(NB) Giáo trình cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về cấu trúc máy tính, về tổ chức và hoạt động bộ vi xử lý, các thành phần phần trong hệ thống máy tính và các biện pháp kĩ thuật cơ bản. Cấu trúc máy tính là môn học cơ sở để sinh viên có thể thực hành bảo trì hệ thống máy tính.
Tổng quan về cấu trúc máy tính
Các thế hệ máy tính
1.1.1 Lịch sử phát triển của máy tính điện tử
Máy tính được xây dựng dựa trên đèn điện tử, với mỗi đèn đại diện cho một bit nhị phân, dẫn đến kích thước lớn, tốc độ chậm và tiêu thụ điện năng cao Chẳng hạn, máy ENIAC có 18.000 đèn điện tử, 1.500 rơ-le, nặng 30 tấn và tiêu thụ 140KW Về kiến trúc, máy có 20 thanh ghi, mỗi thanh ghi chứa một số thập phân 10 chữ số Lập trình cho máy được thực hiện bằng cách thiết lập vị trí của 6.000 chuyển mạch, mỗi chuyển mạch có nhiều vị trí và kết nối với nhiều ổ cắm thông qua một "rừng" đầu cắm.
Trong thời kỳ này, Giáo sư toán học John Von Neumann đã phát triển ý tưởng thiết kế máy tính IAS tại Viện Nghiên cứu Cao cấp Princeton, trong đó chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ Bộ điều khiển sẽ lấy lệnh và biến đổi giá trị dữ liệu, trong khi bộ số học và logic (ALU) thực hiện các phép toán trên dữ liệu nhị phân và điều khiển hoạt động của thiết bị vào ra Ý tưởng này đã trở thành nền tảng cho các máy tính hiện đại, và máy tính này được gọi là máy tính Von Neumann.
Máy tính thế hệ thứ hai được xây dựng dựa trên công nghệ transistor, được phát minh bởi Công ty Bell vào năm 1948, thay thế các đèn điện tử bằng transistor lưỡng cực Máy tính đầu tiên của thế hệ này là TX-0 (máy tính thử nghiệm sử dụng transistor 0).
Máy tính sử dụng mạch tích hợp (IC) cho phép tích hợp hàng chục transistor trong một chip, giúp chế tạo máy tính nhỏ hơn, nhanh hơn và rẻ hơn so với các máy tính dùng transistor trước đó Một ví dụ tiêu biểu là thế hệ máy System/360 của IBM, nổi bật với những bước đột phá công nghệ mới.
- Tính tương thích cao: Các máy tính trong cùng một họ có khả năng chạy các chương trình, phần mềm của nhau
Tính năng đa chương trình cho phép nhiều chương trình cùng tồn tại trong bộ nhớ, trong đó một chương trình có thể được thực thi trong khi các chương trình khác đang chờ hoàn tất các thao tác vào/ra.
- Không gian địa chỉ rất lớn (2 24 byte = 16Mb)
1.1.1.4 Thế hệ thứ tư: (1980- nay )
Máy tính hiện đại được phát triển dựa trên công nghệ vi mạch cỡ lớn (LSI) và cực lớn (VLSI), cho phép chế tạo các mạch tổ hợp với kích thước nhỏ gọn và hiệu suất cao Sự tiến bộ trong công nghệ bán dẫn đã giúp máy tính trở nên nhỏ hơn, nhẹ hơn, mạnh mẽ hơn và có giá thành hợp lý hơn Thời kỳ này đánh dấu sự ra đời và phát triển của máy tính cá nhân, mở ra kỷ nguyên mới cho người dùng.
Dựa vào kích thước vật lý, hiệu suất và lĩnh vực sử dụng, máy tính số thế hệ thứ tư hiện được phân chia thành 5 loại chính, với một số loại có thể chồng chéo lên nhau.
Máy tính vi mô, hay còn gọi là PC (máy tính cá nhân), là những thiết bị nhỏ gọn với một chip vi xử lý và một số thiết bị ngoại vi Chúng thường được thiết kế cho một người sử dụng, có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối trong mạng máy tính.
- Minicomputer: Là những máy tính cỡ trung bình, kích thước thường lớn hơn
Máy tính cá nhân (PC) có khả năng thực hiện các ứng dụng tương tự như máy tính cỡ lớn, hỗ trợ từ hàng chục đến hàng trăm người làm việc Minicomputer thường được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thời gian thực, như trong điều khiển hàng không và tự động hóa sản xuất.
Supermini là loại máy Minicomputer có tốc độ xử lý nhanh nhất trong nhóm Mini tại các thời điểm cụ thể Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống phân chia thời gian, chẳng hạn như máy chủ của mạng.
Máy tính Mainframe là loại máy tính lớn có khả năng phục vụ hàng trăm đến hàng ngàn người dùng Chúng thường được sử dụng để xử lý các công việc theo lô lớn (Large-Batch-Job) hoặc thực hiện các giao dịch (Transaction Processing), chẳng hạn như trong ngành ngân hàng.
Siêu máy tính là những hệ thống được thiết kế đặc biệt để đạt tốc độ tính toán dấu phẩy động tối đa Chúng thường sử dụng kiến trúc song song và hoạt động hiệu quả nhất trong một số lĩnh vực cụ thể.
1.1.2 Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính
Ba mươi năm trước, sự ra đời của 5150 đã thay đổi hoàn toàn cách nhìn nhận về máy tính Đây là lần đầu tiên máy tính được coi là một thiết bị có kích thước vừa phải, giá cả phải chăng và thu hút sự quan tâm của công chúng.
Vào năm 1982, Franklin Ace 100 đã trở thành chiếc máy tính đầu tiên gây ra vụ kiện về bản quyền phần mềm trong lịch sử Acer bị Apple kiện vì vi phạm nhãn hiệu hàng hóa khi sao chép phần cứng và phần mềm từ máy tính Apple II Kết quả của vụ kiện này đã nghiêng về phía Apple.
Commodore được xem là máy tính gia đình nổi tiếng nhất, với gần 30 triệu chiếc Commodore 64 được bán ra toàn cầu từ năm 1982 đến 1993.
Phân loại máy tính
1.2.1 Kiến trúc và tổ chức máy tính
1.2.1.1 Khái niệm kiến trúc máy tính
Kiến trúc máy tính là lĩnh vực nghiên cứu về cách chọn lựa và kết nối các thành phần phần cứng để tạo ra máy tính đáp ứng yêu cầu về chức năng, hiệu năng và giá thành Yêu cầu chức năng đòi hỏi máy tính phải có nhiều tính năng hữu ích, yêu cầu hiệu năng yêu cầu tốc độ xử lý cao, trong khi yêu cầu giá thành yêu cầu máy tính ngày càng rẻ hơn Việc đạt được cả ba yêu cầu này là một thách thức lớn Tuy nhiên, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi xử lý, máy tính hiện nay sở hữu tính năng phong phú, hiệu suất cao hơn và giá thành thấp hơn so với các thế hệ trước Kiến trúc máy tính bao gồm ba thành phần chính.
Kiến trúc tập lệnh (Instruction SetArchitecture), (2)
Vi kiến trúc (Micro Architecture) và Thiết kế hệ thống (System Design)
Kiến trúc tập lệnh mô tả cấu trúc của một hệ thống máy tính ở cấp độ ngôn ngữ máy, bao gồm các thành phần chính như tập lệnh, chế độ địa chỉ, thanh ghi, cũng như khuôn dạng địa chỉ và dữ liệu.
Vi kiến trúc là mô tả chi tiết về cấu trúc và cách thức các thành phần của hệ thống máy tính kết nối và trao đổi thông tin với nhau Nó giúp giải đáp hai câu hỏi quan trọng: đầu tiên, cách mà các thành phần phần cứng của máy tính được kết nối; thứ hai, cách mà các thành phần này tương tác để thực thi các tập lệnh.
Thiết kế hệ thống máy tính bao gồm các thành phần phần cứng chính như hệ thống phối ghép với các bus và chuyển mạch, hệ thống bộ nhớ, cơ chế giảm tải cho CPU như truy cập trực tiếp bộ nhớ, cùng với các vấn đề khác như đa xử lý và xử lý song song.
1.2.1.2 Khái niệm tổ chức máy tính
Tổ chức máy tính, hay còn gọi là cấu trúc máy tính, là lĩnh vực nghiên cứu các bộ phận và cách thức hoạt động của máy tính Khái niệm này có sự tương đồng với vi kiến trúc, một phần trong kiến trúc máy tính Do đó, kiến trúc máy tính là một khái niệm rộng hơn, bao gồm cả tổ chức và cấu trúc máy tính.
1.2.2 Phân loại máy tính, và khả năng tính toán
Có rất nhiều thuật ngữ dùng để mô tả máy tính như PC, laptop, desktop, PDA, tablet,
Mặc dù tất cả các loại máy tính đều có những thành phần cơ bản như bộ vi xử lý (CPU), RAM, màn hình và bàn phím, nhưng chúng lại khác nhau đáng kể về kích thước và khả năng tính toán Dưới đây là tổng kết về các loại máy tính cơ bản.
Máy tính cá nhân (PC) là thiết bị được thiết kế để đáp ứng nhu cầu sử dụng cơ bản của một người Mặc dù máy Mac cũng thuộc loại PC, nhưng hầu hết người dùng thường hiểu PC là những máy chạy hệ điều hành Windows của Microsoft Thông thường, các máy PC chỉ có một bộ vi xử lý.
