Giới thiệu linh kiện và thiết bị máy tính

Chia sẻ: Nguyen Van Nhan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

0
156
lượt xem
74
download

Giới thiệu linh kiện và thiết bị máy tính

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy tính gọi là máy vi tính hay điện toán, là những thiết bị hay hệ thống dùng để tính toán hay kiểm soát các hoạt động mà có thể biểu diễn dưới dạng số hay quy luật lôgic. Máy tính được lắp ghép bởi các thành phần có thể thực hiện các chức năng đơn giản đã định nghĩa trước. Quá trình tác động tương hỗ phức tạp của các thành phần này tạo cho máy tính một khả năng xử lý thông tin. Nếu được thiết lập chính xác (thông thường bởi các chương trình máy tính) máy...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giới thiệu linh kiện và thiết bị máy tính

  1. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng Phaàn I : GIÔÙI THIEÄU LINH KIEÄN vaø THIEÁT BÒ MAÙY TÍNH 6. OÅ ÑÓA MEÀM 1. VOÛ MAÙY (CASE) 7. OÅ ÑÓA CD-ROM 2. BO MAÏCH CHÍNH 8. OÅ ÑÓA GAÉN NGOAØI 3. CPU 9. CAÙC LOAÏI CARD 4. RAM 10. THIEÁT BÒ NGOAÏI 5. OÅ ÑÓA CÖÙNG VI
  2. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng VOÛ THUØNG MAÙY (Case ) Là bộ phận để gắn các thiết bị vào bên trong máy tính, có nhiệm vụ bảo vệ các thiết bị này. Có 2 loại vỏ máy và bộ nguồn được gọi là kiểu nguồn AT và ATX. 1. LOẠI VỎ NGUỒN AT Trước đây phần lớn máy tính sử dụng loại AT. Đối với loại vỏ nguồn này dây nguồn được cắm trực tiếp vào Contact ở phía trước của vỏ máy. Thường vỏ thùng có diện tích nhỏ gọn. Tấm mắp đậy của vỏ thùng được thiết kế thành một khối chung. 2. LOẠI VỎ NGUỒN ATX Hiện nay máy tính sử dụng loại vỏ nguồn ATX. Đối với loại vỏ nguồn này dây nguồn được cắm vào bo mạch chính (Main Board), thường vỏ thùng có diện tích lớn hơn loại AT. Vỏ máy có cấu trúc 2 tấm ở hai bên.
  3. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng BO MAÏCH CHÍNH (Main Board) A8N VM CSM, Asus's Flagship MicroATX motherboard An old Octek Jaguar V mainboard with an AMD 386DX-40 processor Bo mạch chủ hay còn gọi là bo mẹ, bo hệ thống, logic board, trên dòng máy tính Apple, thỉnh thoảng gọi tắt là mobo. Bo mạch chủ là bo mạch chính, trung tâm nối kết các hệ thống điện phức tạp. Một chiếc máy tính thông thường được tạo nên từ bộ vi xử lý, bộ nhớ, và các thiết bị cơ bản khác thường nằm ngay trên bo mạch chủ. Các thiết bị khác của máy tính như bộ nhớ ngoài, các mạch điện điều khiển cho việc trình diễn âm thanh và hình ảnh (bo mạch âm thanh, bo mạch đồ họa), và các thiết bị ngoại vi thường được gắn vào bo mạch chủ thông qua các cáp số liệu và các cáp dẫn nguồn. Bo mạch chủ thường lớn bằng hoặc hơn khổ giấy A4, gắn chi chít những linh kiện điện tử và các đường dẫn. Luôn có CPU, bộ não của máy tính gắn trên đó và các thanh RAM, bộ nhớ động. Các chi tiết khác hay gặp là card màn hình, xuất hình ảnh ra màn hình, card âm thanh, xuất âm thanh ra loa, các cổng, giao tiếp với những thiết bị khác. Phân loại: Bo mạch chủ có rất nhiều chủng loại, phù hợp với những kích cỡ khác nhau. PC/XT: chuẩn bo mạch chủ được thiết kế bởi IBM – cho máy tính gia đình đầu tiên. Được thiết kế một số lượng lớn các bản sao theo chuẩn mở và do đó trở thành chuẩn cấp số. AT form factor (Công nghệ cấp cao): Một dạng chuẩn mở rộng đầu tiên, tiếp nối thành công của PC/XT. Được biết đến như là Full AT, dùng phổ biến trong dòng máy tính 386. Bây giờ chúng đã lỗi thời và được thay thế bởi ATX. Baby AT: sự nối tiếp bo mạch chủ AT của hãng IBM. Kế thừa những đặc tính của AT nhưng nhỏ gọn hơn. Được dùng không cần AGP port. ATX: Phát triển từ AT và được dùng phổ biến ngày nay. ETX: Dùng trong hệ thống nhúng và single board computer. Mini ATX: về cơ bản bản mạch như ATX nhưng dấu chân nhỏ hơn. Micro ATX: một phiên bản nhỏ của ATX, thường được dùng trong những thùng máy lớn như Antec Aria
