với các đèn ống chân khơng. - Thế hệ thứ ba (3rd Generation): 1974 – 1979, sử dụng vi mạch tổ hợp IC ( integrated circuit – IC), một mạch bán dẫn được thiết lập bằng cách cấy các Transistor lên một chất nền (Silic) và nối kết các transistor khơng dây. IC đầu tiên 10
  7. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 chỉ cĩ 6 transistor (ngày nay với bộ vi xử lý Intel Pro cĩ đến 5,5 triệu transistor). Thời kỳ này đánh dấu sự ra đời của bộ vi xử lý 4004, tiền thân của các bộ vi xử lý x86 sau này. - Thế hệ thứ tư (4th Generation): 1980 đến nay. Máy tính sử dụng cơng nghệ tích hợp IC mật độ cực cao (VLSI: Very Large Scale Intergrated). Vi xử lý 8088 ra đời đánh dấu thời kỳ phát triển máy tính cá nhân PC (Personal Computer). Trong tương lai, người ta dự báo lịch sử máy tính chuyển sang thế hệ thứ năm (5th Generation). Là thời kỳ phát triển máy tính “thơng minh”, cĩ thể tự động nhận biết những thay đổi của mơi trường xung quanh như con người. Hiện nay đã cĩ những bước đột phá sang thế hệ máy tính “thơng minh” trong đĩ ROBOT Asimo của hãng Honda là một ví dụ. VIII. Chủng loại máy tính Cĩ nhiều chủng loại máy tính khác nhau, được phân biệt theo tín hiệu xử lý, theo khả năng, theo kiểu thiết kế hay theo cơng dụng. Theo tín hiệu xử lý: + Máy tính tương tự (Analog Computer): xử lý dữ liệu tương tự, dùng trong nghiên cứu khoa học, y học, đo lường khí tượng thuỷ văn vv + Máy tính số (Digital Computer) : xử lý tín hiệu số, dùng rộng rãi trong việc lưu trữ dữ liệu, giáo dục, thương mại, giải trí vv Theo khả năng: + Supercomputer: Siêu máy tính, khả năng tính tốn, tốc độ xử lý, khả năng lưu trữ rất lớn. Dùng để chứa cơ sở dữ liệu trong các mạng an ninh quốc phịng, các tập đồn đa quốc gia của Mỹ và các nước đồng minh. Cĩ giá từ vài chục đến vài trăm triệu đơ la. + Minicomputer: máy tính nhỏ, khả năng lưu trử, tốc độ kém hơn siêu máy tính. Thường dùng để chứa cơ sở dữ liệu trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Giá cỡ vài triệu đơla. + MicroComputer: máy vi tính, khả năng xử lý, lưu trữ phù hợp với cá nhân nên được dùng cho PC (Personal Computer : máy tính cá nhân). Cĩ giá từ vài trăm đến vài ngàn đơla. Theo cơng dụng, cĩ một số thuật ngữ sau: + Mainframe (máy chính) – terminate (máy trạm): máy chính dùng để chứa tồn bộ cơ sở dữ liệu và được cài đặt một hệ điều hành đa xử lý (Multiproccessor Operating System: chẳng hạn MAC OS, Unix). Máy trạm đơn giản chỉ là một thiết bị đầu cuối (Gồm bàn phím để nhập, màn hình hoặc máy in để xuất nối vào 11
  8. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Mainframe dùng làm hệ thống nhập xuất. Mọi cơng việc xử lý đều thuộc về máy chính. + Server (Máy chủ) – Client (Máy khách): Máy chủ chứa cơ sở dữ liệu server (Server Database), cài đặt một hệ điều hành chạy được trên nền server (Windows NT, Windows 2000 server ). Máy khách cĩ thể hiểu đơn giản là một PC, cài đặt một hệ điều hành client (Win9x, 2000, XP ) và cài đặt các giao thức mạng để cĩ thể truy xuất đến cơ sở dữ liệu của máy chủ. Theo kiểu thiết kế họ phần cứng máy tính cá nhân IBM: các đặc tính kỹ thuật và các chuẩn dành cho PC vào thuở ban đầu đều do IBM đưa ra. Từ những hệ thống đời đầu như IBM PC, XT(eXTended) và AT(Advanced Technology) cùng với nhiều chuẩn mà các hệ thống ngày nay sử dụng đều phải phù hợp với chuẩn mà IBM đã đưa ra. Bao gồm các nhân tố về bo mạch chủ, cách thiết kế thùng máy và bộ nguồn, cấu trúc bus, cách thức sử dụng tài nguyên hệ thống, cấu trúc và cách thức ánh xạ bộ nhớ, các giao tiếp hệ thống, bộ nối, chân cắm vv. Các hệ thống PC được giới thiệu dưới đây ngày nay đang được thịnh hành: Desktop Computer: Máy tính cá nhân để bàn 12
  9. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Laptop Computer : Máy tính cá nhân xách tay Palmtop Computer: Máy tính cá nhân thu nhỏ 13
  10. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÁY TÍNH PC I. Mơ hình tổng quát của máy tính cá nhân PC Từ mục đích làm việc của máy tính, chúng ta cĩ thể nhìn nhận máy tính theo sơ đồ sau: 1) Memory 3) Các thiết bị vào 4) Các thiết bị ra Input device 2) CPU Output device 5) Các thiết bị lưu trữ Storage device Hình 2.1 Mơ hình cấu trúc tổng quát của một máy tính PC Mơ hình cho chúng ta thấy một PC cĩ các thành phần cơ bản sau: 1) Memory 2) CPU 3) Input Device 4) Output Device 5) Storage Device 6) Thành phần liên kết, vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần 14
  11. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Nhận xét: Từ mơ hình cơ bản của máy tính, chúng ta cĩ thể nhìn thấy các chỉ tiêu để đánh giá khả năng của PC. Ngồi ra chúng ta cĩ thể nhìn thấy CPU cĩ những chức năng gì: - Khả năng của PC được đánh giá qua các tiêu chí sau: o Tại CPU: khả năng về xử lý được đặc trưng bởi tốc độ xử lý của CPU. Ngồi ra, khả năng về xử lý cịn phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ RAM, CACHE, tốc độ truyền dữ liệu trên các Bus, tốc độ làm việc của các thiết bị mà chúng ta sẽ tìm hiểu sau. o Tại Output Device: khả năng và chất lượng của các thiết bị xuất. o Tại Input Device: khả năng và chất lượng của các thiết bị nhập. o Tại Storage Device: khả năng lưu trữ, chất lượng của thiết bị lưu trữ. o Tại các thành phần liên kết hệ thống: tốc độ vận chuyển dữ liệu (hay khả năng truyền dữ liệu). - Các chức năng cơ bản của CPU: o Thực hiện các lệnh về xử lý dữ liệu o Thực hiện các lệnh về nhập dữ liệu o Thực hiện các lệnh về xuất dữ liệu o Thực hiện các lệnh đọc, ghi, xố dữ liệu trên các thiết bị lưu trữ o Thực hiện các lệnh về quản lý (cấp phát và giải phĩng) bộ nhớ, thường do hệ điều hành đảm nhận. II. Các thành phần cơ bản của PC 1. Thành phần nhập dữ liệu + Bàn phím (Keyboard): Là thiết bị nhập chuẩn, nhập dữ liệu vào máy tính dạng kí tự (character), kí hiệu (Symbol), các phím chức năng (Function Key), các phím điều khiển (Control Key). 15
  12. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 + Chuột (Mouse): dùng trong giao diện đồ hoạ (Graphic Mode) + Microphone v.v 2. Thành phần xuất dữ liệu + Màn hình (Monitor): Là thiết bị xuất chuẩn, hiện thị kết quả làm việc, trạng thái làm việc giữa người sử dụng với máy tính dạng hình ảnh. + Máy in (Printer): dùng để in ấn tài liệu. + Loa (Speaker): dùng để nghe âm thanh, nhạc. 16
  13. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 + Máy chiếu (Projector): dùng trong giảng dạy, báo cáo hội thảo. v.v 3. Thành phần lưu trữ dữ liệu + Đĩa cứng (Hard Disk). + Đĩa mềm (Floppy Disk) + Đĩa CD (Compact Disk) + USB Disk, MemoryCard, ZIP Disk 17
  14. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 4. Thành phần xử lý dữ liệu + CPU (Centrel Processing Unit): đơn vị xử lý trung tâm, là bộ não của máy tính, nơi diễn ra quá trình xử lý thơng tin. + Các ChipSet : là các chip hỗ trợ CPU trong việc kiểm sốt và điều khiển các luồng dữ liệu giữa các thành phần trong máy tính. + Các chíp điều khiển thiết bị (Controller Chip): Mouse controller, Keyboard controller, HDD controller, FDD controller, Memory Controller, (thuộc bộ điều hợp của các thiết bị (Adapter)). 18
  15. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 III. Tìm hiểu các thành phần bên trong thùng máy Case Thùng máy (Case) của PC đơn giản là một hộp máy cĩ vai trị như là bộ khung, bên trong cĩ thiết kế các vùng khơng gian để cĩ thể gắn các thành phần phần cứng vào. Nhằm mục đích bảo vệ khỏi bụi bặm, hơi ẩm và va chạm. Hiện nay cĩ nhiều loại Case với nhiều kiểu thiết kế hình dáng, được phân biệt như sau: - Case để nằm: nhằm tiết kiệm khơng gian bố trí máy, Case để nằm thường bất tiện trong việc tháo lắp, bổ xung các bộ phận bên trong Case nên thường được trang bị hàng loạt, sử dụng trong các cơng ty. - Case để đứng: loại thấp là Mini Tower, cĩ chiều cao khoảng 40 cm. Loại cao là Tower, cĩ chiều cao khoảng 60 cm. Thuận tiện trong việc tháo lắp trên trong (chỉ việc mở một bên sườn máy), thường sử dụng cho các gia đình. - Case AT: (thường đi với kiểu Mini Tower, để nằm), sử dụng trong máy tính cĩ nguồn AT, mainboard AT. Đặc điểm là khơng tự tắt nguồn khi shutdown máy. 19