Máy tính để bàn (desktop) là loại máy tính cá nhân được thiết kế để sử dụng cố định tại một vị trí Chúng thường có khả năng xử lý và lưu trữ dữ liệu lớn hơn so với các máy tính di động (laptop).
Laptop là loại máy tính được thiết kế để di chuyển dễ dàng, phù hợp cho những người thường xuyên làm việc bên ngoài như doanh nhân và nhân viên bán hàng Với kích thước tương đương một quyển sách, laptop tích hợp đầy đủ các thành phần như màn hình, bàn phím, touchpad, mainboard, CPU, RAM, loa và pin, mang lại sự tiện lợi và hiệu suất cao cho người sử dụng.
Netbook và Notebook là những thiết bị máy tính có kích thước và khối lượng nhỏ hơn laptop, phù hợp cho những người thường xuyên di chuyển Mặc dù có kích thước nhỏ gọn, nhưng khả năng xử lý của netbook kém hơn so với laptop, và giá thành của chúng thường rẻ hơn, dao động từ 5-10 triệu đồng.
Máy netbook được thiết kế chủ yếu cho các nhu cầu cơ bản như lướt web, soạn thảo văn bản, nghe nhạc và xem phim Chúng thường có kích thước nhỏ gọn, phù hợp cho việc di chuyển và sử dụng hàng ngày.
Personal Digital Assistants (PDAs) là thiết bị trợ giúp kỹ thuật số nhỏ gọn, nhẹ, dễ dàng cầm nắm trong lòng bàn tay Chúng sử dụng bộ nhớ Flash thay vì ổ cứng truyền thống như trên máy tính cá nhân PDAs thường không có bàn phím vật lý và thay vào đó, sử dụng màn hình cảm ứng để nhập liệu.
Máy trạm (workstation) là loại máy tính có hiệu suất vượt trội so với máy PC thông thường, với bộ vi xử lý mạnh mẽ, màn hình chất lượng cao, nhiều RAM và card đồ họa tốt Chúng thường được sử dụng cho các công việc đòi hỏi khả năng tính toán cao như thiết kế đồ họa, CAD/CAM và chơi game.
Máy chủ (Server) là những máy tính được thiết kế để phục vụ nhiều người dùng hoặc máy tính khác qua mạng Chúng thường sở hữu nhiều bộ vi xử lý, khả năng tính toán nhanh, cùng với dung lượng RAM và ổ cứng lớn hơn so với máy tính cá nhân (PC) và trạm làm việc (Workstation) Kích thước của các máy chủ có thể rất lớn, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng.
Máy tính mainframe, thường được gọi là enterprise server, là những thiết bị có khả năng tính toán vượt trội hơn so với máy chủ thông thường Chúng thường được sử dụng trong các công ty lớn hoặc tổ chức như ngân hàng và phòng thí nghiệm Kích thước của các máy tính này có thể lớn đến mức chiếm cả một phòng hoặc thậm chí một tầng trong tòa nhà.
Thành quả của máy tính
Qui luât Moore vê sự phát triên của máy tính
Hình 1.20 đánh giá thành quả của máy tính
Hình 1.20 minh họa sự phát triển vượt bậc của máy tính, với thành quả tối đa tăng theo hàm số mũ Tốc độ tăng trưởng của máy vi tính đạt 35% mỗi năm, trong khi các loại máy khác chỉ tăng 20% mỗi năm Điều này chứng tỏ rằng tính năng của máy vi tính đã vượt trội hơn hẳn so với các loại máy tính khác vào đầu thập niên 90.
Máy tính dùng thật nhiều bộ xử lý song song rất thích hợp khi phải làm tính thật nhiều
Sự tăng trưởng theo hàm số mũ của công nghệ chế tạo transistor MOS là nguồn gốc của thành quả các máy tính.
Hình 1.21: Sự phát triển của bộ xử lý Intel dựa vào số lượng transistor trong một mạch tích hợp theo quy luật Moore
Hình 1.21 minh họa sự gia tăng tần số xung nhịp của các bộ xử lý MOS, với tần số xung nhịp của bộ xử lý tăng gấp đôi sau mỗi thế hệ Đồng thời, độ trì hoãn trên mỗi cổng/xung nhịp giảm 25% hàng năm.
Sự tiến bộ trong công nghệ máy tính, đặc biệt là sự phát triển của bộ vi xử lý, đã giúp máy vi tính đạt được tốc độ vượt trội hơn so với các máy tính lớn.
Kể từ năm 1965, Gordon Moore, đồng sáng lập Intel, đã nhận thấy rằng số lượng transistor trong mỗi mạch tích hợp có khả năng tăng gấp đôi mỗi năm Dựa trên quan sát này, ông đã đưa ra dự đoán rằng hiệu suất của máy tính sẽ tăng gấp đôi sau 18 tháng mà không làm tăng chi phí.
Kết quả của quy luật Moore là:
- Chi phí cho máy tính sẽ giảm
- Giảm kích thước các linh kiện, máy tính sẽ giảm kích thước
- Hệ thống kết nối bên trong mạch ngắn: tăng độ tin cậy, tăng tốc độ
- Tiết kiệm năng lượng cung cấp, toả nhiệt thấp
- Các IC thay thế cho các linh kiện rời
Một số khái niệm liên quan:
Hình 1.22 Xung nhịp các bộ xử lý MOS
Mật độ tích hợp đề cập đến số lượng linh kiện tích hợp trên một diện tích bề mặt silicon nhất định, cho thấy số lượng nhiệm vụ và mạch được thực hiện trên đó.
Tần số xung nhịp bộ xử lý cho biết tần số thực hiện các nhiệm vụ
Tốc độ xử lý của máy tính trong một giây, hay công suất tính toán của mỗi mạch, được xác định bằng tích của mật độ tích hợp và tần số xung nhịp Ngoài ra, công suất này còn tăng theo hàm mũ theo thời gian.
Thông tin và sự mã hóa thông tin
1.4.1 Khái niệm thông tin và lượng thông tin
Hình 1.23: Thông tin về 2 trạng thái có ý nghĩa của hiệu điện thế
Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng thái cho sẵn trong nhiều trạng thái có thể có vào một thời điểm cho trước
Trong hình này, có hai trạng thái chính: trạng thái thấp khi hiệu điện thế dưới VL và trạng thái cao khi hiệu điện thế vượt VH Để hiểu thông tin, cần xác định thời điểm quan sát tín hiệu; ví dụ, tại thời điểm t1, tín hiệu ở trạng thái thấp, trong khi tại thời điểm t2, tín hiệu chuyển sang trạng thái cao.
Thông tin được đo lường bằng đơn vị thông tin mà ta gọi là bit Lượng thông tin được định nghĩa bởi công thức:
Trong đó: I: là lượng thông tin tính bằng bit
N: là số trạng thái có thể có
Một bit đại diện cho sự hiểu biết về một trạng thái trong hai trạng thái khả thi Chẳng hạn, sự hiểu biết về một trạng thái trong 16 trạng thái có thể tương ứng với một lượng thông tin nhất định.
Tám trạng thái được ghi nhận nhờ 4 số nhị phân (mỗi số nhị phân có thể có giá trị 0 hoặc 1)
Lượng thông tin được đo bằng số bit cần thiết để biểu diễn các trạng thái có thể có Một bit, tương ứng với một con số nhị phân, có thể biểu thị một trạng thái trong tổng số 2^n trạng thái Do đó, một từ n bit sẽ đại diện cho một lượng thông tin n bit.
Ví dụ : Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân
1.4.2 Sự mã hóa thông tin a Mã và mã hóa là gì?
Mã hóa là kỹ thuật chuyển đổi thông tin như phim ảnh, văn bản và hình ảnh từ định dạng dễ hiểu sang dạng không thể nhận diện nếu không có công cụ giải mã thích hợp.
Ví dụ một quy tắc mã hóa đơn giản:
Tất cả các ký tự đều bị thay thế bằng ký tự thứ 4 phía trước nó trong bảng chữ cái Bảng chữ cái gồm: "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVXYZ "
Vậy với câu: KY THUAT MA HOA CO BAN
Sau khi mã hóa, chuỗi thu được là GYVPDQXPVIXVDKXVZKVYXJ Chuỗi này khó hiểu nếu không có khóa để giải mã, và khóa đó chính là số 4 ký tự mà bạn cần dịch.
Khi nhận được chuỗi này, bạn chỉ cần dịch ngược trở về bằng cách thay ký tự bằng ký tự thứ 4 phía sau nó G => K, T => Y,
Trong ví dụ trên, mọi ký tự được thay thế bằng ký tự thứ 4 đứng trước nó trong bảng chữ cái, trong khi việc giải mã sẽ thay thế bằng ký tự thứ 4 đứng sau Bên cạnh đó, việc biểu diễn số trong máy tính cũng là một khía cạnh quan trọng cần được chú ý.
Hệ thống số là khái niệm xác định phạm vi các giá trị mà một chữ số có thể mang Chẳng hạn, trong hệ thập phân, giá trị của một chữ số nằm trong khoảng từ 0 đến 9, trong khi ở hệ nhị phân, một chữ số (hay còn gọi là một bit) chỉ có hai giá trị là 0 hoặc 1.