  4. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng Flex ATX: một tập hợp ATX rất nhỏ, cho phép những bản thiết kế bo mạch chủ linh hoạt tuỳ theo vị trí và hình dáng hợp thành. LPX: về cơ bản được thiết kế bởi Western Digital, cho phép trong những thùng máy nhỏ hơn tuỳ thuộc vào bo mạch chủ bởi sự sắp xếp của card mở rộng trong khe cắm đứng. Thiết kế này cho phép card mở rộng nối song song đến bo mạch chủ. Nhà sản xuất OEM: Mini LPX: một tập hợp nhỏ hơn của LPX NLX : bo mạch chủ hiện trạng thấp, hợp nhất một khe cắm, thiết kế phù hợp với xu hướng thị trường BTX: chuẩn mới của Intel nối tiếp thành công của ATX Micro BTX và pico BTX: một tập hợp nhỏ hơn của BTX Mini TTX: Bo mạch chủ tích hợp cao của VIA, thiết kế cho người dùng bao gồm thin-clients và set-top boxes WTX: bo mạch lớn, được thiết kế cho những máy có thiết bị sử dụng năng lượng cao( trạm làm việc cao) Hầu hết các máy để bàn đều dùng một trong các loại ổ cứng này nhưng máy tính xách tay dùng ổ cứng tích hợp cao được sản xuất bởi những nhà sản xuất riêng nên máy tính xách tay tốn chi phí rất cao để sủa chữa và khó nâng cấp Thoâng thöôøng caùc bo maïch ñöôïc thieát keá theo caùc yeáu toá hình daïng AT vaø ATX. Ngaøy nay chuûng loaïi bo ATX ñang chieán lónh öu theá treân thò tröôøng. 1. LOẠI BO AT Thông thường các loại bo AT sử dụng các đầu nối nguồn 6 dây kép, các đầu nối Com1, Com2 và LPT là các dây nối cáp được cắm vào bo mạch chính, ngoại trừ đầu cắm với bàn phím. 2. LOẠI ATX
  5. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng Loại bo ATX được cấu tạo gọn gàng hơn. Dây cấp nguồn sử dụng các đầu nối 20 dây. Các đầu nối Com1, Com2, LPT và bàn phím được thiết kế dính liền trên bo mạch mà không sử dụng các dây cáp để kết nối. Có thêm các cổng kết nối USB, không sử dụng các đầu nối của bàn phím truyền thống mà dùng loại ổ cắm PS/2
  6. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng CPU (Central Processing Unit) Là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống máy tính, có nhiệm vụ phân tích, điều khiển, xử lý, tính toán, lưu trữ, truy tìm các thông tin, được coi như là trái tim và khối óc của máy tính. Có rất nhiều chủng loại CPU với các tên gọi như Pentium, Celeron, AMD, Athlon, Cyrix ... Tùy theo chủng loại cũng như sự phát triển không ngừng của công nghệ vi xử lý mà người ta đưa ra nhiều kiểu đế cắm cho các CPU như MMX xử dụng Socket 7, Pentium II, III cho kiểu Slot 1, Slot A cho kiểu Athlon, Pentium III cho kiểu Slot 1, Socket 370 CPU AMD K6 CPU Pentium MMX CPU Cyrix CPU Athlon CPU Pentium II CPU Xeon CPU Pentium 4
  7. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng Hình ảnh của CPU 1. MÔ TẢ CHUNG: CPU là một thành phần của máy tính số , nó dịch lệnh và xử lý dữ liêu chứa trong chương trình máy tính. CPU mang lai một đặc tính cơ bản của máy tính số là khả năng lập trình được, và là một phần không thể thiếu trong máy tính, cùng với bộ nhớ chính và phương tiện xuất/nhập . CPU được sản xuất từ các mạch tích hợp gọi là vi xử lý. Từ giữa thập niên 70, các vi xử lý đơn chip đã thay thế hoàn toàn các loại khác, và đến nay cụm từ "CPU" thường ám chỉ tới vài loại vi xử lý. Cụm từ "central processing unit" mô tả một lớp cụ thể của các máy logíc có khả năng thực thi các chương trình phức tạp. Định nghĩa rộng này có thể được áp dụng dễ dàng tới nhiều máy tính trước đó mà sau đó rất lâu thuật ngữ "CPU" được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên thuật ngữ này được khởi xướng và dùng trong công nghiệp máy tính từ đầu thập kỹ 60 (Weik 1961). Dạng, thiết kế và thực hiện CPU thay đổi nhanh từ đó, nhưng hoạt động cơ bản thì giống nhau. Các CPU trước kia được thiết kế theo yêu cầu như là một phần của một máy tính lớn. Tuy nhiên, chi phí của phương pháp thiết kế theo yêu cầu cho một ứng dụng cụ thể đã tạo ra sự phát triển của các lớp bộ xử lý không đắt và được chuẩn hóa, phù hợp với nhiều mục đích. Xu thế chuẩn hóa này nói chung bắt đầu trong thập niên của các máy tính lớn transistor rời rạc (transistor mainframes) và minicomputers và bùng nổ với sự phổ biến của mạch tích hợp (integrated circuit) (IC). Các IC cho phép tăng độ phức tạp CPU, các CPU được thiết kế và sản xuất trong không gian rất nhỏ (vài millimeters). Cả sự nhỏ hóa và sự tiêu chuẩn hóa của CPU đã tăng sự hiện diện của các thiết bị số trong cuộc sống hiện đại vượt xa ứng dụng giới hạn của các máy tính toán chuyên dụng. Các vi xử lý hiện đại xuất hiện trong mọi thứ từ ô tô (automobiles) đến điện thoại di động (cell phones), đến độ chơi trẻ em. 2. LỊCH SỬ EDVAC, một trong những máy tính điện tử có lưu chương trình đầu tiên.