  16. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 - Case ATX: (thường đi với kiểu Tower, để nằm), sử dụng trong máy tính cĩ nguồn ATX, mainboard ATX. Đặc điểm là tự tắt nguồn khi shutdown máy. Trong một máy PC căn bản, Case chứa các thành phần phần cứng sau: Â Một bộ nguồn (Power Supply): + Dùng để chuyển đổi dịng điện xoay chiều thành các mức điện áp thích hợp để cung cấp cho mainboard và các thiết bị. + Một số đặc điểm kỹ thuật: v. Cơng suất với nguồn AT: 150/180/200 W v. Cơng suất với nguồn ATX: 250/300/350 W v. Mỗi bộ nguồn thường cĩ nhiều chấu cắm nguồn phục vụ cho mainboard và các thiết bị. Mỗi chấu cắm cĩ nhiều đầu dây điện với các mức điện áp khác nhau: đỏ (Red:+5V), vàng (Yellow: +12V), xanh (Blue:-12V), trắng (White:-5V), đen (Black:0V – GND nối đất). POWER SUPPLY Â Bộ vi xử lý (microprocessor), trong hầu hết các máy PC hiện nay thì đĩ là một bộ vi xử lý Celeron hoặc Pentium của Intel, hoặc một trong những bộ xử lý tương thích Intel được nhiều cơng ty máy tính cung cấp như AMD, Cyrix, 20
  17. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4  Bảng mạch chính (mainboard): Một bảng mạch lớn bằng nhựa cứng, trên đĩ cĩ các vi mạch, linh kiện điện tử, đường dẫn tín hiệu, các khe cắm (Slot) hay đế cắm (Socket) mainboard  Các thanh RAM, chip ROM BIOS, pin CMOS RAM CMOS ROM BIOS PIN CMOS 21
  18. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4  Các cổng (port) (là các đầu kết nối (connector) giữa hệ thống và cable của các thiết bị ngoại vi). IO Port  Các Card mở rộng. MainBoard Card mở rộng cắm vào mainboard  Những thiết bị lưu trữ. Cable dữ liệu  Cable dữ liệu ổ cứng, ổ mềm, ổ CD 22
  19. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Â Các đèn (LED) trạng thái: HDD LED, System Led. Â Loa hệ thống System speaker & các nút bấm: Power, Reset 23
  20. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 IV. Thành phần liên kết hệ thống 1. Khái niệm bus Để các thành phần trong máy tính cĩ thể trao đổi thơng tin, dữ liệu với nhau, trong máy tính cần phải cĩ các đường kết nối dùng để vận chuyển thơng tin. Bus: là tập hợp các đường kết nối dùng để vận chuyển thơng tin từ thành phần này sang thành phần khác trong hệ thống. Độ rộng của Bus: số đường dây cĩ khả năng vận chuyển thơng tin đồng thời. (Mỗi đường dây vận chuyển 1 bit) 2. Phân biệt giữa Cable và Bus Cần phân biệt CABLE và BUS, Bus là các đường vận chuyển thơng tin dùng chung cịn Cab là các đường vận chuyển thơng tin dùng riêng cho thiết bị. Ví dụ: Cab ổ cứng chỉ được sử dụng riêng cho ổ cứng. Trong hệ thống cĩ các loại Cab sau: + Cab tín hiệu màn hình. + Cab dữ liệu ổ cứng + Cab dữ liệu ổ CD + Cab dữ liệu ổ đĩa mềm + Cab dữ liệu máy in, cab tín hiệu bàn phím, cab tín hiệu chuột. Monitor IDE Cable FDD Cable Mouse Cable Sử dụng cho ổ cứng Cable Printer và CD Cable 3. Các chức năng của bus • Bus dữ liệu: - Chức năng: 24
  21. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 + Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ chính đến CPU + Vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần trong hệ thống. - Độ rộng của bus dữ liệu: M bit ( M đường dây: D0, D1, ,DM-1) cho biết số bit dữ liệu cĩ thể vận chuyển đồng thời. Trong thiết kế bus dữ liệu của CPU, người ta thường lấy: M = 8, 16, 32, 64 (bit) Ví dụ: 9 8088: M=8 bit 9 8086,80286 => M = 16 bit 9 80386,80486 => M = 32 bit 9 Các bộ xử lý Pentium: M = 64 bit, như vậy cùng một lúc, Pentium cĩ thể đọc, ghi 8 byte nhớ đồng thời. • Bus địa chỉ - Chức năng: vận chuyển địa chỉ từ CPU đến modul nhớ hay modul vào ra nà o cần trao đổi thơng tin. - Modul nhớ là một đơn vị nhớ được đánh địa chỉ trong máy tính, cĩ thể là một ngăn nhớ trong RAM, hay một ngăn nhớ trong BIOS, hay cũng cĩ thể là một cổng vào-ra dữ liệu. - Độ rộng bus địa chỉ: N bit (N đường dây: A0, A1, ., AN-1) Như vậy, với N bit thì bus địa chỉ cĩ khả năng đánh địa chỉ được 2N ngăn nhớ. Thường mỗi ngăn nhớ cĩ dung lượng là 1 Byte như vậy với N bit địa chỉ thì cĩ thể quản lý được 2N Byte gọi là khơng gian địa chỉ nhớ. Ví dụ: Bus địa chỉ của các bộ vi xử lý Intel 9 8088/8080 -> N = 20 bit => Khơng gian địa chỉ nhớ là 220 Byte = 1 MB 9 80286 -> N = 24 bit = > Khơng gian địa chỉ nhớ là 224 Byte = 16 MB 9 80386/80486, Pentium -> N = 32 bit => Khơng gian địa chỉ nhớ là 232 Byte = 4 GB 36 9 PII , PIII, PIV -> N = 36 => Khơng gian địa chỉ nhớ là 2 = 64GB 9 Italium -> N = 64 => Khơng gian địa chỉ nhớ là 264 Byte. • Bus điều khiển (Control Bus) - Chức năng: tập hợp các tín hiệu điều khiển, cĩ hai loại: + Loại 1: các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển các modul nhớ hay modul vào ra + Loại 2: Các tín hiệu yêu cầu gửi đến CPU yêu cầu CPU đáp ứng. Tín hiệu điều khiển là những tín hiệu đơn lẻ nên đối với bus điều khiển khơng cĩ khái niệm độ rộng bus. - Một số tín hiệu điều khiển điển hình trong máy tính 9 Memory Read (MEMR): phát ra từ CPU điều khiển đọc bộ nhớ. 9 Memory Write (MEMW) : phát ra từ CPU điều khiển ghi vào bộ nhớ 9 Input/Output Read (IOR): phát ra từ CPU để điểu khiển đọc dữ liệu từ cổng vào ra. 25
  22. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 9 Input/Output Write (IOW): phát ra từ CPU để điều khiển ghi dữ liệu đến cổng vào ra. 9 Interupt Request (INTR): Tín hiệu phát ra từ thiết bị gửi đến CPU yêu cầu ngắt 9 Interupt Acknowledge (INTA): Tín hiệu phát ra từ CPU báo hiệu với thiết bị rằng CPU cho phép ngắt. 9 Non – Maskable Interupt (NMI): Thường dùng để báo sự cố của máy tính. 9 Reset: Tín hiệu gửi đến CPU yêu cầu khởi động lại máy tính. 4. Cấu trúc hoạt động của bus Bus dữ liệu Bus điều khiển Bộ xử lý Bộ nhớ trong Phối ghép Thiết bị vào trung tâm (Memory) vào/ra (CPU) (I/O) Thiết bị ra Bus địa chỉ Hình 2.2 Cấu trúc hoạt động của hệ thống Bus 26
  23. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 CHƯƠNG III. BẢNG MẠCH HỆ THỐNG (MAINBOARD) I. Sự cần thiết của bảng mạch hệ thống Trong máy tính cĩ nhiều thành phần phần cứng khác nhau, để máy tính cĩ thể hoạt động được, mỗi thành phần cần phải cĩ một nguồn cấp điện ổn định, kế đến là phải cĩ các đường kết nối để vận chuyển thơng tin. Trong quá trình xử lý vào ra, CPU thực hiện lệnh bằng cách điều khiển thành phần phần cứng thích hợp. Như vậy CPU được dùng chung trong hệ thống, do đĩ các thành phần khác khơng thể gắn vào CPU một cách trực tiếp. Câu hỏi đặt ra là cần phải thiết kế các đường cấp điện, các đường vận chuyển thơng tin và các thành phần bổ trợ khác như thế nào? Các thành phần phần cứng được gắn kết với hệ thống để cĩ thể làm việc với CPU như thế nào? Để giải quyết vấn đề này, các nhà chế tạo đã tạo ra một bảng mạch bằng nhựa cứng (gọi là bảng mạch chính). Các đường cấp điện, các đường vận chuyển dữ liệu hay các thành phần phụ trợ khác được hàn chết trên đĩ. Các thành phần khác cĩ thể được hàn chết, hay thơng qua các đế cắm, các khe cắm trên bảng mạch. Như vậy, bất cứ thành phần nào trong máy tính muốn hoạt động được đều phải được gắn vào bảng mạch này. Do tính chất quan trong như vậy, bảng mạch chính cịn được gọi là bảng mạch mẹ (Mother board) hay bảng mạch hệ thống (System board). MAINBOARD 27
  24. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Trên MainBoard cĩ nhiều thành phần phần cứng, phần kế tiếp là các thần phần chủ yếu trên mainboard: II. Các thành phần cơ bản của mainboard Các cổng vào/ra Đế cắm chip I/O port (Socket) Chipset cầu bắc PCI và quạt làm mát slot (FAN) Power Supply Connector Pin CMOS Chipset cầu nam IDE 1 (Hard Disk) IDE 2 (CD) 184 pins DIMM DDR SDRAM Slot Slot IDE conectorAG P Slot Socket ISA Chipset Slot PCI slot 28