Dạng tổng quát để biểu diễn giá trị của một số:
V k : Số cần biểu diễn giá trị m: số thứ tự của chữ số phần lẻ
(phần lẻ của số có m chữ số được đánh số thứ tự từ -1 đến -m) n-1: số thứ tự của chữ số phần nguyên
(phần nguyên của số có n chữ số được đánh số thứ tự từ 0 đến n-1) b i : giá trị của chữ số thứ i k: hệ số (k: hệ thập phân; k=2: hệ nhị phân; )
Ví dụ: biểu diễn số 541.2510
Một máy tính được chủ yếu cấu tạo bằng các mạch điện tử có hai trạng thái
Sử dụng số nhị phân để biểu diễn trạng thái của mạch điện và mã hóa ký tự là rất tiện lợi, giúp cho việc vận hành máy tính trở nên hiệu quả hơn.
* Để biến đổi một số hệ thập phân sang nhị phân, ta có hai phương thức biến đổi:
- Phương thức số dư để biến đổi phần nguyên của số thập phân sang nhị phân
Ví dụ: Đổi 23.37510 sang nhị phân Chúng ta sẽ chuyển đổi phần nguyên dùng phương thức số dư:
- Phương thức nhân để biến đổi phần lẻ của số thập phân sang nhị phân:
0.375 x 2 = 0.75 Phần nguyên = 0 0.75 x 2 = 1.5 Phần nguyên = 1 0.5 x 2 = 1.0 Phần nguyên = 1 Kết quả: (0.375)10 = (0.011)2
Kết quả cuối cùng nhận được là: 23.37510 = 10111.0112
Trong quá trình chuyển đổi phần lẻ của một số thập phân sang số nhị phân bằng phương pháp nhân, có những trường hợp dẫn đến sự lặp lại vô hạn Một ví dụ điển hình là số 0.2.
Trong quá trình chuyển đổi số nhị phân sang các hệ thống số khác, chúng ta có thể nhóm các số nhị phân lại để biểu diễn cho các giá trị trong hệ thống số tương ứng.
Trong hệ nhị phân, người ta thường nhóm 4 bit để biểu diễn số dưới dạng thập lục phân (Hexadecimal) và nhóm 3 bit để biểu diễn số dưới dạng bát phân (Octal).
Hệ thập phân Hệ nhị phân Hệ bát phân Hệ thập lục phân
Dựa vào bảng biến đổi số, chúng ta có thể thấy cách chuyển đổi các số giữa các hệ thống số khác nhau sang hệ nhị phân.
Một từ n bit có khả năng biểu diễn tất cả các số dương từ 0 đến 2^n - 1 Nếu di là một số nhị phân thứ i, thì từ n bit tương ứng với một số nguyên thập phân.
Một Byte (gồm 8 bit) có thể biểu diễn các số từ 0 tới 255 và một từ 32 bit cho phép biểu diễn các số từ 0 tới 4294967295
Có nhiều cách để biểu diễn một số n bit có dấu Trong tất cả mọi cách thì bit cao nhất luôn tượng trưng cho dấu
Khi đó, bit dấu có giá trị là 0 thì số nguyên dương, bit dấu có giá trị là 1 thì số nguyên âm dn-1 dn-2 dn-3 d2 d1 d0
Số nguyên có bit dn-1 là bit dấu và có trị số tượng trưng bởi các bit từ d0 tới dn-
2 a) Cách biểu diễn bằng trị tuyệt đối và dấu
Trong hệ thống số nguyên thập phân có dấu, bit dn-1 được sử dụng làm bit dấu, trong khi các bit từ d0 đến dn-2 biểu thị giá trị tuyệt đối Một từ n bit sẽ tương ứng với một số nguyên thập phân có dấu.
- Một Byte (8 bit) có thể biểu diễn các số có dấu từ -127 tới +127
- Có hai cách biểu diễn số không là 0000 0000 (+0) và 1000 0000 (-0) b) Cách biểu diễn bằng số bù 1 và số bù 2
Trong phương pháp biểu diễn này, số âm -N được tạo ra bằng cách thay thế các chữ số nhị phân của số dương N bằng các số bù của chúng; cụ thể, nếu chữ số nhị phân là 0 thì được đổi thành 1 và ngược lại.
- Một Byte cho phép biểu diễn tất cả các số có dấu từ -127 (1000 00002) đến
- Có hai cách biểu diễn cho 0 là 0000 0000 (+0) và 1111 1111 (-0)
+ Số bù 2: Để có số bù 2 của một số nào đó, người ta lấy số bù 1 rồi cộng thêm 1
Chỉ có một giá trị 0: +0 = 000000002, -0 = 000000002 c) Cách biểu diễn số nguyên bằng mã BCD (Binary Coder Decimal)
Dùng 4 bit để mã hóa cho các chữ số thập phân từ 0 đến 9
Có 6 tổ hợp không sử dụng (từ 10 đến 15) : 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111
Các kiểu lưu trữ số BCD
- BCD không gói (Unpacked BCD) : mỗi số BCD 4 bit được lưu trữ trong 4 bit thấp của mỗi byte
Ví dụ : số 35 được lưu trữ như sau :
- BCD gói (Packed BCD): hai số BCD được lưu trữ trong 1 byte
Ví dụ : số 35 được lưu trữ như sau :
Cách biểu diễn số với dấu chấm động
- Tổng quát : một số thực X được biểu diễn theo kiểu số dấu chấm động như sau :
M là phần định trị (Mantissa)
Cấu trúc phần cứng chính của máy tính
Thành phần cơ bản của một máy tính
Cấu trúc máy tính bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ trong và các thiết bị nhập-xuất thông tin, tất cả được kết nối qua hệ thống bus Hệ thống bus gồm bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển, trong đó bus địa chỉ và bus dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển dữ liệu giữa các bộ phận, còn bus điều khiển đảm bảo sự đồng bộ trong việc trao đổi thông tin Thông thường, có hai loại bus: bus hệ thống, kết nối CPU với bộ nhớ trong qua cache, và bus vào-ra, dùng để trao đổi thông tin giữa các thiết bị vào-ra và bộ nhớ trong.
Hình 2.1: Cấu trúc của một hệ máy tính đơn giản
Chương trình được sao chép từ đĩa cứng vào bộ nhớ trong cùng với các thông tin cần thiết để hoạt động Những thông tin này được nạp từ các thiết bị cung cấp như bàn phím hoặc đĩa từ Bộ xử lý trung tâm sẽ đọc lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ, thực hiện lệnh và lưu kết quả trở lại bộ nhớ trong hoặc xuất kết quả ra các thiết bị như màn hình hay máy in.
Hình 2.2: Sơ đồ mô tả hoạt động điển hình của một máy tính
Thành phần cơ bản của một máy tính bao gồm :
Bộ nhớ trong, hay còn gọi là RAM (Random Access Memory), là một tập hợp các ô nhớ với mỗi ô chứa một số bit nhất định, lưu trữ thông tin được mã hóa thành số nhị phân Các ô nhớ này có địa chỉ riêng và thời gian truy cập vào bất kỳ ô nhớ nào là như nhau Độ dài của một từ máy tính thường là 32 bit (4 byte), trong khi dung lượng một ô nhớ thông thường là 8 bit.
Bộ xử lý trung tâm (CPU) là thành phần chính thực hiện lệnh trong máy tính, lấy lệnh từ bộ nhớ trong và xử lý dữ liệu tương ứng CPU gồm hai phần chính: phần thi hành lệnh và phần điều khiển Phần thi hành lệnh bao gồm bộ làm toán và logic (ALU) cùng các thanh ghi, có nhiệm vụ thực hiện các phép toán trên dữ liệu Trong khi đó, phần điều khiển đảm bảo các lệnh được thực hiện theo trình tự và điều phối các mạch chức năng để thực hiện lệnh.
Bộ phận xuất nhập thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc giao tiếp giữa máy tính và người dùng, cũng như giữa các máy tính trong hệ thống mạng Những thiết bị xuất nhập phổ biến bao gồm bộ lưu trữ ngoài, màn hình, máy in, bàn phím, chuột, máy quét ảnh, và các giao diện mạng cục bộ hay mạng diện rộng Ngoài ra, bộ tạo thích ứng là một vi mạch tổng hợp (chipset) giúp kết nối giữa các hệ thống bus với tốc độ dữ liệu khác nhau.
2.1.1.1 Kiến trúc các tập lệnh CISC và RISC
Các kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer) được phát triển từ những năm 1960 nhằm giải quyết vấn đề khó khăn trong việc sử dụng các thanh ghi và tối ưu hóa hiệu suất chương trình Thời kỳ này nhận thấy rằng vi lệnh thực hiện nhanh hơn các lệnh phức tạp, dẫn đến nhu cầu giảm độ dài chương trình Do đó, các kiểu ô nhớ như ô nhớ - ô nhớ và ô nhớ - thanh ghi được ưu tiên, cho phép sử dụng nhiều kiểu định vị và lệnh có chiều dài thay đổi Điều này làm cho việc áp dụng bộ điều khiển vi chương trình trở nên hiệu quả hơn.
Bảng II.3 liệt kê các đặc tính của một số máy CISC tiêu biểu, cho thấy rằng cả ba máy đều có đặc điểm chung là số lượng lệnh phong phú, với chiều dài lệnh thay đổi Ngoài ra, chúng cũng có nhiều phương thức thực hiện lệnh và sử dụng nhiều vi chương trình khác nhau.