  8. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng Trước khi sự ra đời của các máy giống CPU ngày nay, các máy tính như là ENIAC phải đấu lại dây để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Các máy này thường được ám chỉ cho các máy tính chương trình cố định, theo nghĩa chún phải được cấu hình lại để chạy chương trình khác. Từ khi thuật ngữ "CPU" được định nghĩa một cách tổng quát như là thiết bị thực thi phần mềm (computer program), các thiết bị đầu tiên được gọi đúng nghĩa CPU xuất phát từ sự ra đời của máy tính lưu chương trình (stored-program computer). Ý tưởng của máy tính lưu chương trình đã hiện diện trong thiết kế của ENIAC, nhưng bị bỏ quên vào lúc đầu nên nó không thể hoàn thành sớm hơn.Vào ngày 30/ 6/ 1945, trước khi ENIAC hoàn thành, nhà toán học John von Neumann đã đưa ra bài báo có tên "First Draft of a Report on the EDVAC". Nó đã phát thảo thiết kế của một máy tính lưu chương trình mà thực tế đã được hoàn thành vào tháng tám 1949 (von Neumann 1945). EDVAC được thiết kế để thực hiện một số lượng cụ thể của các loại khác nhau. Những lệnh này có thể kết hợp để tạo nên chương trinh hữu ích để EDVAC chạy. Điều đáng chú ý là các chương trình viết cho EDVAC được lưu trong bộ nhớ máy tính (computer memory) tốc độ cao hơn là được chỉ rõ bởi sự sắp xếp vật lý của máy tính. Sự vượt qua giới hạn lớn của ENIAC là số lượng lớn thời gian và công sức cần thiết để cấu hình lại máy tính để thực hiện một nhiệm vụ mới. Với thiết kế của Von Neuman, chương trình hay phần mềm mà EDVAC chạy có thể thay đổi dễ dàng bằng các thay đổi nội dung của bộ nhớ máy tính. [1] Cần chú ý là von Neuman được công nhận chính thức với thiết kế máy tính chứa chương trình bởi vì thiết kế của ông về EDVAC, mặt khác bởi vì Konrad Zuse cũng đã đề ra ý tưởng tương tự. Thêm vào đó, cái gọi là kiến trúc Harvard ( Harvard architecture) của Harvard Mark I, cái mà đã được hoàn thành trước EDVAC, cũng dùng một thiết kế lưu trữ chương trình sử dụng băng giấy đục lỗ (punched paper tape) hơn là bộ nhớ điện tử. Khác nhau quan trọng giữa von Neuman và kiến trúcHarvard là sự phân biệt sau này về lưu trữ và xử lý của lệnh và dữ liệu của CPU, trong khi trước đây sử dụng không gian nhớ giống nhau cho dữ liệu và lệnh. Các CPU hiện đại hầu hết là thuộc thiết kế von Neumann, nhưng các thành phần của kiến trúc Harvard cũng được xem xét kỹ. Hiện tại các thiết bị số, tất cả CPU làm việc với các trạng thái riêng lẻ và do đó yêu cầu vài loại thành phần chuyển mạch để phân biệt và chuyển đổi giữa các trạng thái.Trước khi sự chấp thuận mang tính thương mại của transistor, các rơle điện (electrical relays) và đèn chân không ( vacuum tubes) (các giá trị về điện) được sử dung một cách phổ biến như là các phần tử chuyển mạch. Mặt dù chúng có những ưu điểm nhất định về tốc độ hơn trước đây với những thiết kế thuần cơ khí, chúng không tin cậy với nhiều lý do. Chẳng hạng, việc xây dựng các mạch điều khiển dòng (direct current), mạch logic tuần tự (sequential logic) cho các rơle đòi hỏi thêm phần cứng để giải quyết vấn đề nảy khi tiếp xúc (rung) (contact bounce). Trong khi các ống đèn chân không phải chịu rung, chúng phải đốt nóng trước khi hoạt động đúng chức năng và ngay cả khi ngừng hoạt động. [2] Thông thường khi một đèn bị hư, CPU phải được chuẩn đoán để xác định thành phần lỗi để thay thế. Do đó, các máy tính điện tử trước kia (dựa vào đèn điện tử) có thể nói nhanh hơn nhưng ít tin cậy hơn các máy tính cơ điện (dựa vào rơle). Các máy tính đèn như EDVAC được giữ trung bình tám tiếng giữa các lỗi, ngược lại các máy tính rơle như Harvard Mark I (chậm hơn, ra đời sớm hơn) rất hiếm khi lỗi (Weik 1961:238).Cuối cùng các CPU dựa vào đèn trở nên vượt trội bởi vì ưu điểm lớn về tốc độ có đủ khả năng giải quyết các bài toán thực tế. Hầu hết các CPU đồng bộ chạy với tốc độ xung đồng hồ (clock rates) thấp so với các phiên bản vi điện tử hiện đại. Tần số tín hiệu đồng hồ trong tầm từ100 kHz đến 4 MHz rất phổ biến vào thời điểm đó, bị hạn chế bởi tốc độ của các thiết bị chuyển mạch được tạo cùng. 3. CPU TRANSITOR RỜI RẠC VÀ TÍCH HỢP