  25. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 ¾ Đế cắm chíp (socket) hay khe cắm chíp (slot): + Socket 370 pins cho PIII hay Celeron 1.13/1.1/1.2/1.3 GHz. + Socket 478 pins cho PIV, Celeron 1.7/1.8/2.0/2.4 GHz + Socket 462 pins cho AMD K6 , PIV + Slot 1 cho PII + Slot 2 cho PIII ¾ Các khe cắm chíp RAM: + SIMM 30/72 pins cho SIMM RAM SIMM slot + DIMM 168 pins cho DIMM RAM DIMM Slot + SDRAM 168 pins, cho SDRAM 29
  26. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 SDRAM slot + DDR SDRAM 184 pins, cho DDR SDRAM DDR SDRAM ¾ Các khe cắm card mở rộng (Expansion Slot): + AGP slot: màu nâu + PCI slot: màu trắng + ISA slot: màu đen ¾ Chấu cắm nguồn để nuơi mainboard: + Mainboard AT: AT connector gồm cĩ hai chấu: P8&P9 + Mainboard ATX: ATX connector gồm một chấu đơn. ¾ Bộ nhớ RAM và ROM BIOS: + SIMM RAM 30/72 pins, 4/8/16/32 MB, hiện đã lạc hậu, khơng cịn bán trên thị trường. 30
  27. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 + DIMM RAM 168 pins, 32/64 MB + SDRAM 168 pins, 128/256/512 MB + DDR SDRAM 184 pins, 128/256/512 MB, 1 GB. ¾ Một tập hợp các bus, dùng để kết nối bộ vi xử lý với bộ nhớ của nĩ và với các bộ điều hợp để cho phép liên kết với các thiết bị khác thơng qua các cổng của chúng hoặc các khe cắm mở rộng. ¾ Một tập hợp các bộ điều hợp (ADAPTER) cho thiết bị: một bộ điều hợp gồm cĩ một chip điều khiển (Controller Chip), một đầu nối bus (Bus Connector), bộ đệm dữ liệu (ví dụ:Video RAM), ROM BIOS (trong Video Card, Net Card), bộ chuyển đổi tín hiệu từ số - tương tự DAC. ¾ Các Card mở rộng: dùng để bổ xung thiết bị, mở rộng khả năng làm việc của máy tính: + AGP card: dùng cho màn hình, Ví dụ: Nvidia-Gefore2, ATI + PCI card: dùng cho màn hình (VGA card), card âm thanh (Sound card), card Tivi (Tivi Tune), card mạng (Net Card, LAN card) 31
  28. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 + ISA card: dùng cho card âm thanh ISA (cũ), card mạng ISA ¾ Các cổng, là những chỗ giao tiếp phần cứng (các đầu nối vật lý được tạo bởi các bộ điều hợp để hỗ trợ cho việc kết nối với các thiết bị I/O: ¾ Pin CMOS để nuơi chip nhớ RAM CMOS. ¾ Các Jumper (JMP thiết lập): Jumper ghi/xố CMOS, Jumper vơ hiệu hố các cổng vào ra, Jumper xác lập điện thế hoạt động cho CPU Để cĩ thể thiết lập jumper cho mainboard (gọi là Set Jumper), chúng ta cần phải tham khảo tài liệu hướng dẫn của mainboard cung cấp kèm theo khi mua. ¾ Các cầu chuyển: DIP Switch: SW1 để xác lập tốc độ hệ thống, SW2 để xác lập tốc độ của CPU. Tham khảo tài liệu hướng dẫn của mainboard. Ở phần sau, chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn các thành phần gắn trên MainBoard. III. Bộ xử lý trung tâm CPU Bộ phận quan trọng nhất gắn trên bảng mạch chính là bộ vi xử lý của máy tính cịn gọi là CPU. Là nơi tiến hành việc xử lý thơng tin và phát ra tín hiệu điều khiển mọi hoạt động của máy tính, trong quá trình làm việc của đĩ, CPU cĩ thể trao đổi dữ liệu với bộ nhớ chính hay các thiết bị qua hệ thống vào ra. 1. Các thành phần cơ bản của CPU ¾ Đơn vị điều khiển (CU: control unit) => Điều khiển hoạt động của hệ thống theo chương trình đã dịch sẵn ¾ Đơn vị số học & Logic (ALU) => Thực hiện phép tốn số học và logic ¾ Tập các thanh ghi (Registry) => Dùng để chứa thơng tin tạm thời phục vụ cho các hoạt động hiện tại của CPU. Gồm cĩ các thanh ghi địa chỉ, thanh ghi dữ liệu, thanh ghi lệnh và các thanh ghi cờ trạng thái. Đơn vị số học và lơgic chỉ thực hiện các phép tốn số học đơn giản như phép cộng, trừ, nhân, chia. Để CPU cĩ thể xử lý dữ liệu với các số thực với độ chính xác cao và các phép tốn phức tạp như sin, cos, tính tích phân , các CPU thường được trang bị thêm bộ đồng xử lý tốn học (FPU: Floatting Point Unit ) cịn được gọi là bộ xử lý dấu chấm động. 2. Các kiến trúc bộ vi xử lý Theo nguyên tắc làm việc của máy tính thì để thực hiện chương trình, CPU lần lượt đọc các lệnh, giải mã lệnh và thực hiện lệnh. Vậy thì việc giải mã lệnh ở đây được hiểu như thế nào? Đối với một hệ máy tính, một lệnh được chia thành các mức độ khác nhau, mức thứ nhất đĩ là mức lệnh của người sử dụng. Đây là những câu lệnh dạng gần gũi với ngơn ngự tự nhiên của con người và máy tính khơng thể hiểu được. 32
  29. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Để máy tính cĩ thể hiểu được, lệnh của người sử dụng được HĐH hay trình dịch ngơn ngữ phiên dịnh thành lệnh ở dạng ngơn ngữ máy và CPU cĩ thể đọc và hiểu được. Khi CPU đọc lệnh dạng mã máy, nĩ thực hiện việc phiên dịch lệnh này thành các vi lệnh để các thành phần của CPU cĩ thể hiểu và thực hiện được. Quá trình này gọi là giải mã lệnh. Tập các vi lệnh của CPU cũng là một yếu tố đánh giá khả năng làm việc của CPU, khi trang bị một CPU vào hệ thống người ta thường quan tâm đến vấn đế kiến trúc của CPU, cĩ hai loại kiến trúc CPU, đĩ là: ¾ CPU với kiến trúc CISC: (Complex Instruction Set Computer) máy tính với tập lệnh đầy đủ. Trong kiến trúc CISC, máy tính cần sử dụng rất ít thanh ghi. ¾ CPU với kiến trúc RISC: (Reduced Instruction Set Computer) máy tính với tập lệnh rút gọn. Trong kiến trúc RISC, máy tính cần sử dụng nhiều thanh ghi. Đây là kiến trúc được các bộ vi xử lý Intel ngày nay sử dụng. Chúng ta cĩ thể lấy một ví dụ để phân biệt giữa SISC và RISC như sau: Ví dụ: Cộng 1 vào một vùng địa chỉ. Trong CISC, lệnh tương ứng phải thực hiện ba chức năng sau: đọc vùng bộ nhớ, cộng thêm 1, ghi trả lại kết quả. Trong RISC, mỗi chức năng trên là một lệnh. Điều khác biệt là trong CISC khơng cần tới nhiều thanh ghi, với lệnh trên CISC cĩ thể đọc giá trị tại vùng nhớ vào ALU, thực hiện tăng lên 1 và trả kết quả vào vùng nhớ. Cịn đối với CPU RISC, nếu giá trị cần đọc đã cĩ sẵn ở thanh ghi thi khơng cần phải đọc nĩ từ bộ nhớ, giá trị sau khi tăng lên 1 cĩ thể chứa ở thanh ghi mà khơng cần phải ghi kết quả vào bộ nhớ. 3. Lắp CPU vào mainboard Khi gắn CPU vào mainboard, cần quan tâm đến những vấn đề sau đây: ¾ CPU và Mainboard phải tương thích với nhau, nghĩa là phải cắm loại CPU được mainboard hỗ trợ. ¾ Mỗi CPU cĩ thể hoạt động với những tốc độ xử lý khác nhau. Tốc độ do nhà sản xuất cung cấp là tốc độ hoạt động tối ưu. Thường thì mainboard cĩ chế độ auto tự động nhận dạng, tốc độ hoạt động của CPU. Người sử dụng cĩ thể thiết lập tốc độ của CPU và tốc độ hệ thống nhờ cĩ các cầu chuyển DIP Switch. Các trường hợp đẩy tốc độ CPU lên quá tốc độ hoạt động tối ưu (Overlock CPU) thường được khuyến cáo là khơng nên vì CPU cĩ thể bị hỏng do sinh nhiều nhiệt. Cần tham khảo tài liệu hướng dẫn mainboard trước khi thực hiện cơng việc này. 33
  30. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 4. Tốc độ của CPU ¾ Tốc độ được hiểu như thế nào? Đối với những người đã từng mua và sử dụng máy tính, điều thường quan tâm nhất vẫn là tốc độ làm việc của máy tính. Vậy tốc độ máy tính được hiểu như thế nào? Máy tính bao gồm nhiều thành phần, mỗi thành phần đều cĩ tốc độ khác nhau, khi nĩi đến tốc độ là nĩi đến tốc độ thực hiện hay thời gian thực hiện xong một nhiệm vụ. Thời gian thực hiện càng ngắn thì tốc độ càng cao và ngược lại. Trong máy tính, cĩ thể hiểu về tốc độ qua sự liệt kê sau đây: + Số lần thực hiện một lệnh trên một giây: đơn vị là Hz, MHz, GHz. Ví dụ: tốc độ xử lý CPU, tốc độ truyền dữ liệu trên bus. + Số lượng dữ liệu vận chuyển được trên một giây: đơn vị là bps (bit per second: bit trên giây), Kbps, Mbps, MBps. Ví dụ: tốc độ truyền của bus, tốc độ đĩa mềm, đĩa cứng, đĩa CD. + Thời gian chờ đợi tính từ lúc yêu cầu cho đến khi được đáp ứng: đơn vị đo là nanơgiây (ví dụ: tốc độ đọc ghi bộ nhớ RAM) hoặc đo bằng miligiây (ví dụ: tốc độ đọc/ghi ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, ổ CD). + Số lần quay trên một phút: đơn vị tính là rpm (rotal per minuted). Ví dụ: tốc độ quay ổ mềm, đĩa cứng, đĩa CD. ¾ Tốc độ của CPU Đối với CPU, do việc xử lý thơng tin trong CPU là hồn tồn tự động theo những chương trình cĩ sẵn trong bộ nhớ, CPU cần phải biết thời điểm đọc lệnh, đọc lệnh xong thì mới chuyển đến thời điểm CPU tiến hành giải mã lệnh, giải mã lệnh xong thì CPU mới tiến hành việc thực hiện lệnh. Thực hiện xong thì CPU mới tiến hành việc đọc lệnh kế tiếp. Đây là các cơng đoạn khi CPU thực hiện và khơng thể lẫn lộn được mà phải được thực hiện một cách tuần tự. Để giải quyết vấn đề này, trong CPU cần phải cĩ một bộ tạo nhịp thời gian làm việc (CPU Clock). Tại nhịp thời gian này, CPU thực hiện việc đọc lệnh, tại nhịp thời gian tiếp theo, CPU thực hiện việc giải mã lệnh Nhịp thời gian càng ngắn, tốc độ CPU thực hiện lệnh càng nhanh. Chẳng hạn với một CPU pentium MMX 233 MHz, điều đĩ cĩ nghĩa là bộ tạo nhịp của CPU đĩ tạo ra 233 triệu nhịp làm việc trong 1 giây. 34