Tiến bộ trong công nghệ mạch tích hợp (IC) và kỹ thuật dịch chương trình đã khiến các nhận định trước đây cần được đánh giá lại, đặc biệt sau khi có khảo sát định lượng về việc sử dụng tập lệnh của các máy CISC.
Bảng 2.1: Đặc tính của một vài máy CISC
Bộ xử lý IBM 370/168 DEC 11/780 iAPX 432
Bộ nhớ vi chương trình Chiều dài lệnh
16 - 48 ECL - MSI Thanh ghi- thanh ghi
16 - 456 TTl - MSI Thanh ghi - thanh ghi
Chương trình dịch đã sử dụng các thanh ghi mà không có sự khác biệt lớn giữa việc sử dụng ô nhớ cho vi chương trình hay cho chương trình, dẫn đến khái niệm máy tính với tập lệnh rút gọn RISC vào đầu những năm 1980 Máy RISC được thiết kế để tối ưu hóa kỹ thuật ống dẫn với các lệnh có chiều dài cố định, đơn giản và dễ giải mã, sử dụng kiểu thực hiện lệnh thanh ghi - thanh ghi Chỉ có các lệnh ghi hoặc đọc ô nhớ cho phép truy cập vào ô nhớ Ba mẫu máy RISC đầu tiên, bao gồm IBM 801, RISC1 của Patterson và MIPS của Hennessy, đều có bộ điều khiển bằng mạch điện, chiều dài lệnh cố định 32 bits, kiểu thi hành lệnh thanh ghi - thanh ghi, và số lượng lệnh hạn chế.
Bảng 2.2 : Đặc tính của ba mẫu đầu tiên máy RISC
Bộ xử lý IBM 801 RISC1 MIPS
Dung lượng bộ nhớ vi chương trình
0 0 0 Độ dài lệnh (tính bằng bit)
Kỹ thuật chế tạo ECL MSI NMOS VLSI NMOS VLSI
Tóm lại, ta có thể định nghĩa mạch xử lý RISC bởi các tính chất sau:
Có một số ít lệnh (thông thường dưới 100 lệnh )
Có một số ít các kiểu định vị (thông thường hai kiểu: định vị tức thì và định vị gián tiếp thông qua một thanh ghi)
Có một số ít dạng lệnh (một hoặc hai) - Các lệnh đều có cùng chiều dài
- Chỉ có các lệnh ghi hoặc đọc ô nhớ mới thâm nhập vào bộ nhớ
Dùng bộ tạo tín hiệu điều khiển bằng mạch điện để tránh chu kỳ giải mã các vi lệnh làm cho thời gian thực hiện lệnh kéo dài
Bộ xử lý RISC được thiết kế với nhiều thanh ghi nhằm giảm thiểu việc truy cập vào bộ nhớ trong, đồng thời các bộ xử lý RISC đầu tiên thực hiện tất cả lệnh trong một chu kỳ máy.
Bộ xử lý RISC có các lợi điểm sau :
Diện tích bộ xử lý cho bộ điều khiển đã giảm đáng kể từ 60% đối với các bộ xử lý CISC xuống chỉ còn 10% đối với các bộ xử lý RISC Sự giảm diện tích này cho phép tích hợp thêm nhiều thành phần bên trong bộ xử lý, bao gồm các thanh ghi, cổng vào ra và bộ nhớ cache.
Tốc độ tính toán được nâng cao nhờ vào việc giải mã lệnh đơn giản và sử dụng nhiều thanh ghi, giảm thiểu việc truy cập bộ nhớ Bên cạnh đó, kỹ thuật ống dẫn được thực hiện một cách liên tục và hiệu quả, đảm bảo rằng các lệnh có thời gian thực hiện đồng nhất và cùng dạng.
Thời gian cần thiết để thiết kế bộ điều khiển là ít Điều này góp phần làm giảm chi phí thiết kế
Bộ điều khiển trở nên đơn giản và gọn làm cho ít rủi ro mắc phải sai sót mà ta gặp thường trong bộ điều khiển
Trước những điều lợi không chối cãi được, kiến trúc RISC có một số bất lợi:
Các chương trình dài ra so với chương trình viết cho bộ xử lý CISC Điều này do các nguyên nhân sau :
Cấm thâm nhập bộ nhớ đối với tất cả các lệnh ngoại trừ lệnh đọc và ghi, dẫn đến việc phải sử dụng nhiều lệnh để thực hiện một công việc nhất định Do đó, việc tính toán các địa chỉ hiệu dụng là cần thiết, vì không có nhiều phương pháp định vị khả dụng.
+ Tập lệnh có ít lệnh nên các lệnh không có sẵn phải được thay thế bằng một chuỗi lệnh của bộ xử lý RISC
Các chương trình dịch thường gặp khó khăn do số lượng lệnh hạn chế, dẫn đến ít lựa chọn trong việc diễn dịch các cấu trúc của chương trình gốc Bên cạnh đó, sự cứng nhắc của kỹ thuật ống dẫn cũng góp phần làm tăng độ phức tạp trong quá trình dịch.
Có ít lệnh trợ giúp cho ngôn ngữ cấp cao
Các bộ xử lý CISC hỗ trợ tốt hơn cho các ngôn ngữ lập trình cao cấp nhờ vào tập lệnh phức tạp Cụ thể, hãng Honeywell đã phát triển một máy tính với một lệnh tương ứng cho mỗi động từ trong ngôn ngữ COBOL.
Các tiến bộ gần đây cho phép xếp đặt trong một vi mạch, một bộ xử lý RISC nền và nhiều toán tử chuyên dùng
Thí dụ, bộ xử lý 860 của Intel bao gồm một bộ xử lý RISC, bộ làm tính với các số lẻ và một bộ tạo tín hiệu đồ hoạ
Cấu trúc, nhiệm vụ của nguồn máy tính
2.2.1 Giới thiệu về nguồn máy tính
Bộ nguồn là thiết bị phần cứng thiết yếu, có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống Nó hoạt động như một bộ chuyển đổi, hạ thế và chuyển đổi điện xoay chiều (AC) từ lưới điện thành điện một chiều (DC) để nuôi dưỡng các linh kiện điện tử trong thiết bị.
2.1.2 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 tử (adaptor, sạc pin…)
- Chuyển từ DC sang DC (Convertor): chuyển đổi điện thế DC ra nhiều mức khác nhau
- Chuyển từ DC sang AC (Invertor): thường dùng trong các bộ lưu điện dự phòng (UPS,…)
Các thành phần một bộ nguồn thông thường hoàn chỉnh sẽ có bao gồm các thành phần:
Bộ biến áp có chức năng hạ áp điện lưới xuống mức phù hợp cho thiết bị, giữ nguyên dạng điện xoay chiều nhưng với điện áp thấp hơn Ngoài ra, nó còn đảm bảo cách ly thiết bị khỏi điện thế lưới, bảo vệ an toàn cho hệ thống.
- 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 giúp hạn chế hoặc loại bỏ các nhiễu và xung điện trên lưới điện, bảo vệ thiết bị khỏi những tác động tiêu cực.
- 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, …)
Tất cả các bộ nguồn máy tính hoạt động dựa trên nguyên tắc nguồn chuyển mạch tự động (switching power supply) Quá trình này bắt đầu khi điện xoay chiều từ lưới điện được bộ chỉnh lưu chuyển đổi thành dòng điện một chiều Dòng điện này sau đó được các bộ lọc gợn sóng, thường là tụ điện có dung lượng lớn, làm cho bằng phẳng để cung cấp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung.
Dòng điện nạp cho biến áp xung được điều khiển bởi công tắc bán dẫn, hoạt động dưới sự kiểm soát của khối dò sai/hiệu chỉnh thông qua nguyên tắc điều biến độ rộng xung (PWM) Tần số xung điều khiển rất cao, từ 30 đến 150 kHz, và được giữ ổn định, trong khi độ rộng xung thay đổi theo sự hiệu chỉnh từ bộ dò sai Từ trường cảm ứng lên các cuộn dây thứ cấp tạo ra dòng điện xoay chiều, sau đó được nắn lại và lọc để cung cấp dòng điện một chiều cho thiết bị sử dụng Để phát hiện sai lệch điện áp hoặc dòng điện, một đường hồi tiếp dò sai đưa tín hiệu về bộ dò sai/hiệu chỉnh, nơi các tín hiệu này được so sánh với điện áp chuẩn để điều chỉnh độ rộng xung hoặc ngắt xung trong chế độ bảo vệ Bộ nguồn switching có ưu điểm là gọn nhẹ, hiệu suất cao và giá thành thấp nhờ hoạt động ở tần số cao, cho phép sử dụng các linh kiện nhỏ gọn hơn.
2.1.4 Các đường điện thế chuẩn trong bộ nguồn máy tính
Nguồn 12V chủ yếu được sử dụng cho cổng song song (serial port-COM) và các chip khuếch đại âm thanh yêu cầu nguồn đối xứng +/-12V, với dòng điện thấp dưới 1A.
Hiện nay, các thiết bị mới không còn sử dụng nguồn điện 5V, vốn trước đây được dùng để cung cấp điện cho card mở rộng cắm vào khe ISA Nguồn điện này có dòng thấp, dưới 1A.