  9. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng CPU, bộ nhớ nhân, và giao diện bus ngoài của MSI PDP-8/I. Độ phức tạp thiết kế của CPU tăng khi nhiều công nghệ khác nhau hỗ trợ tạo ra các thiết bị điện tử nhỏ hơn và tin cậy hơn. Sự cải tiến đầu tiên như vậy đến từ sự ra đời của transistor. Các CPU transistor hóa trong suốt thập niên 50, 60 không còn phải xây dựng kềnh càng, không tin cậy, với các phần tử dễ vỡ như đèn chân không và rơle điện tử. Với sự cải tiến này các CPU phức tạp hơn, tin cậy hơn đã được xây dựng trên một hay nhiều bản mạch in (printed circuit boards) chứa các linh kiện rời. Trong giai đoạn này, một phương pháp chế tạo nhiều transistor trong một không gian nén trở nên phổ biến. các mạch tích hợp (IC) cho phép số lượng lớn transistor được chế tạo trên một khuôn bán dẫn (semiconductor) hay "chip". Đầu tiên chỉ có các mạch số rất cơ bản như các cổng NOR được thu nhỏ trong các IC. Các CPU dựa hoàn toàn vào các IC đó ám chỉ tới các thiết bị độ tích hợp nhỏ ("small-scale integration") (SSI). Các IC SSI, như những con được sử dụng trong Apollo guidance computer, thường chứa số lượng transistor ở mức hàng chục. Để tạo toàn bộ CPU từ các IC SSI yêu cầu hàng nghìn chip riêng lẻ, nhưng cần không gian và năng lượng ít hơn các phiên bản transistor rời. Khi công nghệ vi điện tử phát triển, sự tăng số lượng transistor được đặt trong các IC làm giảm số lượng các IC rời cần cho một CPU đầy đủ. MSI và LSI (medium- and large-scale integration) IC tăng số lượng transistor lên hàng trăm, sau đó lên hàng nghìn. Năm 1964 IBM giới thiệu kiến trúc máy tính System/360, nó được dùng trong các dòng máy tính chạy cùng chương trình với tốc độ và hiệu xuất khác nhau. Điều này có ý nghĩa ở thời điểm khi hầu hết các máy tính điện tử không tương thích với máy khác, thậm chí chúng được tạo từ một nhà sản xuất. Trong sự cải tiến này, IBM đã đưa ra khái niệm microprogram (thường được gọi "microcode"), khái niệm này vẫn còn thấy dùng rộng rãi trong CPU hiện đại (Amdahl et al. 1964). Kiến trúc System/360 đã phổ biến đến mức nó thống trị thị trường máy tính lớn (mainframe computer) trong vài thập niên tới và nó để lại mốt thừa kế vấn tiếp tục phát triển bởi máy tính hiện đại như IBM zSeries. Cùng năm, Digital Equipment Corporation (DEC) đã giới thiệu một máy tính có tầm ảnh hưởng khác nhằm vào lĩnh vực khoa học và nghiên cứu đó là PDP-8. DEC sau đó đã giới thiệu dòng PDP-11 cực kỳ phổ biến hơn dòng nguyên thủy, dòng PDP-11 được xây dựng vói các IC SSI nhưng rốt cuộc được thực hiện bằng các linh kiện LSI khi trở thành thực tế. Hoàn toàn khác với SSI và MSI trước đó, thực hiện LSI đầu tiên của PDP-11 chứa CPU được tạo thành chỉ từ 4 IC LSI (Digital Equipment Corporation 1975). Các máy tính dựa vào trasistor có nhiều ưu điểm riêng so với các thế hệ trước. Bên cạnh tăng tính tin cậy và tiêu thụ năng lượng thấp các trasistor còn cho phép CPU hoạt động ở tốc độ cao hơn do thời gian chuyển mạch ngắn của transistor so với ống điện tử hay rờ le. Nhờ vào độ tin cậy tăng cao cũng như sự tăng vượt bật tốc độ của các phần tử chuyển mạch (chính là các transistor độc chiếm trong thời kỳ này), tốc độ xung đồng hồ của CPU ở mức vài chục MHz vào thời điểm này. Thêm vào đó, trong khi các CPU transistor rời và IC được dùng phổ biến, các thiết kế hiệu quả cao