  31. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Ví dụ: việc phân chia thời gian thực hiện lệnh đối với một CPU (đời cũ) cĩ thể mơ tả như sau: Thời gian: t1 t2 t3 t4 t5 t6 CPU thực hiện: F1 D1 E1 F2 D2 E2 Trong đĩ: F (Fetch): đọc lệnh D (Decode): giải mã lệnh E (Execute) : thực thi lệnh. ti: chu kì làm việc thứ i Với CPU làm việc như vậy chúng ta cĩ thể thấy rằng mỗi lệnh phải thực hiện trong 3 nhịp thời gian. Tại nhịp t2 thì chỉ cĩ bộ phận giải mã là bận rộn cịn bộ đọc lệnh thì nhàn rỗi. Trong thời điểm t3 thì cả hai bộ phận đọc lệnh và giải mã đều rỗi. Do đĩ hiệu năng làm việc của CPU thấp. Một CPU xử lý lệnh theo nhịp thời gian như vậy cịn gọi là bộ vi xử lý ở chế độ đơn dịng lệnh và chỉ gặp ở các CPU đời cũ. Để tăng tốc độ làm việc của CPU hay tăng hiệu suất làm việc, các CPU thế hệ thứ 3 đều trang bị chế độ xử lý xen kẽ dịng mã lệnh (pipelining) Khơng cĩ pipeling: F1 D1 E1 F2 D2 E2 F3 D3 E3 Cĩ pipeling: F1 D1 E1 F2 D2 E2 F3 D3 E3 Ngày nay, các CPU đều được hỗ trợ chế độ xử lý xen kẽ dịng mã lệnh. Một số CPU đời mới cĩ đến 5 đường ống xử lý lệnh. Tốc độ CPU được tính bằng GHz, tương đương với hàng tỉ phép tính trên một giây. 35
  32. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 IV. Các bộ điều hợp (ADAPTER) 1. Bộ điều hợp dùng để làm gì? Để đơn giản hố vấn đề, chúng ta xét một thiết bị ngoại vi là bàn phím, khi một phím X được bấm, một tín hiệu điện tương ứng với phím X được gửi đến bộ điều khiển của bàn phím được gắn ngay trên bàn phím. Bộ điều khiển bàn phím sẽ chuyển gĩi dữ liệu tương ứng của phím được bấm gọi là mã quét (hay vị trí) của phím đĩ đến bảng mạch chủ. Để chuyển đổi mã quét của phím X này thành mã nhị phân tương ứng với kí tự X, trên main board cần phải cĩ một bộ phận đảm nhận việc chuyển đổi này và chuyển dữ liệu nhị phân tương ứng chuyển đến bus trong hệ thống. Bộ phận này gọi là bộ điều hợp của bàn phím. Chúng ta cĩ thể hiểu một cách đơn giản một bộ điều hợp của một thiết bị ( hay Card điều hợp) trên đĩ cĩ một bộ xử lý dùng để tạo ra giao diện hay mơi trường làm việc của thiết bị và hệ thống. Nĩ là một tập các mạch điện phần cứng cho phép kết nối với các bus của máy tính và chuyển đổi mỗi bus thành một cổng giao tiếp, hay nĩi cách khác bộ điều hợp là một cầu nối giữa bus của máy và thiết bị cần kết nối vào máy. Như vậy trên main gồm cĩ: 9 Bộ điều hợp bàn phím và chuột: Keyboard Mouse Adapter 9 Bộ điều hợp màn hình: Display Adapter (hay card màn hình) 9 Bộ điều hợp máy in: Printer Adapter 9 Bộ điều hợp ổ đĩa cứng: Hard disk Adapter 9 Bộ điều hợp ổ đĩa mềm: Floppy disk Adapter v.v 2. Cấu trúc của một bộ điều hợp Bộ Bộ đệm chuyển Port cắm cab dữ đổi tín thiết bị liệu hiệu Khối điều khiển Khối kết nối bus Bus Connector 36
  33. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 V. Các chip hỗ trợ cpu – chipset Quá trình hoạt động của máy tính là quá trình trao đổi dữ liệu giữa các thành phần phần cứng với nhau. Điều này cĩ nghĩa là lúc này bus của CPU cĩ thể kết nối với bus của bộ nhớ thơng qua bus hệ thống, lúc khác CPU cĩ thể kết nối với thiết bị khác. Lúc khác nữa thiết bị lưu trữ cĩ thể kết nối với bộ nhớ để trao đổi dữ liệu với bộ nhớ. Như vậy trong hệ thống cần cĩ một bộ phận cĩ nhiệm vụ tao ra các kết nối thích hợp khi hệ thống yêu cầu. Bộ phận này là 1 chip set hay cịn gọi là cầu nối bus, hay chip điều khiển bus (bus controller). Trong bảng mạch chính, Chip set giữ vai trị tạo ra sự kết nối và quản lý dữ liệu từ các thành phần phần cứng. Chip set giới hạn loại CPU (chip set hỗ trợ cho họ CPU nào thì chỉ cĩ tác dụng trong họ CPU đĩ), giới hạn tốc độ bus hệ thống, quyết định loại RAM, khả năng tích hợp đồ hoạ, âm thanh( hỗ trợ multimedia) và các cổng giao tiếp. Các bo mạch cũ thường bố trí các chipset như sau: Bộ VXL Bus của bộ vi xử lý Bus của bộ nhớ chính Cầu nối bus CHIPSET Bus vào ra tốc độ cao PCI Cầu nối Bus Bus vào ra tốc độ chậm ISA Hình 3.2 Sơ đồ bố trí các chip set trên mainboard 37
  34. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 VI. Rom Bios Hệ vào ra cơ sở BIOS (Basic Input/Output System) là một tập hợp các chương trình sơ cấp để hướng dẫn hoạt động cơ bản của máy tính, bao gồm cả thủ tục khởi động và việc quản lý tín hiệu từ bàn phím. BIOS được nạp cố định trong một chip nhớ chỉ đọc (ROM) lắp trên Bo mẹ. Khi bắt đầu mở máy hoặc khởi động lại, bằng nút restart hay tổ hợp phím Ctrl + Alt + Del, các chương trình sơ cấp này sẽ được đưa vào máy tính để thực hiện quá trình tự kiểm tra mở máy (POST : Power on Self Test) và kiểm tra bộ nhớ (Memory check). Nếu phát hiện được một trục trặc bất kỳ nào trong các bộ phận máy như bàn phím, ổ đĩa, thơng báo lỗi sẽ xuất hiện trên màn hình. Cịn nếu các phép thử chẩn đốn này khơng phát hiện bất thường nào thì BIOS sẽ hướng dẫn tìm đến hệ điều hành của máy tính. Một chức năng khác của BIOS là cung cấp chương trình cài đặt (setup program), đĩ là một chương trình dựa vào trình đơn để người dùng tự chọn các thơng số cấu hình hệ thống cơ bản như ngày giờ hệ thống, cấu hình ổ đĩa, kích cỡ bộ nhớ, thơng số cache, trình tự khởi động và mật khẩu. Một số BIOS cịn cĩ khả năng cài đặt tiên tiến (advanced setup options) cho phép lựa chọn thơng số cài đặt đối với các cổng, các giao diện đĩa cứng, các thiết lập ngắt, các trạng thái đợi và nhiều thơng số khác. Các thơng số tự chọn mang tính sống cịn này sẽ được giữ lại trong chip CMOS thuộc BIOS, khơng bị mất thơng tin khi tắt máy vì được nuơi bằng pin. CMOS cịn chứa mạch đồng hồ thời gian thực. Chương trình sơ cấp nạp trong chip BIOS do nhà máy chế tạo sẵn và khơng thể thay đổi được. Hiện nay người ta dùng rộng rãi loại flash BIOS, một chip cĩ thể lập trình lại, dùng để lưu giữ hệ vào/ra cơ sở. Khi phát hiện cĩ lỗi thì hãng sản xuất sẽ cung cấp chương trình cặp nhật. Sau khi chạy chương trình này, chip BIOS sẽ được nạp lại mà khơng phải thay chip. Hiện nay, Microsoft hỗ trợ một tiêu chuẩn mới là Plug and Play (cắm vào là chạy). Người sử dụng cĩ thể bổ xung thêm một card mở rộng mà khơng phải gặp phải các vấn đề cài đặt phiền phức và các tranh chấp cổng, tranh chấp ngắt, tranh chấp DMA xảy ra. Sự phát triển của các kỹ thuật chế tạo ROM: 9 ROM (Read Only Memory) 9 PROM (Programmable ROM) – ROM cĩ thể lập trình lại một lần nữa. 9 EPROM (Erasable Programmable ROM) – ROM cĩ thể lập trình và cĩ thể xĩa. 9 EEPROM (Electronic Erasable Programmable ROM) – ROM cĩ thể lập trình và cĩ thể xĩa bằng điện. 38