0V, hay còn gọi là đường dùng chung hoặc đường đất, là đường có hiệu điện thế bằng 0V Đây là mức nền cho các đường điện khác, giúp cung cấp dòng điện đầy đủ cho thiết bị.
+3.3V là nguồn cung cấp chính cho các chip, bộ nhớ, và một số thành phần trên bo mạch chủ, card đồ họa, cũng như các card sử dụng khe cắm PCI.
+5V là nguồn điện phổ biến nhất trong máy tính, chủ yếu cung cấp năng lượng cho bo mạch chủ, các CPU đời cũ, chip và thiết bị ngoại vi khác Tuy nhiên, hiện nay các CPU đã chuyển sang sử dụng nguồn điện 12V.
Điện áp +12V chủ yếu được sử dụng cho các động cơ trong thiết bị lưu trữ, ổ quang, quạt, và hệ thống giải nhiệt Hầu hết các thiết bị hiện đại ngày nay, bao gồm CPU PIV, Althon 64, dual core AMD, Pentium D, cùng với VGA ATI, NVIDIA SLI và ATI Crossfire, đều sử dụng nguồn điện 12V.
+5VSB (5V Standby) là nguồn điện được cung cấp bởi bộ nguồn, có chức năng hỗ trợ khởi động máy tính Nguồn điện này sẽ hoạt động ngay khi kết nối bộ nguồn với nguồn điện AC Thông thường, dòng cung cấp của đường điện này nhỏ hơn 3A.
2.1.5 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)
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
Bộ nguồn PSU hiện nay thường có 2 rail 12V, và nếu vượt quá giới hạn cho phép, độ nhiễu sẽ tăng lên PSU cần trang bị đầu cấp nguồn SATA, nguồn PCie cho VGA, và 12V+ cho main board, bên cạnh các đầu cấp nguồn HDD và đĩa mềm thông thường Hiệu suất của PSU theo chuẩn ATX 2.x thường đạt trên 70%, với một số PSU cao cấp có thể lên tới 80% Chuẩn ATX 2.x đang dần thay thế chuẩn ATX 1.3, và bộ nguồn ATX 2.x với 2 rails 12V là phổ biến nhất, được thiết kế phù hợp để phục vụ nhu cầu sử dụng.
- 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
2.1.6 Một số vấn đề liên quan đến bộ nguồn
Công suất tối đa, hay còn gọi là công suất đỉnh, là mức công suất cao nhất mà bộ nguồn có thể cung cấp trong một khoảng thời gian nhất định Cần lưu ý rằng công suất được ghi trên vỏ sản phẩm thường chỉ mang tính chất quảng cáo và được gọi là công suất danh định.
+ 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
Bảo vệ quá áp là một chức năng quan trọng của bộ nguồn, giúp ngăn chặn thiệt hại cho các thiết bị khác khi điện thế tại các đường cấp điện tăng cao do sự cố trong mạch nắn điện và ổn áp Khi xảy ra tình huống này, bộ nguồn sẽ tự động ngừng hoạt động để bảo vệ hệ thống Ngưỡng điện thế cắt của bộ nguồn phụ thuộc vào nhà sản xuất, do đó mỗi loại bộ nguồn sẽ có mức cắt khác nhau.
Cấu trúc, nhiệm vụ của main máy tính
2.3.1 Giới thiệu về main máy tính
Mainboard, hay còn gọi là bo mạch chủ, là thành phần quan trọng nhất trong máy tính, đóng vai trò là trung tâm kết nối và điều phối mọi hoạt động của các thiết bị Nó là một bản mạch in lớn nằm trong thùng máy, chứa các linh kiện điện tử thiết yếu như bộ xử lý, bộ nhớ, chipset, các bus mở rộng, bộ điều khiển hệ thống và bộ biến đổi tín hiệu.
Một số nhà sản xuất mainboard tiêu biểu: Intel, Gigabyte, Asus,
2.3.2 Các thành phần cơ bản trên Mainboard
1.3.2.1 Các mạch điện cơ bản trên Main board a Mạch điều khiển nguồn cho CPU máy Pentium 3
Mạch điều khiển nguồn trên Mainboard là một hệ thống điện logic phức tạp, bao gồm một IC tạo xung dao động để điều khiển các đèn Mosfet cung cấp nguồn cho CPU Do yêu cầu của Mainboard phải tương thích với nhiều loại điện áp khác nhau, điện áp cung cấp cho CPU không cố định mà thay đổi linh hoạt để phù hợp với từng loại CPU được lắp đặt.
- Ví dụ : Khi gắn CPU có nguồn nuôi là 1,5V vào thì mạch tự động đưa ra 1,5Vcấp cho IC Khi gắn CPU có nguồn nuôi là
Mạch ổn áp nguồn trên các loại Mainboard hiện nay tự động cung cấp điện áp 1,75V cho CPU, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định Sơ đồ mạch cho thấy IC điều khiển nguồn quản lý bốn điện áp khác nhau, cấp cho CPU, card AGP, chipset bắc, chipset nam và bộ nhớ Cache.
- VOUT1 là điện áp cấp cho CPU , điện áp này có thể thay đổi từ 1,3V đến 3,5V
- VOUT2 là điện áp cấp cho Card AGP, điện áp này có hai nmức là 1,5 hoặc 3,3V
- VOUT4 ra 1,8V cấp nguồn cho Chipset bắc, Chipset nam và bộ nhớ Cache
Hình 2.32 Mạch điều khiển nguồn cho CPU b Mạch điều khiển nguồn cho CPU máy Pentium 4
Mạch ổn áp nguồn cấp cho CPU ở trên bao gồm :
IC dao động => tạo xung điều khiển các cặp Mosfet mở nguồn cấp cho CPU
ISL6565A là một IC dao động có khả năng tạo ra ba đường xung Các tín hiệu dao động này được truyền qua IC ISL6605 để phân tách thành hai tín hiệu, từ đó tạo ra điện áp hồi tiếp Điện áp hồi tiếp này được đưa về IC dao động, giúp IC kiểm soát hiệu quả điện áp đầu ra.
Dao động được gửi đến các cặp đèn Mosfet để cung cấp nguồn cho CPU Các cuộn dây L1, L2 và L3 cùng với tụ lọc giúp tạo ra điện áp ổn định và mịn màng.
IC tạo xung nhịp trên Mainboard là một thành phần cực kỳ quan trọng, vì nếu IC này không hoạt động, toàn bộ Mainboard sẽ ngừng hoạt động Nó quyết định tốc độ Bus của CPU, RAM và các khe mở rộng như AGP và PCI.
Hình 2 35 Dao động tạo xung nhịp IC
IC tạo xung nhịp cho main có đặc điểm nhận biết là luôn đi kèm với một thạch anh, giúp tạo dao động với tần số từ 10MHz đến 30MHz.
Hình 2.37 Các chân của IC
Hình 2.38 Các mạch Logic trong IC
- CPU_F : Chân tạo xung Clock cho CPU
- PCI 2, PCI3 : Các chân tao xung Clock cho khe PCI
- 48MHz : chân điều khiển tần số cho các cổng USB
- 24MHz : Chân điều khiển tốc độ Bus cho IC giao tiếp với các cổng vào ra
- SDRAM_F : Chân điều khiển Bus cho bộ nhớ RAM
- SCLK : Trao đổi xung Clock với CPU
- SDATA : Trao đổi dữ liệu với CPU
- X1 và X2 : là hai chân thạch anh
Bảng cho biết tốc độ Bus của CPU và Bus PCI khi thiết lập các chân FS0 đến FS3 d IC giao tiếp với cổng COM
Hình 2.39 Hình dáng và các chân IC giao tiếp cổng COM
Hình 2.40 Bên trong IC là các mạch Triger và các cổng Logic
Hình 2.41 Sơ đồ giao tiếp giữa IC và cổng COM e Thiết lập tốc độ cho CPU trên Mainboard Pentium 2 và Pentium 3
Trong các máy Pentium 2 và Pentium 3 đời đầu, việc thiết lập tốc độ cho CPU là cần thiết thông qua các Jumper Nếu không thực hiện thiết lập này, máy có thể không khởi động hoặc hoạt động với tốc độ không chính xác, dẫn đến nguy cơ hỏng Mainboard.
2.3.2.2 Đế cắm bộ vi xử lý
Công dụng: Giúp bộ vi xử lý gắn kết với mainboard
Slot và Socket là hai loại đế cắm để kết nối CPU với mainboard
Socket là một loại đế cắm PGA (Pin Grid Array) có hình vuông, với các chân cắm được sắp xếp thành hàng và cột Hiện nay, socket thường được gọi là Socket ZIF (Zero Insertion Force).
Socket Force là loại socket có đòn bẩy nhỏ bên một phía, cho phép dễ dàng nhấc CPU ra khi kéo lẫy lên 90 độ Khi ấn đòn bẩy xuống, CPU sẽ tự động vào đúng vị trí chân cắm và được giữ chặt mà không cần lực tác động Số đánh sau Socket dùng để chỉ kiểu socket cụ thể, ví dụ như Socket.