  10. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng như SIMD (Single Instruction Multiple Data) vector processors bắt đầu xuất hiện. Các bản phát thảo trong phòng thí nghiệm sau đó đã tạo ra kỷ nguyên của supercomputers chuyên môn hóa được tạo ra bởi Cray Inc. 4. BỘ VI XỬ LÝ Khuôn dạng của vi xử lý Intel 80486DX2 (kích thước thật: 12×6.75 mm) Việc giới thiệu vi xử lý (microprocessor) vào thập niên 1970 đã tác động mạnh thiết kế và thực hiện của CPU. Từ sau lần giới thiệu vi xử lý đầu tiên (Intel 4004) vào năm 1970 và được sử dụng rộng rãi vi xử lý đầu tiên (Intel 8080) vào năm 1974, lớp CPU này vượt hẳn các phương pháp thực hiện CPU khác. Các nhà sản xuất mainframe và minicomputer ở thời điểm này đã nâng cấp kiến trúc máy tính cũ của họ, và đã tạo ra các tập lệnh tương thích với các bộ vi xử lý. Dưah vào sự ra đời và thành công lớn của personal computer, thuật ngữ CPU bây giờ được hiểu như là vi xử lý. Các thế hệ CPU trước được chế tạo như là các thành phần rời và các IC nhỏ tích hợp cao trên một hay nhiều board mạch. Các bộ vi xử lý thì ngược lại, là những CPU được tạo ra từ số lượng rất ít các IC, thường là một. Kích thước tổng thể CPU nhỏ là kết quả của việc chế tạo trên một khuôn (die) đơn làm cho thời gian chuyển mạch nhỏ hơn do các hệ số vật lý như giảm điện dung dây. Điều này cho phép các vi xử lý đồng bộ có tốc độ xung đồng hồ từ vài chục megahertz tới vài gigahertz. Thêm vào đó, khi khả năng tạo rất nhiều các transistor nhỏ trên một IC tăng, độ phức tạp và số lượng transistor trên một CPU tăng nhanh. Xu hướng này được mô tả theo quy luật Moore, nó được chứng minh bằng sự tăng trưởng độ phức tạp của CPU (và các IC khác) hôm nay. Trong khi độ phức tạp, kích thước, cấu tạo và dạng tổng quát của CPU thay đổi nhanh chóng trong 60 năm qua, điều đáng chú ý là chức năng và thiết kế cơ bản không có gì thay đổi. Hầu như các CPU phổ biến ngày nay có thể mô tả một cách chính xác như là máy von Neumann stored- program. Quy luật Moore đã nêu tiếp tục đúng, sự quan tâm lo ngại phát sinh về giới hạn của công nghệ mạch tích hợp transistor.Sự thu nhỏ cực kỳ của các cổng điện tử là nguyên nhân của các tác động của các hiện tượng như là electromigration và subthreshold leakage trở nên quan trọng hơn. Những điều quan tâm lo ngại này là các yếu tố chính làm cho các nhà nghiên cứu nghiên cứu các phương pháp tính toán mới như là quantum computer, cũng như mở rộng cách sử dụng của parallelism và các phương pháp nâng cao tính có ích của mô hình von Neuman cổ điển. 5. HOẠT ĐỘNG CỦA CPU Không kể đến các dạng vật lý, hoạt động cơ bản của hầu hết CPU là thực thi chuỗi các lệnh được lưu trữ gọi là chương trình. Được thảo luận ở đây là những cái thỏa mãn von Neumann architecture. Chương trình được biểu diễn băng một chuỗi các số được giữ trong computer
  11. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng memory. Có 4 bước mà hầu như các CPU von Neuman dùng trong hoạt động của chúng: fetch, decode, execute, và writeback. Lược đồ trình bày một lệnh MIPS32 được giải mã (MIPS Technologies 2005) Bước đầu tiên, fetch, yêu cầu nhận một lệnh (instruction) (lệnh được biểu diễn bằng một số hay một chuỗi các số) từ bộ nhớ chương trình. Vị trí trong bộ nhớ được quyết định bởi PC(bộ đếm chương trình program counter), nó lưu trữ số xác định vị trí hiện tại trong chương trình. Sau khi một lệnh được đọc, PC tăng theo chiều dài câu lệnh của đơn vị bố nhớ. Lệnh mà CPU đọc được quyết định hành vi của CPU. Trong bước giả mã, câu lệnh phân thành nhiều phần khác nhau. Để hiểu thêm chúng ta phải xem kiến trúc tập lệnh. Thường thì lệnh có phần mã lệnh, toán hạng. Toán hạng có thể giá trị hằng, hoặc con trỏ chỉ tới giá trị của toán hạng: một thanh ghi hoặc địa chỉ bộ nhớ. Sơ đồ khối của CPU đơn giản Sau đọc và giải mã lệnh, đến bược thực thi câu lệnh. Trong bước này, các phần khác nhau của CPU được kết nối. Ví dụ, phép cộng, ALU sẽ được kết nối đến tập ngõ nhập và tập ngõ xuất. Ngõ nhập cung cấp số cộng, và ngõ xuất chứa kết quả. ALU chứa mạch có thể thực thi được các phép toán luận lí và số học. Nếu kết quả quá lớn thì cờ tràn trong thanh ghi cờ sẽ được thiết lập. Bước cuối cùng, writeback, kết quả bước thực thi ghi vào thanh ghi nội để có thể truy xuất nhanh bởi câu lệnh tuần tự. Vài kiểu câu lệnh thao tác PC hơn là dữ liệu một cách trực tiếp. Sau bước này thì quy trình lặp lại cho câu lệnh tiếp theo.