  35. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Bộ nhớ Shadow: thời gian truy cập đối với ROM thường hơn vài trăm nanơgiây, chậm hơn rất nhiều so với tốc độ truy cập bộ nhớ RAM trong máy tính, nhưng các chương trình lưu trữ trong BIOS (đặc biệt là ROM BIOS video trên Card video) là những thủ tục thường được truy cập nhất trong máy tính. Từ khi 80386 ra đời, máy tính sử dụng một kỹ thuật nhớ gọi là shadowing (tạo bĩng). Nội dung của ROM được nạp vào một khu vực của RAM trong quá trình khởi động hệ thống. Trong quá trình hoạt động, thay vì máy tính truy cập ở các chip ROM cĩ tốc độ chậm, thơng tin được lấy ngay từ ROM shadow ( cái bĩng của ROM ở trên RAM). VII. RAM và CACHE Bộ nhớ RAM và CACHE là các thành phần của bộ nhớ chính của máy tính, là thành phần nhớ mà CPU cĩ khả năng trao đổi thơng tin trực tiếp. Đặc điểm: ƒ Tốc độ nhanh ƒ Dung lượng nhỏ ƒ Sử dụng bộ nhớ bán dẫn. ƒ Tồn tại trên mọi hệ thống máy tính ƒ Chứa các chương trình hay các đoạn chương trình (cache) mà CPU đang thực hiện. ƒ Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ theo Byte Cần phân biệt giữa bộ nhớ và thiết bị lưu trữ, bộ nhớ thường chỉ dùng để lưu trữ tạm thời chương trình và dữ liệu trong phiên làm việc, tắt máy thì nội dung nhớ cũng mất (trừ ROM: bộ nhớ cố định chỉ dùng để lưu trữ các chương trình vào ra cơ bản). Cịn thiết bị lưu trữ dùng để cất giữ thơng tin lâu dài và khơng bị mất nội dung khi mất điện ( các đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa CD- ROM ) RAM và CACHE được chế tạo theo cơng nghệ RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên: mỗi vị trí (địa chỉ ) trong bộ nhớ đều cĩ thể được truy cập trực tiếp (phân biệt với bộ nhớ truy cập tuần tự). 9 Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu 9 Các thao tác cơ bản: o thao tác đọc (Read) o thao tác ghi (Write) 39
  36. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Về mặt cấu trúc, bộ nhớ lưu trữ thơng tin dưới dạng một dãy các con số nhị phân 0 và 1 gọi là bit. Máy tính đọc giá trị của bit và kết quả được thể hiện bằng tín hiệu đọc được ở đầu ra. Nếu cĩ điện áp ở tín hiệu đầu ra thì máy tính hiểu rằng bit đĩ bằng 1 và ngược lại, nếu đầu ra khơng cĩ điện áp hay cĩ điện áp 0V thì bit đĩ được hiểu bằng khơng. Vì mỗi bit được đại diện bởi 1 mức điện áp nên để lưu trữ thì điện áp đĩ phải được duy trì trong một mạch điện tử nhớ gọi là tế bào nhớ. Trong bộ nhớ, các tế bào nhớ được sắp xếp thành các hàng và các cột gọi là ma trận nhớ. Người ta đã lấy một mức điện áp làm điện áp chuẩn để quy định giá trị của bit. Chẳng hạn với điện áp chuẩn 5V, thì với bit được coi là bằng 1 khi điện áp của bit ở mức logic 1 (4,5 ÷ 5,5V) thì bit đĩ được coi là cĩ giá trị bằng 1. Khi điện áp của bit ở mức logic 0 (0÷0,5 V) thì bít đĩ được coi là giá trị bằng 0. Với mức điện áp (0,5÷4,5 V) thì bít đĩ sẽ nhận giá trị sai: bằng 0 hoặc bằng 1, đây cĩ thể coi là một sự cố sai hỏng của hệ thống khi cĩ trục trặc về nguồn điện như: sụt áp hay nhiễu điện trong hệ thống. Với một bộ nguồn khơng tốt cĩ thể là một trong những nguyên nhân gây ra sự sai hỏng về xử lý dữ liệu (tính khơng ổn định của hệ thống) hay dẫn đến trục trặc hệ thống. Do khơng thể đảm bảo rằng thơng tin được khi vào và đọc ra là hồn tồn chính xác, máy tính cĩ cơ chế để sửa lổi: thêm vào thành phần nhớ (các bit kiểm tra) khi ghi dữ liệu (chuỗi các bit) vào bộ nhớ. Nếu một chuỗi bit đọc ra sai thì máy tính sẽ tiến hành đọc lại cho hay sửa lỗi cho đến khi việc đọc được coi là đúng. Điện áp chuẩn quá cao cũng là nguyên nhân làm hệ thống sinh nhiều nhiệt và cần phải cĩ hệ thống làm mát, ngày nay người ta thường sản xuất chip với những điện áp chuẩn 3,3 V, 2,6 V. 1. Các loại RAM RAM được phân loại theo cơng nghệ chế tạo RAM, bao gồm các phân loại sau: ¾ SRAM ( RAM tĩnh: Static RAM): lưu trữ các bít trong những tế bào nhớ dạng chuyển mạch điện tử cĩ khả năng thiết lập trạng thái nhớ và giữ trạng thái nhớ. Tế bào SRAM mở mạch điện (logic 1) hoặc tắt mạch điện để phản ánh trạng thái của tế bào. Thực chất đây là mạch điện tử flip-flop trong các trạng thái set (đặt trạng thái nhớ bằng 1) hoặc reset (đặt trạng thái nhớ bằng 0) và mạch sẽ giữ nguyên trạng thái cho đến khi được thay đổi bởi một thao tác ghi hoặc ngắt điện. Đặc điểm: ƒ Kích thước lớn ƒ Chế tạo phức tạp, đắt tiền ƒ Tốc độ nhanh 40
  37. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 ƒ Giới hạn trong khoảng 512 KB, thường chỉ sử dụng trong các bộ phận cần tốc độ cao như cache. ¾ DRAM: RAM động (Dynamic RAM): lưu giữ các bít dưới dạng điện tích trong các tụ điện cực nhỏ. Do tụ điện nhỏ nên điện tích được nạp vào và phĩng rất nhanh (cỡ chục nanơ giây). Vì vậy thơng tin trong DRAM khơng giữ thơng tin lâu quá vài miligiây nên phải thường xuyên nạp lại năng lượng cho DRAM gọi là làm tươi hay hồi phục (refresh - thực chất là nạp đầy lại điện tích cho các tụ điện nhớ tí hon). DRAM hầu như khơng tiêu thụ điện nên DRAM cĩ mật độ cao và giá rẻ. Chú ý: vì bộ nhớ RAM lưu trữ các bit dưới dạng điện áp của các tế bào nhớ nên nĩ sẽ bị mất thơng tin khi mất điện. 2. Bộ nhớ CACHE Là bộ nhớ cĩ tốc độ hoạt động cực nhanh (thường dùng SRAM) để cất giữ tạm các dữ liệu mới truy cập được và các lệnh chương trình hay dùng đến, nằm giữa CPU và bộ nhớ chính, được điều khiển sao cho các thơng tin cần xử lý sẵn sàng cĩ mặt hơn cho bộ xử lý. Nếu cần dùng lại các dữ liệu và lệnh này, bộ xử lý cĩ thể tìm ngay ở cache nên gần và nhanh hơn rất nhiều so với tìm ở RAM. ¾ Memory Cache Đây là một khu vực bộ nhớ được tạo bằng bộ nhớ tĩnh SRAM cĩ tốc độ cao nhưng đắt tiền thay vì bộ nhớ động DRAM cĩ tốc độ thấp và rẻ hơn được dùng cho bộ nhớ chính. Một số bộ nhớ cache được tích hợp vào trong kiến trúc của bộ vi xử lý gọi là cache nội – internal - cache (cache L2). Chẳng hạn CPU Intel đời 80486 cĩ bộ nhớ cache 8 KB, đến đời Pentium là 16 KB. Các máy tính cịn cĩ thêm bộ nhớ cache ngoại – etrnal cache – (cache L2). Các máy chủ Server và mới đây là CPU Pentium 4 Etreme Edition được tăng cường thêm bộ nhớ đệm L3 cache. L2 cache Trước thời kỳ Pentium, bộ nhớ cache được thiết kế nằm trên mainboard và một số mainboard cĩ chừa sẵn socket để người dùng cĩ thể gắn thêm cache khi cĩ nhu cầu. Đến thế hệ Pentium II, Intel phát triển được cơng nghệ đưa bộ nhớ cache 41
  38. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 vào khối CPU. Nhờ nằm trong CPU nên tốc độ truy xuất cache tăng lên rất nhiều so với nằm trên mainboard. Trong thế hệ Pentium II, do L2 Cache vẫn phải nằm ngồi nhân CPU nên Intel phải chế ra một bo mạch gắn cả nhân CPU lẫn L2 cache và được gắn vào mainboard qua khe cắm slot 1. Sang đến thế hệ Pentium III, Intel đã thành cơng trong việc tích hợp ngay L2 Cache vào nhân chip (gọi là on-die cache). Lúc này tốc độ của L2 cache bằng với tốc độ của CPU và CPU được thu gọn lại, đĩng gĩi với giao diện Socket 370. Bộ nhớ đệm càng lớn, CPU hoạt động càng nhanh. Vì vậy đối với các nhà sản xuất bện cạnh việc tăng xung nhịp cho nhân CPU cịn phải chú ý tới việc tăng dung lượng cache. Do giá cả nên dung lượng cache tăng rất chậm. L1 cache ở mức 8 đến 32 KB, L2 cache ở mức 128/256/512 KB và hiện nay đã được đẩy lên 2 MB. Pentium 4 Etreme Edition cĩ L3 cache mức 2 MB. ¾ DISK CACHE Bộ nhớ đệm đĩa cũng hoạt động cùng nguyên tắc với bộ nhớ cache, nhưng thay vì dùng SRAM tốc độ cao, nĩ lại sử dụng ngay bộ nhớ chính DRAM làm đệm. Các dữ liệu được truy xuất gần đây nhất từ đĩa cững sẽ được lưu trữ trong một buffer (phần đệm) của bộ nhớ. Khi chương trình nào cần truy xuất dữ liệu từ ổ đĩa, nĩ sẽ kiểm tra trước tiên trong bộ nhớ đệm đĩa xem dữ liệu cần đang cĩ sẵn khơng. Cơ chế này cải thiện tốc độ của hệ thống một cách đáng kể, bởi vì việc truy xuất 1 byte dữ liệu trong bộ nhớ RAM cĩ thể nhanh hơn hàng ngàn lần nếu truy xuất từ ổ đĩa cứng. ¾ Các kiểu thiết kế RAM Cĩ nhiều kiểu thiết kế RAM và được phân biệt qua hình dáng bên ngồi cũng như các khe dùng để cắm RAM nằm trên main board, hiện nay thường sử dụng hai loại RAM sau: + SIMM RAM: (Single In-line Memory Module): Đây là loại modul nhớ một hàng chân ra để dễ dàng cắm vào các khe SIMM trên bo mẹ. SIMM gồm nhiều vi mạch nhỏ DRAM được gắn trên một tấm mạch nhỏ để tổ chức thành các loại cĩ dung lượng nhớ 1MB, 4 MB, 8 MB, 16 MB. SIMM loại cũ cĩ 30 chân, hiện nay là 72 chân. 42