775 là đế cắm có 775 chân
Hình 2.42 Một số socket của chip Intel
Slot là loại khe cắm hai hàng chân Bộ vi xử lý sẽ được gắn đứng và được gắn chặt bằng các kẹp
Một số loại đế cắm của bộ vi xử lý:
2.3.2.3 Khe cắm bộ nhớ (Slot RAM)
Công dụng: Dùng để cắm RAM vào mainboard
Nhận dạng: Khe cắm RAM luôn có cần gạt ở 2 đầu
Lưu ý: Tùy vào loại RAM (SDRAM, DDRAM, RDRAM) mà giao diện khe cắm khác nhau
Hình 2.43 Khe cắm bộ nhớ RAM
Cổng giao tiếp được phân loại thành hai dạng dựa trên hình dáng: cổng đực với chân cắm và cổng cái có các lỗ tròn nhỏ để tiếp nhận chân cắm.
- Cổng song song (LPT1, LPT2): thường sử dụng cho máy in, máy quét
- Cổng nối tiếp (COM1, COM2): thường sử dụng cho chuột và Modem
- Cổng PS/2: Dùng cho chuột và bàn phím
Cổng USB là một giao tiếp tín hiệu nối tiếp thế hệ mới, mang lại nhiều ưu điểm so với các loại giao tiếp truyền thống như dễ cài đặt, khả năng Plug and Play và kết nối đồng thời nhiều thiết bị Hiện nay, chuẩn USB 2.0 đang được sử dụng phổ biến cho hầu hết các máy Laptop và Desktop với tốc độ truyền dữ liệu tối đa 480Mb/s Đồng thời, công nghệ USB 3.0 cũng đang được phát triển, hứa hẹn nhiều cải tiến vượt trội, phù hợp cho các thiết bị hiện đại như chuột, bàn phím và máy in.
- Cổng Audio: sử dụng cho loa hay headphone, external CD player (line-in), Microphone
Cổng HDMI 1.4 (High Definition Multimedia Interface) cho phép truyền tải âm thanh và hình ảnh chất lượng cao không nén với băng thông lên tới 10,2 Gb/s Đầu nối HDMI có thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng hơn so với đầu nối DVI, và có khả năng truyền cả tín hiệu hình ảnh lẫn âm thanh, rất lý tưởng cho hệ thống giải trí gia đình Tuy nhiên, cần lưu ý rằng HDMI sử dụng công nghệ chống sao chép HDCP, giúp các nhà cung cấp nội dung số kiểm soát việc sao chép HDTV và các nội dung độ nét cao khác.
- Cổng DVI: Hầu hết các màn hình và card đồ họa mới đều hỗ trợ đầu nối
Digital Video Interface (DVI) thay cho đầu nối VGA được dùng ở màn hình CRT thông thường Loại cổng DVI chỉ chuyển tín hiệu hình ảnh, không kèm âm thanh
Cổng S/PDIF cho phép truyền tín hiệu âm thanh số trực tiếp từ bo mạch chủ đến loa mà không cần card âm thanh hay thiết bị ngoại vi Trong máy tính, card âm thanh chuyển đổi tín hiệu số thành tương tự để phát ra loa, trong khi loa số sử dụng đầu nối USB để thực hiện việc chuyển đổi ngay bên trong Việc giữ âm thanh ở dạng tín hiệu số càng lâu càng giúp cải thiện chất lượng âm thanh, lý do nhiều máy tính cao cấp và trung bình hiện nay được trang bị cổng S/PDIF.
Nhận diện: Tìm một đầu nối hình vuông nhỏ – gọi là đầu nối TOSlink – ở mặt sau máy hoặc trên card âm thanh
2.3.2.5 Những khe cắm mở rộng
AGP (Accelerated Graphics Port) là một loại bus đồ họa được Intel phát triển để cải thiện hiệu suất cho các tác vụ đồ họa Thiết kế của AGP cho phép card đồ họa kết nối trực tiếp với RAM hệ thống, giúp card đồ họa truy cập dữ liệu nhanh chóng mà không cần bộ nhớ riêng AGP hoạt động độc lập với bus PCI về mặt vật lý Phân loại AGP dựa trên băng thông bao gồm nhiều loại khác nhau.
AGP 1X Độ rộng bus: 32 bit; Tần số làm việc: 66 Mhz; Số dữ liệu chuyển một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 MBps
AGP 2X Độ rộng bus: 32 bit; Tần số làm việc: 66 Mhz; Số dữ liệu chuyển một xung nhịp: 2; Băng thông: 533 MBps
AGP 4X Độ rộng bus: 32 bit; Tần số làm việc: 66 Mhz; Số dữ liệu chuyển một xung nhịp: 4; Băng thông: 1066 MBps
Cấu trúc, nhiệm vụ của bộ vi xử lý máy tính
- CPU (Center Processor Unit) - Đơn vị xử lý trung tâm:
Bộ vi xử lý là linh kiện quan trọng nhất trong máy tính, tương tự như bộ não của con người, nơi diễn ra toàn bộ quá trình xử lý, tính toán và điều khiển.
Chương trình được thực thi thông qua một chuỗi chỉ thị lưu trữ trong bộ nhớ Quá trình này bao gồm hai bước chính: CPU đọc chỉ thị từ bộ nhớ và thực hiện chỉ thị đó Việc thực thi chương trình diễn ra liên tục với sự lặp lại của quá trình lấy và thực thi chỉ thị.
Hiện nay, các CPU được trang bị hàng trăm triệu transistor trong một diện tích nhỏ khoảng 2 đến 3 cm² Ví dụ, CPU Core 2 Duo mã Conroe có 291 triệu transistor trên diện tích 143 mm², trong khi CPU 45nm mã Wolfdale thuộc họ Penryn có kích thước 107 mm² với 410 triệu transistor.
- CPU là linh kiện quyết định đến tốc độ của máy tính, tốc độ xử lý của CPU được tính bằng MHz hoặc GHz
Intel là hãng sản xuất CPU lớn nhất thế giới, nắm giữ tới 90% thị phần CPU cho máy tính PC Ngoài Intel, còn có một số đối thủ cạnh tranh như AMD, Cyrix, Nexgen và Motorola.
2.4.2 Các yếu tố tác động đến hiệu suất của CPU
2.4.2.1 Độ rộng Bus dữ liệu và Bus địa chỉ (Data Bus và Add Bus)
- Độ rộng Bus dữ liệu là nói tới số lượng đường truyền dữ liệu bên trong và bên ngoài CPU
CPU có độ rộng Data Bus 12 bit, như minh họa trong hình dưới đây Hiện nay, các CPU từ Pentium 2 đến Pentium 4 đều sở hữu độ rộng Data Bus là 64 bit.
Hình 2.64 Minh họa bên trong CPU có 12 đường truyền dữ liệu gọi là Data Bus có 12 bit
Độ rộng Bus địa chỉ (Add Bus) là số đường dây truyền thông tin về địa chỉ, bao gồm địa chỉ bộ nhớ RAM, cổng vào ra và thiết bị ngoại vi Để CPU có thể gửi hoặc nhận dữ liệu từ các thiết bị này, nó cần biết địa chỉ của chúng, và địa chỉ này được truyền qua Bus địa chỉ Ví dụ, với 8 đường địa chỉ, CPU có thể quản lý 256 địa chỉ Hiện nay, các CPU Pentium 4 có độ rộng địa chỉ 64 bit, cho phép quản lý 2^64 địa chỉ nhớ.
2.4.2.2Tốc độ xử lý và tốc độ Bus (tốc độ dữ liệu ra vào chân) còn gọi là FSB
Tốc độ xử lý của CPU (Speed):
Tốc độ chạy bên trong của CPU, được đo bằng MHz hoặc GHz, là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của máy tính Ví dụ, CPU Pentium 3 có tốc độ 800MHz, tương đương với tần số 800.000.000 Hz, trong khi CPU Pentium 4 có tốc độ 2,4GHz, tương đương với tần số 2.400.000.000 Hz.
Tốc độ Bus của CPU (FSB):
Tốc độ dữ liệu ra vào các chân của CPU, hay còn gọi là Bus phía trước (Front Side Bus - FSB), thường thấp hơn nhiều so với tốc độ xử lý của CPU Ví dụ, đối với các CPU Dual Core, FSB có thể dao động từ 800MHz (E1xxx, E2xxx, E5xxx) đến 1066MHz (E6300), trong khi Core 2 Duo có FSB từ 1066MHz đến 1333MHz, và Core 2 Quad từ 1066MHz đến 1600MHz Lưu ý rằng từ dòng Core i7 trở đi, Intel không còn sử dụng thuật ngữ FSB mà chuyển sang gọi là QPI.
Hình2.65 Minh họa về tốc độ xử lý (Speed CPU) và tốc độ Bus FSB của CPU
2.4.2.3 Dung lượng bộ nhớ đệm Cache
Bộ nhớ Cache là một phần quan trọng bên trong CPU, cho phép truy cập dữ liệu nhanh chóng, giúp CPU xử lý thông tin mà không phải chờ dữ liệu từ RAM Việc này giảm thiểu thời gian chờ do dữ liệu từ RAM phải đi qua Bus của hệ thống Độ rộng của Bus dữ liệu và Bus địa chỉ (Data Bus và Address Bus) cũng đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất xử lý của hệ thống.
Trước khi dữ liệu được xử lý, nó sẽ được nạp lên bộ nhớ Cache thông qua các lệnh gợi ý từ ngôn ngữ lập trình Điều này giúp CPU không phải chờ đợi, tối ưu hóa thời gian xử lý.