  12. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng RAM (Module boä nhôù) Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (thường được viết tắt là RAM) xem như là một khung lưu trữ dữ liệu và nó cho phép truy xuất bất kỳ ô nhớ nào (chú ý là một cách ngẫu nhiên chứ không phải là tuần tự). Nguợc lại, các thiết bị nhớ khác (như băng từ, đĩa từ…) có thể truy xuất dữ liệu với bộ lưu trữ cỡ vừa và chỉ duy nhất bằng lệnh chỉ định bởi sự khác biệt trong thiết kế cơ cấu của chúng Nhìn chung, RAM trong máy tính được xem như là bộ nhớ chính(hay là bộ nhớ nguyên thủy): vùng hoạt động được dùng cho nhập, xuất, và những ứng dụng, dữ liệu thủ công. Các loại RAM này thường sử dụng trong các vi mạch (IC). Chúng gọi chung là thanh nhớ, hay là thanh RAM bởi vì chúng đựoc sản xuất hàng loạt như là bảng mạch nhỏ với một gói làm bằng chất las-tic và một vài thanh gôm. Hầu hết những máy tính cá nhân có những cái khe để gắn vào thêm hay tháo những linh kiện nhớ ra. Hầu hết các loại RAM đều có khả năng đọc và ghi. ”RAM” được dùng để trao đổi dữ liệu vói “bộ nhớ đọc ghi”. Ở đây RAM ngược lại so với bộ nhớ truy xuất tuần tự. 1. MÔ TẢ CHUNG Máy tính sử dụng RAM để lưu trữ những đoạn mã chương trình và dữ liệu trong suốt quá trình hoạt động. Định nghĩa các từ RAM có nghĩa là với bất kỳ ô nhớ nào trong RAM thì thời gian truy xuất đến các ô nhớ khác nhau là như nhau. Hầu hết những thiết bị khác phụ thuộc vào thời gian truy xuất đến từng byte hay bit. 2. LỊCH SỬ Hệ thống nhớ đầu tiên xây đựng bằng đèn chân không (vacuum tubes) trông khá giống mô hình của RAM ngoại trừ việc chúng thường xuyên bị lỗi. Bộ nhớ trung tâm dùng dây kèm với lỗ điện từ ferit trung tâm (ferrite electromagnetic), cũng có thời gian truy xuất tương đương. Từ “trung tâm” (core) vẫn còn được dùng bởi vài người lập trình để miêu tả bộ nhớ RAM chính cho máy tính. Ngày nay khái niệm sơ khai về bộ nhớ ống và trung tâm vẫn còn dùng trong mô hình RAM được hiện thực với vi mạch tích hợp. 3. THÔNG TIN VỀ RAM Thời gian truy xuất bộ nhớ của các linh kiện nhớ nguyên thủy trước đây thường bao gồm 1 độ trễ bất định. Có nhiều loại khác nhau như: Delay line memory, hay Drum memory. Delay line memory sử dụng tuần tự của xung nhịp sóng âm trong ống thủy ngân để giữ một chuỗi bit. Drum memory họat động nhiều như ổ đĩa cứng hiện đại, lưu trữ dữ liệu từ trong những vòng tròn của đĩa. (Hãy xem mục bộ nhớ nguyên thủy để bàn luận nhiều hơn trong những trường hợp giả định và trong những trường hợp khác. ) Nhiều loại RAM là bay hơi nghĩa là không giống một số dạng lưu trữ khác của máy tính chẳng hạn như đĩa và băng, RAM bay hơi sẽ mất hết dữ liệu khi máy tính tắt nguồn. RAM ngày nay lưu
  13. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng trữ 1 bit dữ liệu bằng cách nạp điện áp vào tụ điện như RAM động (DRAM ), hay là sử dụng Flip- Flop để lưu trữ như là RAM tĩnh (SRAM). Chúng ta cần phân biệt SRAM (Static Ram) và SDRAM (Single Dynamic Ram). Gần đây, những thiết bị RAM không bay hơi đang được phát triển, chúng sẽ lưu trữ dư liệu ngay cả khi mất nguồn cung cấp. Công nghệ sử dụng bao gồm các sợi cacbon nhỏ và hiệu ứng từ. Vào mùa hè năm 2003, RAM từ với dung lượng là 128 Kb bắt đầu xuất hiện trên thị trường, mà sản xuất với công nghệ 0. 18 µm. Công nghệ trung tâm MRAM sẽ đặt nền tảng cho việc sản xuất RAM từ. Vào tháng 6 năm 2004, Infineon Technologies đã khánh thành 1 loại RAM đầu tiên với dung lựong là 16 Mb cũng bằng công nghệ 0. 18 µm. Bằng các sợi cacbon nhỏ, công nghệ cao Nantero đã xây dựng nên 1 thanh RAM với dung lượng 10 GB vào năm 2004. Phần mềm “phân chia” một cổng RAM của máy tính, cho phép nó họat động nhanh như một đĩa cứng tốc độ cao, nó được coi như là một RAM disk. Trừ khi RAM disk được sử dụng là không bay hơi, nếu không thì một RAM disk sẽ không lưu dữ liệu nếu như máy tính bị tắt. 4. Môđun của các RAM thông dụng Common RAM packages as illustrated to the right, from top to bottom: 1. DIP 16 chân (vi mạch RAM, thường là pre-FPRAM) 2. SIPP (thường là FPRAM) 3. SIMM 30 chân (thường là FPRAM) 4. SIMM 72 chân (so-called "PS/2 SIMM", thường là EDO RAM) 5. DIMM 168 chân (SDRAM) 6. DIMM 184 chân (DDR SDRAM)