  39. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 + DIMM RAM: (Double In-line Memory Module): Đây là loại modul nhớ hai hàng chân. Các mạch DRAM được tổ chức thành các dung lượng nhớ: 32 MB, 64 MB hiện nay là 512 MB. + Ngồi ra, cịn cĩ một số kỹ thuật về RAM các bạn tham khao ở phụ lục, phần nĩi về RAM. VIII. Bus và các cấu trúc bus cơ bản Một PC cĩ thể bao gồm nhiều loại Bus, gồm các loại sau:  Bus bộ xử lý (Host bus) là loại bus cĩ tốc độ nhanh nhất trong hệ thống.  Bus nối bus bộ xử lý với Cache L2: FSB (Front Site Bus : bus mặt trước). Với một số loại Mainboard mới trên thị trường hiện nay, tốc độ FSB cĩ thể lên tới: 400/533/800 MHz  Bus bộ nhớ (Memory Bus) hay Back Site Bus (bus mặt sau). Bus bộ nhớ cịn được gọi là bus hệ thống (System Bus), thường cĩ tốc độ: 66/100/133 MHz  Bus I/O (cịn gọi là bus mở rộng Expansion Bus): ) Sự cần thiết của bus I/O: Về mặt kỹ thuật, một CPU kết hợp với bộ nhớ cĩ thể coi là đủ để thành lập một “máy tính”, trong quá trình hoạt động, CPU lấy thơng tin, dữ liệu từ bộ nhớ, xử lý và thơng tin, dữ liệu ra được ghi lại vào bộ nhớ. Nhưng với một “máy tính” như vậy khơng cĩ giá trị trong thực tế vì nĩ khơng khơng cĩ khả năng giao tiếp với thế giới bên ngồi và thiếu những khả năng mà con người cần ở máy tính như: lưu trữ, hiện thị, in ấn, truyền thơng và âm thanh. Để cĩ thể bổ xung thêm các khả năng sử dụng kết quả xử lý phù hợp và cĩ ý nghĩa với thực tế trong cuộc sống, máy tính dùng bus mở rộng (bus vào ra – bus I/O – expansion bus) để cắm vào các card chức năng mở rộng, và các cổng (port) để nối với các thiết bị bên ngồi. D ựa vào dãy các đường dẫn chạy song song trên board mẹ, các nhà xản xuất gắn vào một số khe mở rộng (expansion slot) để cắm các card mở rộng (expansion card) vào đĩ. ) Các loại Bus I/O 43
  40. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 + Bus AGP: (Accclerated Graphics Port): Bus tăng tốc đồ hoạ, sử dụng cho các card màn hình AGP. Chức năng chính của bus AGP là cung cấp sự truy cập tốc độ cao đến bus hệ thống. Cĩ thể được sử dụng như một cổng PCI tốc độ cao (32 bits at 66MHz so với 32 bits at 33 MHz). + Bus USB: cĩ tốc độ truyền 12 M/giây, về cơ bản USB là một cable cho phép nối kết đến 127 thiết bị. Ưu điểm của USB là các thiết bị ngoại vi tự nhận dạng nên giúp cho việc cài đặt được dễ dàng. Các thiết bị USB cịn cĩ một ưu điểm nữa là cĩ thể được cắm vào hoặc rút ra “nĩng”, nghĩa là khơng cần phải tắt máy tính khi muốn nối kết hoặc ngắt nối kết một thiết bị USB. + Bus ISA (Industry Standard Architecture – Tiêu chuẩn kiến trúc cơng nghiệp. Đây là kiểu thiết kế cho các PC loại cũ (bộ xử lý 8 bit dữ liệu), phiên bản loại cũ dùng bus mở rộng cĩ khe cắm 62 chân trong đĩ cĩ 8 đường dữ liệu (8bit). Đặc điểm của ISA là cĩ tốc độ thấp: 4.77 MHz. Về sau, ISA cải tiến thành 16 bit dữ liệu, cĩ tốc độ là 8 MHz, tốc độ truyền dữ liệu là 8MB/sec. Các card mở rộng ISA hiện đã lạc hậu. Khơng cịn bán trên thị trường. + Bus MCA Trong thế hệ vi xử lý 80386 với bus dữ liệu 32 bit, bộ xử lý cĩ thể truyền 32 bit dữ liệu 1 lần, nhưng bus ISA chỉ cĩ thể điều khiển tối đa là 16 bit. Do vậy, bus MCA ra đời, là kiểu thiết kế bus mở rộng 32 bit do IBM giới thiệu vào năm 1987. Khe cắm MCA cĩ kích thước bé hơn ISA, chân dày sít hơn, khả năng hoạt động với tốc độ nhanh hơn bus ISA. Đặc điểm: tốc độ truyền dữ liệu: 20 MB/sec. Thời kỳ đĩ MCA dùng cho việc thiết kế PC cĩ mức độ tính tốn cao. + Bus ESIA (Enhanced ISA) Là kiểu bus mở rộng ISA được nâng cao. Được thiết kế một cách nhanh chĩng để cạnh tranh với bus MCA, bus EISA tương thích ngược với các chuẩn ISA 16 bit và 8 bit. Đặc điểm: tốc độ 8.33 MHz, tốc độ truyền dữ liệu: 33 MB/sec (phiên bản EISA mới cĩ tốc độ truyền dữ liệu 132 MB/sec) + VESA – Local Bus Đây là loại bus mở rộng kéo dài trực tiếp bus dữ liệu trong của bộ vi xử lý ra ngồi, cho phép hoạt động theo tốc độ của bus dữ liệu ngồi bộ xử lý ( 33 MHz), tốc độ truyền dữ liệu đến 107 MB/sec. + Bus PCI (Peripheral Component Interconnect – liên nối thành phần ngoại vi): gồm cĩ 32 bít dữ liệu hoạt động ở tốc độ 33 MHz. 44
  41. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Đặc tính của các chuẩn ISA EISA MCA VL PCI Số bít dữ liệu (bits) 16 32 32 32 32* Tốc độ tối đa (MHz) 8 8.3 10 33 33 Thơng lượng truyền tối 16 32 40 132 120 đa (MBpc) Số thiết bị ngoại vi hỗ trợ 12 12 12 3 10 * Hỗ trợ cho bộ VXL Pentium 64 bit Hình vẽ ở trang sau mơ tả một Mainboard phổ biến ngày nay: 45
  42. Giáo trình phần cứng máy Slottính 1 for PII/PIII Processor Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 (hoặc Socket 370/478) 14.318 MHz 66/100/133 MHz 3.3 V SDRAM CACHE (System speed) DIMM Socket L2 FSB (Front Site Bus) 400/533/800 MHz Host bus (CPU bus) Memory bus AGP Bus South Bridge (System bus) VIA/INTEL/SYS (Chipset cầu bắc) Back Site Bus 2x/4x/8x x 66.6 MHz PCI slot for HighSpeed Device 33 MHz ICS xxxx-xx for PCI bus (Bộ tạo xung đồng hồ) Ultra 33 MHz DMA/33/66 48 MHz 24 MHz IDE port South Bridge VIA/SYS/INTEL 14.318 MHz IDE Bus (Chipset cầu nam) USB Bus COM1&COM2 Port I/O Chipset LPT Port ITE xxxx Floppy Port ISA Bus for SlowSpeed device PS/2 Keyboard PS/2 Mouse 14.318 MHz Hình 3.3 Cấu trúc các thành phần của một mainboard điển hình 46
  43. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 IX. Các cổng on-board Ta gọi những cổng vào ra nào được tích hợp (cĩ sẵn) trên bảng mạch mẹ là cổng ON-BOARD. Trên mainboard thơng thường cĩ các cổng on-board sau: + IDE 1: để cắm cab ổ cứng + IDE 2: Để cắm cab ổ CD + FDD port: để cắm cab ổ mềm + 6 pins Keyboard PS/2 Port: để cắm bàn phím. Cĩ màu tím. + 6 pins Mouse PS/2 port: để cắm chuột. Cĩ màu xanh. + 5 pins Keyboard port (cổng trịn): dùng cho bàn phím ngày xưa. + 9 pins COM1& 25 pins COM2: dùng cho bàn phím cổng COM, chuột cổng COM, đã lạc hậu. Cổng COM thường dùng để truyền thơng trong mạng, được nối với MODEM cổng COM. Hoặc cĩ thể được dùng để kết nối với một máy chiếu (Projector). + 34 pins LPT port: dùng để cắm cab máy in. + USB port: dùng để cắm ổ đĩa USB, hay kết nối với thiết bị tương thích với USB như máy ghi hình kỹ thuật số, chụp ảnh kỹ thuật số. + 15 pins Monitor port: dùng để cắm cab màn hình, trong trường hợp card màn hình on-board 47
  44. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 CHƯƠNG IV. CÁC THIẾT BỊ LƯU TRỮ LÂU DÀI I. Sự cần thiết của thiết bị lưu trữ lâu dài Kết quả làm việc giữa người sử dụng với máy tính cần được lưu trữ lại để phục vụ cho những mục đích khác nhau. Nhưng bộ nhớ chính để chứa chương trình và dữ liệu đang xử lý thường cĩ dung lượng và khả năng hạn chế, và mất thơng tin khi tắt điện ( trừ ROM: với kiểu thiết kế bộ nhớ cố định và cĩ dung lượng nhỏ chỉ được sử dụng với mục đích lưu trữ các chương trình vào ra cơ bản của máy tính). Như vậy, để lưu trữ thơng tin cần phải cĩ những kiểu thiết kế bộ nhớ khác, cĩ khả năng lưu trữ thơng tin lớn, lâu dài và khơng phụ thuộc vào điện, cĩ khả năng di chuyển từ máy tính này sang máy tính khác. Cơng nghệ chế tạo bộ nhớ phụ (secondary memory, auxiliary memory) đã chế tạo ra thiết bị lưu trữ và đã phần nào đáp ứng được các nhu cầu về lưu trữ dữ liệu từ trước kia cho đến ngày nay. Cĩ nhiều loại thiết bị lưu trữ được chế tạo theo nhưng cơng nghệ khác nhau, bao gồm: • Cơng nghệ từ: đĩa mềm và ổ đĩa mềm, đĩa cứng và ổ đĩa cứng • Cơng nghệ quang học: đĩa CD-ROM và ổ đĩa CD-ROM • Cơng nghệ kết hợp quang học, hố học sử dụng trong ổ CD-Write. II. Đĩa mềm và ổ đĩa mềm 1. Đĩa mềm (FLOPPY DISK) Đĩa mềm là một vật làm bộ nhớ phụ cho máy tính, là một mảnh poliester trịn và mỏng cĩ phủ vật liệu cĩ từ tính. Chúng ta sẽ tìm hiểu đĩa mềm trên các phương diện sau đây: • Cấu tạo • Các loại đĩa mềm • Đặc điểm  Cấu tạo - Một mảnh poliester (hay một tấm mylar) trịn và mỏng cĩ phủ vật liệu cĩ từ tính (các hạt oxit sắt từ) để lưu trữ thơng tin. Thơng tin thường được ghi trên 2 mặt của đĩa. 48