Khi CPU hoàn tất xử lý trong khi đường truyền vẫn bận, nó sẽ lưu tạm kết quả vào bộ nhớ Cache, giúp tiết kiệm thời gian chờ đợi cho đến khi đường truyền được giải phóng.
Bộ nhớ Cache là giải pháp tối ưu giúp CPU hoạt động liên tục mà không bị gián đoạn do chờ dữ liệu, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý Tuy nhiên, vì bộ nhớ Cache được làm từ RAM tĩnh nên chi phí sản xuất khá cao Hiện tại, bộ nhớ Cache trên các dòng CPU Intel thường có dung lượng từ 2MB trở lên.
2.4.3 Sơ đồ cấu tạo của CPU
CPU có 3 khối chính đó là:
- ALU (Arithmetic Logic Unit): Đơn vị số học logic: Khối này thực hiện các phép tính số học và logic cơ bản trên cơ sở các dữ liệu
- Control Unit: Khối này chuyên tạo ra các lệnh điều khiển như điều khiển ghi hay đọc v v
- Registers (Các thanh ghi): Nơi chứa các lệnh trước và sau khi xử lý
Hình 2.67 Sơ đồ cấu tạo bên trong của CPU
2.4.4 Nguyên lý hoạt động của CPU
CPU hoạt động dựa hoàn toàn vào các mã lệnh, mà những mã lệnh này là tín hiệu số dạng 0 và 1 được dịch từ các câu lệnh lập trình Do đó, nếu không có các câu lệnh hướng dẫn, CPU sẽ không thực hiện bất kỳ tác vụ nào.
Khi một chương trình được chạy, các chỉ lệnh của nó sẽ được nạp vào bộ nhớ RAM Những chỉ lệnh này đã được dịch sang ngôn ngữ máy và lưu trữ trong bộ nhớ RAM dưới dạng nhị phân, tức là các giá trị 0 và 1.
CPU thực hiện các chỉ lệnh theo thứ tự, trong khi đó, các bộ giải mã chuyển đổi các chỉ lệnh này thành tín hiệu điều khiển cần thiết để thực hiện.
- Công nghệ CPU đơn lõi: từ Pentium đến Pentium 4
- Công nghệ siêu phân luồng: Pentium D
- Công nghệ đa lõi: Duo Core, Core 2 Dual, Core Quad
* So sánh giữa các công nghệ
Cấu trúc, nhiệm vụ của Ram máy tính
- Ram là thành phần quan trọng thứ hai trong hệ thống máy tính, có chức năng lưu trữ dữ liệu tạm thời để CPU xử lí
Hình 2.79 Bộ nhớ RAM KingMax DDR3 6GB
2.5.2 Phân loại các loại RAM
STT Tên Lịch sử và cấu trúc Chức năng
Synchronous Dynamic RAM là loại chip RAM chỉ chuyển được 1 bit dữ liệu trong 1 xung nhịp.Được sử dụng rộng rãi từ những năm 1990
(dùng cho các máy Pen
II, Pen III, Pen IV đời đầu) hiện nay cũng đã bị
"RAM" là loại bộ nhớ khả biến cho phép truy xuất đọc-ghi ngẫu nhiên đến bất kỳ vị trí nào dựa theo địa chỉ ô nhớ Thông tin lưu trữ trên RAM chỉ tạm thời và sẽ mất khi nguồn điện bị ngắt RAM đóng vai trò là bộ nhớ chính trong máy tính và các hệ thống điều khiển.
Synchronous Dynamic RAM bắt đầu được sản xuất từ đầu những năm
DDR2000 được phát triển để khắc phục những hạn chế của SDR, cung cấp tốc độ truyền tải gấp đôi nhờ vào việc thực hiện hai lần truyền tải trong mỗi chu kỳ bộ nhớ DDR đã trở thành nền tảng cho các loại RAM tiếp theo.
Chuẩn DDR là loại bộ nhớ RAM phổ biến, cho phép truy xuất dữ liệu ngẫu nhiên theo địa chỉ ô nhớ Thông tin trên RAM chỉ được lưu trữ tạm thời và sẽ biến mất khi mất nguồn điện Từ năm 2000 đến 2004, RAM đã trở thành bộ nhớ chính trong laptop, với khả năng truyền dữ liệu ở cả hai mặt của xung nhịp Cụ thể, một xung nhịp DDR-SDRAM có thể truyền 2 bit dữ liệu, được gọi là Double Pump.
DDR2 là thế hệ bộ nhớ RAM tiếp theo với tốc độ từ 400MHz trở lên và có 240 pin So với DDR, DDR2 đã nâng cấp đường dữ liệu bên trong lên 4-bit, trong khi DDR3 tiếp tục cải thiện lên 8-bit, cho phép DDR3 hoạt động với tốc độ xung nhịp cao hơn RAM, với khả năng truy xuất đọc-ghi ngẫu nhiên, lưu trữ thông tin tạm thời và sẽ mất khi nguồn điện ngắt Đây là bộ nhớ chính trong máy tính và các hệ thống điều khiển.
4 DDR3 Dù được nghiên cứu từ năm 2007, nhưng mãi tới năm 2010, DDR3 mới bắt đầu được xuất hiện rộng rải trên laptop
Chuẩn DDR3 đã cải thiện đáng kể tốc độ và dung lượng bộ nhớ, cho phép truy xuất đọc-ghi ngẫu nhiên đến bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ Đồng thời, DDR3 cũng tiết kiệm điện năng hơn 30% so với chuẩn DDR2, mang lại hiệu suất tốt hơn cho các thiết bị điện tử.
RAM hiện nay là chuẩn bộ nhớ được sử dụng phổ biến nhất, dựa trên địa chỉ ô nhớ Thông tin lưu trữ trên RAM chỉ mang tính tạm thời và sẽ bị mất khi nguồn điện bị ngắt RAM đóng vai trò là bộ nhớ chính trong máy tính và các hệ thống điều khiển.
DDR3L là kết quả hợp tác giữa Intel và Kingston trong việc phát triển bộ nhớ tiết kiệm năng lượng Loại RAM này tương tự như DDR3 nhưng tiêu thụ ít điện hơn, với điện áp hoạt động chỉ 1,35V thay vì 1,5V như các loại RAM thông thường DDR3L thường được sử dụng cho các thiết bị cao cấp, đặc biệt là laptop, nhằm nâng cao thời gian sử dụng Đây là bộ nhớ khả biến cho phép truy xuất ngẫu nhiên đến bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ dựa trên địa chỉ ô nhớ Dữ liệu lưu trữ trên RAM chỉ tạm thời và sẽ bị mất khi nguồn điện ngừng cung cấp RAM đóng vai trò là bộ nhớ chính trong máy tính và các hệ thống điều khiển.
DDR4 xuất hiện vào cuối năm 2015, mang đến tốc độ xử lý vượt trội và hiệu suất tiêu thụ điện năng tốt hơn nhiều so với DDR3 Loại bộ nhớ này có mật độ chip cao, cho phép truy xuất đọc-ghi ngẫu nhiên đến bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ lớn, với dung lượng tối đa lên tới 512GB cho một thanh RAM chuẩn DDR4 Bên cạnh đó, DDR4 hỗ trợ xung nhịp Bus lên đến 1600 và 1866 MHz.
RAM là bộ nhớ chính của máy tính và các hệ thống điều khiển, với các tốc độ phổ biến như 2133, 2400, 2666, 3200MHz, và thậm chí lên đến 4266MHz Thông tin lưu trữ trên RAM chỉ mang tính tạm thời và sẽ bị mất khi nguồn điện bị ngắt.
RAMBUS, hay còn gọi là RDRAM (Rambus Dynamic Ram), là loại RAM tốc độ cao với tần số từ 400 – 800MHz và bề rộng bus chỉ 16 bit Nó có thiết kế khe cắm đặc biệt với hai khe cắt gần nhau, thường được sử dụng cho bộ vi xử lý Pentium IV Socket 478 Tuy nhiên, loại RAM này hiện nay đã không còn được sử dụng và bán ra trên thị trường do giá thành quá cao, được mệnh danh là "RAM quý tộc" Đặc biệt, RDRAM yêu cầu phải sử dụng đồng thời hai thanh RAM, vì nếu một thanh hỏng thì cả cặp đều không còn giá trị sử dụng Hơn nữa, nó chỉ hỗ trợ một số dòng mainboard nhất định RDRAM là bộ nhớ khả biến cho phép truy xuất ngẫu nhiên đến bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ, nhưng thông tin lưu trữ trên RAM chỉ là tạm thời và sẽ mất đi khi nguồn điện bị cắt RAM đóng vai trò là bộ nhớ chính trong máy tính và các hệ thống điều khiển.
8 ECC Error Correction Code là
Mã sửa lỗi (ECC) tuân theo một quy luật nhất định, cho phép phát hiện và sửa lỗi trong từng xung nhịp Có nhiều loại mã như Hamming, Reed-Solomon, Reed-Muller, Binary Golay, mã tích chập và mã Turbo Những mã này thường được sử dụng trong DIMM và các thiết bị lưu trữ cao cấp Một ECC đơn giản có khả năng sửa 1 bit lỗi và phát hiện 2 bit lỗi, trong khi một số loại ECC khác có thể sửa và phát hiện nhiều bit lỗi đồng thời ECC DIMM thường có giá cao và chỉ được áp dụng trong các hệ thống máy chủ yêu cầu độ chính xác cao cho dữ liệu lưu trữ.