  14. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng
  15. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng OÅ ÑÓA CÖÙNG (Hard disk ) Bên trong một ổ cứng sau khi mở nắp và tháo bỏ các tấm đĩa dữ liệu Ổ cứng, hay còn gọi là ổ đĩa cứng, là thiết bị điện tử dùng để lưu giữ thông tin dưới dạng nhị phân trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính. Ban đầu, ổ cứng được thiết kế để hoạt động trong máy tính điện tử. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ổ cứng ngày có kích thước càng nhỏ và dung lượng càng lớn. Ngày nay ổ cứng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác như máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh kĩ thuật số, máy quay phim kĩ thuật số, đầu máy DVD, v.v. 1. CÁC ĐẶC TÍNH THƯỜNG ĐƯỢC QUAN TÂM Dung lượng (đơn vị gigabyte - GB) Tốc độ truy xuất trung bình (đơn vị mili giây - ms) Tốc độ truy xuất trung bình thấp đồng nghĩa với khả năng đáp ứng yêu cầu đọc ghi dữ liệu cao. Độ lớn của bộ nhớ đệm (đơn vị megabyte - MB) Độ lớn của bộ đệm có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất hoạt động của ổ cứng. Số vòng quay một phút (đơn vị vòng/phút - rpm) Tốc độ quay của tấm đĩa dữ liệu và mô tơ. Kích thước (đơn vị inch - ") Hầu hết các ổ đĩa cứng ngày nay có kích thước 3,5" đối với máy để bàn và 2,5" đối với máy xách tay. Các ổ đĩa 2,5" thường chậm hơn và có dung lượng thấp hơn đồng thời tiêu thụ ít điện năng hơn và an toàn hơn khi di chuyển. Một kích thước nữa đang ngày càng trở nên phổ biến là các ổ 1,8" dùng trong các máy nghe nhạc kĩ thuật số MP3. Loại ổ này có mức tiêu thụ điện năng rất thấp cũng như độ kháng chấn cao. Độ tin cậy, hay thời gian trung bình giữa các sự cố hỏng hóc (Mean Time Between Failures - MTBF) Ổ đĩa SATA 1.0 hỗ trợ tốc độ lên tới 10.000 vòng/phút và mức MTBF lên tới 1 triệu giờ. Những ổ đĩa kênh sợi quang (Fibre Channel - FC) hỗ trợ tới 15.000 vòng/phút và có giá trị MTBF đến 1,4 triệu giờ. Số lượng truy xuất I/O mỗi giây
  16. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng Ổ đĩa hiện đại có thể thực hiện khoảng 50 lần ngẫu nhiên hoặc 100 lần tuần tự. Mức tiêu thụ điện Chỉ số này đặc biệt quan trọng trong các máy tính xách tay chạy pin. Độ ồn (đơn vị dBA) Tốc độ truyền dữ liệu • Vùng trung tâm: từ 44,2 MB/s đến 74,5 MB/s • Vùng mép đĩa: từ 74,0 MB/s đến 111,4 MB/s 2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Ổ cứng đầu tiên trên thế giới có là IBM 350 Disk File được chế tạo bởi Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 305. Ổ cứng này có tới 50 tấm đĩa kích thước 24" với tổng dung lượng là 5 triệu kí tự. Một đầu từ được dùng để truy nhập tất cả các tấm đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình khá thấp. Thiết bị lưu trũ dữ liệu IBM 1301 ra mắt năm 1961 bắt đầu sử dụng mỗi đầu từ cho một mặt đĩa. Ổ đĩa đầu tiên có bộ phận lưu trữ tháo lắp được là ổ IBM 1311. Ổ này sử dụng đĩa IBM 1316 có dung lượng 2 triệu kí tự. Năm 1973, IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa đầu tiên sử dụng kĩ thuật lắp ráp đóng hộp (sealed head/disk assembly - HDA). Kĩ sư trưởng dự án/chủ nhiệm dự án Kenneth Haughton đặt tên theo súng trường Winchester 30-30 sau khi một thành viên trong nhóm gọi nó là "30-30" vì các trục quay 30 MB của ổ cứng. Hầu hết các ổ đĩa hiện đại ngày nay đều sử