  45. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 - Dữ liệu được ghi trên những vịng trịn đồng tâm gọi là rãnh (track). Các rãnh được chia thành các các cung (sector), mỗi sector cĩ dung lượng 512 KB. - Mảnh poliester được bao trong vỏ nhựa bảo vệ, trên đĩ cĩ các chổ hở để đọc ghi dữ liệu, khe hở để thiết lập chống ghi dữ liệu, lỗ tâm đĩa mềm dùng để gá bộ phận làm quay đĩa mềm trong ổ đĩa.  Các loại đĩa mềm Đĩa mềm được phân biệt theo kích thước, cĩ nhiều cỡ khác nhau, thơng dụng nhất hiện nay là loại 3.5 inch, 1.44 MB Bảng sau liệt kê một số loại đĩa mềm: Kích thước (inch) 5.25 5.25 3.5 3.5 Dung lượng (Byte) 360 K 1.2 M 720 K 1.44 M Số track 40 80 80 80 Số sector/track 9 15 9 15 Số đầu từ (head) 2 2 2 2 Số vịng quay/phút 300 360 300 300 Tốc độ dữ liệu (kbps) 250 500 500 500  Đặc điểm: - Tốc độ truy cập dữ liệu chậm - Do dùng vật liệu từ tính để lưu trữ thơng tin, được bảo vệ trong vỏ nhựa mềm nên rất dễ hư hỏng về vật lý do các yếu tố như bị uốn cong hay hư hỏng về dữ liệu do để gần các vật liệu từ tính khác như nam châm nên phải chú ý đến vấn đề bảo quản đĩa mềm. - Cĩ dung lượng hạn chế ( hiện nay là 2.88 MB). - Dể di chuyển. 2. Ổ đĩa mềm (FLOPPY DISK DRIVE) Ổ đĩa mềm là một hệ thống cơ - điện tử dùng để thực hiện các thao tác đọc/ghi dữ liệu trên đĩa mềm. Chúng ta tìm hiểu ổ đĩa mềm trên các phương diện sau: • Cấu tạo • Nguyên tắc hoạt động  Cấu tạo - Khoang máy (frame assembly) là “bộ xương” của ổ đĩa dùng để gắn kết các bộ phận cơ và điện tử. - Mơ tơ trục quay (spindle motor) là bộ phận làm quay đĩa mềm, cĩ trục quay lắp vừa khít với lỗ tâm đĩa mềm. - Các mạch điện tử (electronic package) là bảng mạch nằm ngay sau mơ tơ quay, gồm các mạch điều khiển mơ tơ, bộ điều khiển đĩa mềm và các mạch cảm biến. Bộ điều khiển đĩa mềm (floppy disk controller) là một mạch điện tử cĩ nhiệm vụ tiếp nhận các lệnh từ bộ điều hợp để điều khiển việc dịch 49
  46. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 chuyển đầu đọc/ghi vào vị trí cần thiết để đọc dữ liệu ra hoặc ghi dữ liệu vào đĩa. Các mạch cảm biến thu nhận tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển tự động các quá trình như ổn định tốc độ đọc, chống ghi - Đầu đọc/ghi (read/write head) là một bộ phận tay dẫn trượt giữa hai đầu từ: đầu đọc ghi mặt dưới (đầu 0) và đầu đọc ghi mặt trên (đầu 1). - Mơ tơ bước (stepping motor): các đầu đọc/ghi được định vị chính xác từ rãnh này qua rãnh khác nhờ vào một mơtơ bước cĩ nhiệm vụ dịnh đầu từ qua từng track một. - Đầu nối cap điện (4 chân ) cung cấp các điện áp +5V cho các mạch logic và +12 V cho các mơ tơ. - Đầu nối cáp tín hiệu 34 chân.  Nguyên tắc hoạt động - Khi đưa đĩa mềm vào ổ đĩa, hệ thống cơ sẽ định vị chính xác đĩa mềm trong ổ đĩa, đồng thời đầu đọc/ghi được đặt tiếp xúc với bề mặt đĩa. - Khi nhận được lệnh yêu cầu truy xuất ổ đĩa mềm, bộ xử lý truyền tín hiệu điều khiển đến ổ đĩa. Bộ điều khiển gắn trong ổ đĩa sẽ điều khiển quay đĩa, đĩa quay nhanh và đạt đến tốc độ quay khơng đổi. Sau đĩ đầu từ được mơ tơ bước dịch chuyển đến vị trí – rãnh chứa dữ liệu đang cần thao tác. - Thời gian để đưa ổ đĩa tới trạng thái trên là thời gian tìm kiếm (seek time ). Mỗi lần dữ liệu được đọc/ghi trên 1 cung (sector), do cung này cĩ thể nằm bất kỳ chỗ nào trên rãnh nên phải chờ để cung quay đến đầu đọc/ghi gọi là sự trễ do quay (rotational delay). - Khi kết thúc thao tác truy xuất đĩa mềm, bộ điều khiển đĩa ngưng việc quay đĩa tránh việc hỏng dữ liệu do ma sát giữa mặt đĩa và đầu từ cĩ thể làm hỏng dữ liệu trên đĩa. - Khi lấy đĩa từ ổ đĩa, hệ thống cơ sẽ nâng đầu từ về vị trí thích hợp trong ổ đĩa và cơ cấu lị xo sẽ đẩy đĩa ra ngồi. III. Đĩa cứng và ổ đĩa cứng 50
  47. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Nhu cầu của người sử dụng ngày càng đa dạng, đặc biệt cùng với sự phát triển của các hệ điều hành với giao diện đồ hoạ khiến phần mềm phát triển vượt bậc về số lượng cũng như về chất lượng. Việc truy cập từ ổ đĩa mềm chậm chạp, khĩ bảo quản dữ liệu cùng với dung lượng nhỏ là một trở ngại trong việc sử dụng máy tính. Ổ đĩa cứng với dung lượng lớn, tốc độ truy cập dữ liệu nhanh đáp ứng được các yêu cầu nêu trên. Chúng ta sẽ tìm hiểu về đĩa cứng trên các phương diện: • Cấu tạo • Các vấn đề liên quan • Các chuẩn giao diện điều khiển ổ cứng • Hoạt động của đĩa cứng • Cài đặt, phân chia và định dạng  Cấu tạo Mơtơ trục quay Đĩa từ Đầu từ - Bộ khung: Cũng như đối với ổ đĩa mềm, khung ổ cúng được chế tạo bằng nhơm đúc ở áp lực cao. Đối với các ổ cứng loại nhỏ cúa máy tính xách tay thì dùng vỏ plastic cứng. - Đĩa từ: đĩa từ thường làm bằng nhơm, thuỷ tinh hoặc gốm được phủ vật liệu từ và lớp bảo vệ ở cả hai mặt. Một ổ cứng gồm nhiều đĩa từ được xếp chồng và cùng gắn cố định trên một trục mơ tơ quay. - Đầu đọc/ghi: mỗi mặt đĩa dùng riêng một đầu đọc/ghi nên ổ đĩa cứng cĩ 2 đĩa phải cĩ 4 đầu từ. - Mơ tơ dịch chuyển đầu từ: khơng giống như mơ tơ của đĩa mềm dịch chuyển đầu từ theo từng bước, ổ cứng “lắc” các đầu từ của mình qua lại theo một cung trịn để dịch chuyển từ mép đến tâm đĩa. Vị trí đầu từ được kiểm tra hiệu chỉnh để tránh sai lệch vị trí đọc/ghi dữ liệu. 51
  48. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 - Mơ tơ trục quay: làm các đĩa quay với tốc độ nhanh và khơng đổi trong phiên làm việc của máy tính. - Các mạch điển tử của ổ cứng: ổ cứng được điều khiển bởi các mạch điện tử tương đối phức tạp được gắn trên một board dưới khung. Các mạch này cĩ chức năng: truyền tải tín hiệu điều khiển và dữ liệu, điều khiển sự dịch chuyển của đầu từ, thực hiện các thao tác đọc/ghi, ổn định tốc độ quay.  Các vấn đề liên quan ¾ Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ của ổ đĩa cứng - Tốc độ quay (rotation speed): các đĩa cứng điển hình cĩ tốc độ quay từ 4500 rpm đến 7200 rpm. Đĩa quay càng nhanh thì tốc độ truyền càng cao nhưng ồn hơn và nĩng hơn. - Số cung (sector) trên một từ đạo (track) và số từ đạo trên 1 mặt đĩa. - Thời gian tìm kiếm, thời gian chuyển đầu từ, thời gian chuyển từ trụ: là thời gian để đặt đầu đọc/ghi đến rãnh cần truy cập dữ liệu. - Gĩc quay trễ: khi đầu từ được đặt trên từ đạo xác định, nĩ phải đợi cho tới đúng cung từ được yêu cầu. Thường vào khoảng 4ms (với tốc độ quay 7200 rpm) tới 6 ms (tốc độ quay 5400 rpm). - Thời gian truy cập dữ liệu: thời gian tính từ khi bộ điều khiển đĩa yêu cầu truy cập dữ liệu cho đến khi ổ đĩa cứng thực hiện xong. Nĩ là tổng hợp của thời gian tìm, thời gian chuyển đầu từ và gĩc quay trễ. - Bộ nhớ đệm: dữ liệu trên đĩa được đọc hay ghi qua đầu từ từng bit một vì vậy dữ liệu cần truy cập được nhớ tạm ở bộ nhớ đệm. ¾ Các tham số của đĩa cứng - Các mặt đĩa cứng được đánh số bắt đầu từ 0, mỗi mặt được chia thành một loạt các rãnh trịn đồng tâm gọi là từ đạo track. Mỗi track lại đánh số từ ngồi vào bắt đầu từ 0 và được chia thành mỗi cung gọi là sector. Các sector được đánh số bắt đầu từ 0 và cĩ cùng kích thước 512 byte. Tập hợp các track cĩ cùng bán kính tạo thành từ trụ (cylinder). - Hệ số đan xen: ổ cứng truy cập dữ liệu trên đĩa mỗi lần 1 sector, giữa 2 sector mà máy tính cấn truy cập liên tiếp cần cĩ một khoảng thời gian chờ do PC khơng đủ nhanh để tiếp nhận dữ liệu. Nếu các sector được đánh số tuần tự thì phải quay đủ một vịng track mới đọc được 1 sector, do vậy để tăng tốc độ truy cập dữ liệu người ta dùng phương pháp đánh hệ số đan xen. 52
  49. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4  Các chuẩn giao diện ổ đĩa cứng Ổ đĩa cứng IDE 1 Bus Cab Đầu từ Giao tiếp ổ đĩa cứng (mạch điều Đĩa cứng khiển ổ đĩa) Dây cấp điện Cĩ bốn giao tiếp ổ đĩa cứng được xây dựng từ những năm 1980 là ST506, ESDI, IDE và SCSI: ¾ Các chuẩn giao tiếp cũ ST506: là giao tiếp loại tuần tự, tốc độ thấp. Dùng mã hố MFM, sau này cải tiến dùng mã RLL. ¾ Chuẩn ESDI (Enhanced Small Device Interface) xuất hiện vào đầu 1983, sử dụng phương pháp mã hố RLL, cĩ tốc độ cao hơn loại ST506 (24Mbit/sec). ¾ Chuẩn giao tiếp IDE: giao tiếp IDE (Intelligent Drive Electronics) là loại mạch điện tử ổ đĩa thơng minh được dùng rộng rãi cho các ổ cứng hiện nay (đơi khi được gọi là ATA1,ATA2 ( AT Attachment). Địi hỏi ghép nối với ổ cứng gồm cáp điện (4 chân) và cáp dữ liệu (40 chân). Hiện nay ATA đã cải tiến thành SATA (Super ATA) cĩ cable dữ liệu SATA nhỏ và gọn hơn, tốc độ nhanh hơn. ¾ Chuẩn E-IDE (Enhanced IDE0 là chuẩn nâng cao của IDE, cho phép ghép nối với các ổ cứng và cả ổ CD-ROM. Chuẩn E-IDE cho phép sử dụng ổ cứng dung lượng cao, tối đa đến 8,4 GB, trong khi IDE chỉ giới hạn đến 528 MB ¾ Giao tiếp SCSI: cĩ tốc độ cao hơn IDE nhưng phức tạp và đắt tiền hơn. Các PC hiện nay thường sử dụng ổ cứng với giao tiếp EIDE.  Hoạt động của ổ đĩa cứng Ư Máy tính thường xuyên truy cập dữ liệu từ ổ đĩa cứng. Vì vậy tại phiên làm việc của máy tính, đĩa cứng luơn quay với một tốc độ khơng đổi (3600 rpm, 4600 rpm, 5400 rpm hoặc 7200 rpm) để đảm bảo tốc độ truy cập dữ liệu cao. 53