ECC cần được phân biệt với RAM Registered và Buffered, vì đây là các loại bộ nhớ khả biến cho phép truy xuất đọc-ghi ngẫu nhiên đến bất kỳ vị trí nào dựa trên địa chỉ ô nhớ Thông tin lưu trữ trên RAM chỉ mang tính tạm thời và sẽ bị mất khi nguồn điện bị ngắt RAM đóng vai trò là bộ nhớ chính trong máy tính và các hệ thống điều khiển.
2.5.3 Một số thông số kỹ thuật trên RAM
Dung lượng bộ nhớ RAM, được đo bằng GB (Giga Byte), ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lưu trữ dữ liệu và chạy nhiều chương trình đồng thời Hiện nay, máy tính nên sử dụng RAM DDR2 hoặc DDR3 với dung lượng từ 2GB trở lên Đối với hệ điều hành Windows 32 bit, giới hạn nhận tối đa là 3GB; để sử dụng đầy đủ từ 4GB trở lên, người dùng cần cài đặt hệ điều hành 64 bit.
Tốc độ truy cập vào bộ nhớ RAM là yếu tố quan trọng, với RAM DDR2 hiện nay thường có tốc độ từ 800 MHz trở lên, trong khi RAM DDR3 có tốc độ bus từ 1066 MHz trở lên.
Bus là đơn vị đo lường hiệu năng, phản ánh lượng thông tin được truyền tải qua bus trong một khoảng thời gian nhất định, thường là một giây.
Cách tính băng thông của RAM :
- Ở chế độ Single Channel: Sẽ chỉ có 1 BANK được truy xuất trong cùng 1 thời điểm Data Bus Width sẽ là 64 bit Như vậy :
BandWidth = Bus Speed * Bus Width/8 = Bus Speed * 64/8 = Bus Speed *8
(Sở dĩ chia 8 là do Bus width tính theo đơn vị Bit còn BandWidth lại tính theo đơn vị là MB/s 1byte = 8 bit)
VD: Với 1 thanh DDR-SDRAM 800 MHZ thì BandWidth = 800 * 64/8 6400MB/s vì thế mà người ta còn kí hiệu PC6400
Cấu trúc, nhiệm vụ của ổ đĩa máy tính
2.6.1 Đĩa mềm và ổ đĩa mềm
2.6.1.1 Giới thiệu Ổ đĩa mềm (Floppy Disk Drive, hay FDD) là một thiết bị sử dụng để đọc và ghi dữ liệu từ các đĩa mềm Mỗi loại ổ đĩa mềm chỉ được sử dụng đối với một loại đĩa mềm riêng biệt mà không sử dụng đối với các loại đĩa có kích thước khác nhau
Phân loại theo các loại đĩa mềm:
- Ổ đĩa mềm dùng cho các loại đĩa mềm 8”
- Ổ đĩa mềm dùng cho các loại đĩa mềm 5,25”
- Ổ đĩa mềm dùng cho các loại đĩa mềm 3,5”
Phân loại theo vị trí lắp đặt:
+ Ổ đĩa gắn trong máy tính: Nói chung đến các loại ổ đĩa mềm gắn cố định bên trong máy tính
- Gắn trong máy tính cá nhân để bàn: Loại ổ đĩa (như minh hoạ) gắn vào khay 3,5” trong các máy tính để bàn thông dụng
Ổ đĩa mềm gắn trong máy tính xách tay được thiết kế riêng biệt cho từng loại máy, không được sản xuất hàng loạt để lắp ráp chung Mặc dù nguyên lý hoạt động tương tự như ổ đĩa mềm cho máy tính cá nhân để bàn, nhưng chúng có kích thước nhỏ gọn hơn Các ổ đĩa này thường do các hãng sản xuất máy tính xách tay tự chế tạo hoặc đặt hàng riêng cho từng dòng sản phẩm.
Ổ đĩa mềm gắn ngoài máy tính thông qua cổng USB là giải pháp lý tưởng cho những chiếc laptop không được trang bị ổ đĩa mềm Loại ổ đĩa này có thể sử dụng cho cả máy tính xách tay và máy tính để bàn, mang lại tính linh hoạt và tiện lợi cho người dùng.
2.6.1.3 Cấu tạo và hoạt động
Đĩa mềm lưu trữ dữ liệu dựa trên nguyên lý từ tính trên bề mặt, hoạt động thông qua quá trình đọc và ghi Mặc dù cấu tạo của ổ đĩa mềm có một số điểm tương đồng với ổ đĩa cứng, nhưng các chi tiết bên trong của nó yêu cầu thấp hơn Tất cả các thao tác với đĩa mềm đều diễn ra qua một khe hẹp của loại đĩa này.
- Đầu đọc/ghi: Ổ đĩa mềm cho 02 đầu đọc dành cho hai mặt đĩa
- Động cơ: Động cơ lền trục (spindle motor) của ổ đĩa mềm làm việc với tốc độ
Tốc độ 300 rpm hoặc 360 rpm là khá chậm so với các loại ổ đĩa khác, điều này lý giải tại sao tốc độ truy cập của đĩa mềm lại chậm hơn nhiều Việc sử dụng tốc độ chậm cũng giúp giảm ma sát khi đầu đọc tiếp xúc với bề mặt đĩa.
Ổ cứng là thiết bị lưu trữ quan trọng với dung lượng lớn, dùng để lưu trữ toàn bộ dữ liệu của máy tính, bao gồm hệ điều hành, chương trình ứng dụng và các file văn bản Hiện nay, ổ cứng có dung lượng từ 160GB đến 1TB, đáp ứng nhu cầu lưu trữ ngày càng cao của người dùng.
Một số hãng sản xuất đĩa cứng nổi tiếng hiện nay: Seagate, Western Digital, Samsung, …
Trong ổ đĩa, nhiều đĩa từ được chế tạo từ nhôm hoặc hợp chất gốm thuỷ tinh, mỗi đĩa được phủ một lớp từ và lớp bảo vệ ở cả hai mặt Các đĩa này được xếp chồng lên nhau và gắn với một trục mô tơ quay, đảm bảo tất cả đều quay với tốc độ đồng nhất trong suốt quá trình sử dụng máy.
Mỗi đĩa trong ổ cứng được trang bị một đầu đọc và ghi, do đó, nếu ổ cứng có 2 đĩa, sẽ có tổng cộng 4 đầu đọc và ghi.
Mô tơ hoặc cuộn dây điều khiển các đầu từ đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển các đầu từ trên bề mặt đĩa, cho phép thực hiện quá trình ghi và đọc dữ liệu một cách hiệu quả.
Mạch điều khiển là bộ phận điện tử quan trọng nằm sau ổ cứng, có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ quay của đĩa, điều khiển việc di chuyển các đầu từ và thực hiện mã hóa cũng như giải mã tín hiệu ghi và đọc.
2.6.2.3 Cấu trúc bề mặt đĩa Ổ đĩa cứng gồm nhiều đĩa quay với vận tốc 5400 đến 15000 vòng/phút, trên các bề mặt đĩa là các đầu từ di chuyển để đọc và ghi dữ liệu
Dữ liệu trên đĩa cứng được tổ chức theo các đường tròn đồng tâm gọi là Track, mỗi Track được chia thành nhiều cung gọi là Sector, với mỗi Sector chứa 512 Byte dữ liệu Quá trình tạo ra Track và Sector được thực hiện thông qua một chương trình đặc biệt, nhằm định dạng vật lý hay định dạng cấp thấp cho đĩa cứng.
Hình 2.86 Bề mặt của đĩa cứng tín hiệu ghi trôn ốc đường tròn đồng tâm gọi là track, mỗi track được chia làm nhiều sector
2.6.2.4 Nguyên tắc lưu trữ trên đĩa cứng
Trên bề mặt đĩa, một lớp mỏng chất từ tính được phủ lên, với các hạt từ tính ban đầu không có hướng Khi đầu từ lướt qua, từ trường của nó sẽ sắp xếp các hạt này thành hướng nhất định Đầu từ ghi - đọc gồm một lõi thép nhỏ hình chữ U và một cuộn dây quấn quanh lõi, cho phép dòng điện được đưa vào khi ghi hoặc lấy ra khi đọc Khe từ lướt trên bề mặt đĩa với khoảng cách rất gần, chỉ bằng 1/10 sợi tóc.
Hình 2.87 Đầu từ ghi đọc và lớp từ tính trên đĩa
Trong quá trình ghi dữ liệu, tín hiệu điện số 0 và 1 được chuyển đổi thành các nam châm nhỏ trên bề mặt đĩa Hướng của các nam châm này sẽ thay đổi tùy thuộc vào tín hiệu đầu vào, với 0 và 1 tương ứng.
Trong quá trình phát, đầu từ quét qua bề mặt đĩa dọc theo các đường Track đã ghi tín hiệu Tại điểm giao nhau của các nam châm, từ trường biến đổi cảm ứng lên cuộn dây, tạo ra một xung điện yếu Xung điện này sau đó được khuếch đại để chuyển đổi thành tín hiệu 0 và 1 ban đầu.
2.6.2.5 Khái niệm về định dạng đĩa