  50. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 Ư Với tốc độ quay nhanh như vậy, các đầu từ khơng tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đĩa mà “bay lướt” trên một lớp đệm khơng khí cách bề mặt đĩa một khoảng rất nhỏ (10 μm).  Cài đặt, phân chia và định dạng Khi chúng ta bổ xung một ổ cứng mới vào máy tính, thường phải tiến hành các cơng việc là cài đặt (detect), phân chia (chia thành các phân vùng: parition) và đinh dạng (format) ¾ Cài đặt - Đối với một số main board cũ trước đây, để cài đặt đĩa cứng chúng ta sử dụng lệnh detect ổ cứng trong BIOS SETUP, việc detect ổ cứng sẽ nhận dạng các tham số cấu hình của ổ cứng như: loại ổ cứng, giao tiếp ổ cứng, dung lượng, số head, số cylinder, số sector/track - Đối với một số main board mới, việc nhận dạng là autodetect, cĩ nghĩa là tự động nhận dạng cấu hình ổ cứng. ¾ Phân chia và định dạng (format) ổ cứng - Phân chia ổ cứng nhằm mục đích từ một ổ đĩa vật lý duy nhất cĩ thể tạo ra nhiều ổ đĩa logic khác nhau phục vụ cho các mục đích khác nhau về lưu trữ dữ liệu. - Định dạng ổ đĩa cứng cĩ hai mức: o Định dạng cấp thấp (cịn gọi là định dàng vật lý), khi ổ cứng mới được sản xuất. Nhà sản xuất đã tiến hành format cấp thấp ổ đĩa cứng. Đây là việc đánh số mặt đĩa, trên mỗi mặt đĩa tạo ra từ trụ Cylinder hay các từ đạo track và đánh số vị trí các track. Trên mỗi track chia thành các cung Sector. Cơ lập những vùng từ tính bị hỏng (khơng tính vào dung lượng đĩa). Thường thì nếu đĩa cứng cĩ lỗi nghiêm trọng người sử dụng mới tiến hành format cấp thấp, chương trình format cấp thấp cĩ thể được download từ website của hãng sản xuất. o Định dạng cấp cao: do người sử dụng chạy chương trình format cấp cao. Cĩ mục đích cung cấp cho hệ điều hành một cách thức tổ chức và quản lý được các vùng lưu trữ dữ liệu trên đĩa. - Chi tiết về phân chia và đinh dạng cĩ thể tham khảo thêm ở phụ lục về ổ đĩa cứng. IV. CD-ROM ¾ Thế nào là một CD-ROM CD-ROM (compact disk read-only memory) là một phương tiện lưu chứa quang học read-only cĩ khả năng chứa đến 682 M dữ liệu(xấp xỉ 333.000 trang text), 74 phút audio cĩ độ trung thực cao, hoặc một sự kết hợp của cả hai. CD-ROM rất giống với đĩa compact audio quen thuộc, và thật sự cĩ thể mở trong một audio player bình thường. Việc truy cập dữ liệu từ một CD-ROM hồn tồn nhanh hơn đĩa 54
  51. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 mềm nhưng chậm hơn một ổ đĩa cứng một cách đáng kể. Thuật ngữ CD-ROM vừa đề cập đến chính các đĩa vừa chỉ ra ổ đĩa để đọc chúng. ¾ Cơng nghệ CD Mặc dù cĩ hình dạng giống với các CD audio, các CD máy tính ngồi audio cịn cĩ chứa dữ liệu. Các ổ đĩa CD để đọc các đĩa dữ liệu khi được gắn với các PC cũng cĩ dạng rất giống với một CD audio. Cả hai dạng CD này đều hoạt động dựa vào các nguyên tắc kỹ thuật chung giống nhau. Đĩa cĩ đường kính 120 mm (khoảng 4,75 inch), được làm bằng một chất polycarbonate. Trên lớp polycarbonate này cĩ phủ một màng kim loại, thường là một hợp kim nhơm. Màng nhơm là phần đĩa dành cho thơng tin mà ổ đĩa CD-ROM sẽ đọc. Màng nhơm sau đĩ được phủ lên một lớp plastic polycarbonate. Lớp này cĩ tác dụng bảo vệ dữ liệu bên dưới. Lớp trên cùng của đĩa thường được gán một nhãn, và mọi hoạt động xảy ra kể từ lớp dưới cùng. Các CD-ROM chỉ cĩ một mặt. Việc đọc thơng tin trở lại là một sự phản xạ laser trên lớp nhơm. Một bộ nhận ánh sáng ghi chú nơi ánh sáng được phản xạ mạnh hay nơi khơng cĩ ánh sáng hay ánh sáng được khuyếch tán. Ánh Ánh sáng khuyếch tán hay thiếu ánh sáng là do các pit được khắc trong CD gây ra. Sự phản xạ mạnh ánh sáng cho thấy khơng cĩ pit nào - điều này được gọi là một land. Các bộ nhận ánh sáng trong player thu ánh sáng phản xạ và khuyếch tán khi nĩ được khúc xạ từ bề mặt. Khi các nguồn ánh sáng được thu từ sự khúc xạ, chúng được truyền dọc đến các bộ vi xử lý để chuyển dịch các mẫu ánh sáng trở lại thành dữ liệu hay âm thanh. Các pit sâu 0,12 micron, rộng khoảng 0,6 micron. Chúng được khắc vào một track xoắn với khoảng cách giữa các xoắn là 1,6 micron, tương ứng với mật độ track là khoảng 16.000 track mỗi inch. Các pit và các land dài từ 0,9 đến 3,3 micron. Track bắt đầu từ phía trong đĩa và kết thúc cách mép đĩa 5 mm. Track xoắn đơn này dài khoảng 4,8 km. Khi một CD-audio dữ liệu – tìm một bit dữ liệu trên đĩa, nĩ tra tìm địa chỉ của dữ liệu từ một bảng mục lục và đặt chính nĩ gần đầu dữ liệu này ngang qua xoắn, chờ cho đến khi chuỗi bit chạy đúng qua tia laser. Dữ liệu CD-ROM được ghi bằng cách sử dụng một kỹ thuật cĩ tên là Constant Linear Velocity (CLV). Điều này cĩ nghĩa rằng dữ liệu trên track luơn luơn di chuyển qua laser đã được đọc với tốc độ tuyến tính khơng đổi. Như vậy đĩa phải quay nhanh hơn khi đọc vùng track bên trong và chậm hơn khi đọc vùng track bên ngồi. Bởi vì các CD ban đầu được thiết kế để ghi audio, nên tốc độ mà tại đĩ dữ liệu được đọc phải là một tốc độ khơng đổi. Do đĩ, mỗi đĩa được chia thành các khối hay các sector, được chứa với tốc độ 75 phút thơng tin, dẫn đến số lượng khối tối đa là 333.000 khối. Các bộ đọc CD-ROM mới gồm nhiều tốc độ vẫn đọc các CD đã được ghi bằng kỹ thuật CLV, nhưng chúng phát lại bằng một kỹ thuật cĩ tên là Constant Angular Velocity (CAV). Điều này cĩ nghĩa là dữ liệu track đang di chuyển qua laser đã được đọc với một tốc độ khác, phụ thuộc vào nơi track định vị trên CD (track bên trong hay bên ngồi). Các track tại mép giữa được đọc nhanh hơn các track ở gần 55
  52. Giáo trình phần cứng máy tính Khoa CNTT - Trường CĐCN 4 tâm, bởi vì CD đang quay với một tốc độ khơng đổi, giống như các record player cũ. Sự kết hợp cả hai cơng nghệ này được gọi là P-CAV hoặc Partial-CAV. Trong một đĩa CD-DA (Digital Audio), mỗi khối chứa 2.352 byte. Trong một đĩa CD-ROM, 304 byte này được sử dụng cho thơng tin Sync (các bit đồng bộ), ID (các bit nhận dạng) và ECC (Error Correcting Code), 2.048 byte cịn lại cho dữ liệu người dùng. Bởi vì các khối này được đọc tại một tốc độ khơng đổi là 75 khối mỗi giây nên điều này dẫn đến một tốc độ truyền CD-ROM chuẩn là 153.600 byte mỗi giây, chính xác là 150 K/giây. Bởi vì một đĩa cĩ thể chứa tối đa là 74 phút dữ liệu, và mỗi giây chứa 75 khối, mỗi khối gồm cĩ 2.048 byte, nên ta cĩ thể tính được dung lượng lưu trữ tối đa tuyệt đối của một CD-ROM là 681.984.000 byte. ¾ Bên trong các CD dữ liệu Bộ xử lý giải mã các xung điện là điểm khác biệt chính giữa các compact player nhạc và dữ liệu. Các CD audio chuyển đổi thơng tin kỹ thuật số được chứa trên đĩa thành các tín hiệu tương đồng để một bộ khuyếch đại stero xử lý. Bằng cách này, sự khơng chính xác là cĩ thể chấp nhận được, bởi vì nĩ khơng thể nghe trong tiếng nhạc. Tuy nhiên, các CD ROM khơng thể bỏ qua bất kỳ sự sai sĩt nào. Mỗi bit dữ liệu phải được đọc chính xác. Vì vậy, các đĩa CD-ROM cĩ nhiều thơng tin ECC (Error Correcting Code) bổ sung được các lỗi nhỏ nhất, cải tiến độ tin cậy và chính xác đối với các cấp độ cĩ thể chấp nhận được đối với sự lưu trữ dữ liệu. Các ổ đĩa CD-ROM hoạt động theo cách sau đây: • Laser diode phát ra một tia hồng ngoại cĩ năng lượng thấp theo hướng một gương phản chiếu. • Động cơ servo, được yêu cầu từ bộ vi xử lý 56