dụng công nghệ này, và cái tên "Winchester" trở nên phổ biến khi nói về ổ đĩa cứng và dần biến mất trong thập niên 1990. Trong một thời gian dài, ổ đĩa cứng có kích thước lớn và cồng kềnh, thích hợp với một môi trường được bảo vệ của một trung tâm dữ liệu hoặc một văn phòng lớn hơn là trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt (vì sự mong manh), hay văn phòng nhỏ hoặc nhà riêng (vì kích cỡ quá khổ và lượng điện năng tiêu thụ). Trước thập niên 1980, hầu hết ổ đĩa cứng có các tấm đĩa cỡ 8" (20 cm) hoặc 14-inch (35 cm), cần một giá thiết bị cũng như diện tích sàn đáng kể (tiêu biểu là các ổ cứng lớn có đĩa tháo lắp được, thường được gọi là "máy giặt"), và trong nhiều trường hợp cần tới điện cao áp hoặc thậm chí điện ba pha cho những mô tơ lớn chúng dùng. Vì lí do đó, các ổ đĩa cứng không được dùng phổ biến trong máy vi tính đến tận năm 1980, khi Seagate Technology cho ra đời ổ đĩa ST-506 - ổ đĩa 5¼" đầu tiên có dung lượng 5 megabyte. Có một thực tế là trong cấu hình xuất xưởng, máy IBM PC (IBM 5150) không được trang bị ổ cứng.
  17. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng Một ổ đĩa cứng IBM cổ Đa số các ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỉ 1980 không bán trực tiếp cho người dùng cuối bởi nhà sản xuất mà bởi các OEM như một phần của thiết bị lớn hơn (như Corvus Disk System và Apple ProFile). Chiếc IBM PC/XT được bán ra đã có một ổ cứng lắp trong nhưng xu hướng tự cài đặt nâng cấp bắt đầu xuất hiện. Các công ty chế tạo ổ cứng bắt đầu tiếp thị với người dùng cuối bên cạnh OEM và đến giữa thập niên 1990, ổ đĩa cứng bắt đầu xuất hiện trong các cửa hàng bán lẻ. Ổ đĩa lắp trong ngày càng được sử dụng nhiều trong PC trong khi các ổ đĩa lắp ngoài tiếp tục phổ biến trên máy Macintosh của Apple Computer và các nền tảng khác. Mỗi máy Mac sản xuất giữa giữa các năm 1986 và 1998 đều có một cổng SCSI phía sau khiến cho việc lắp đặt thêm phần cứng mới trở nên dễ dạng; tương tự như vậy, "toaster" (máy nướng bánh) Macs không có chỗ cho ổ cứng (hay trong Mac Plus không có chỗ lắp ổ cứng), các đời tiếp theo cũng vậy thế nên ổ SCSI lắp ngoài là có thể hiểu được. Các ổ đĩa SCSI lắp ngoài cũng phổ biến trong các máy vi tính cổ như loạt Apple II và Commodore 64, và cũng được sử dụng rộng rãi trong máy chủ cho đến tận ngày nay. Sự xuất hiện vào cuối thập niên 1990 của các chuẩn giao tiếp ngoài như USB và FireWire khiến cho ổ cứng lắp ngoài trở nên phổ biến hơn trong người dùng thông thường đặc biệt đối với những ai cần di chuyển một khối lượng lớn dữ liệu giữa hai địa điểm. Vì thế, phần lớn các ổ đĩa cứng sản xuất ra đều có trở thành lõi của các vỏ lắp ngoài. Dung lượng ổ cứng tăng trưởng theo hàm mũ với thời gian. Đối với những máy PC thế hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 megabyte được coi là lớn. Cuối thập niên 1990 đã có những ổ đĩa cứng với dung lượng trên 1 gigabyte. Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng khiêm tốn nhất cho máy tính để bàn còn được sản xuất có dung lượng lên tới 40 gigabyte còn ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất lên tới một nửa terabyte (500 gigabyte), và những ổ đĩa lắp ngoài đạt xấp xỉ một terabyte. Cùng với lịch sử phát triển của PC, các họ ổ cứng lớn là MFM, RLL, ESDI, SCSI, IDE và EIDE, và mới nhất là SATA. Ổ đĩa MFM đòi hỏi mạch điều khiển phải tương thích với phần điện trên ổ cứng hay nói cách khác là ổ đĩa và mạch điều khiền phải tương thích. RLL (Run Length Limited) là một phương pháp mã hóa bit trên các tấm đĩa giúp làm tăng mật độ bit. Phần lớn các ổ đĩa RLL cần phải tương thích với bộ điều khiển nó làm việc với. ESDI là một giao diện được phát triển bởi Maxtor làm tăng tốc trao đổi thông tin giữa PC và đĩa cứng. SCSI (tên cũ là SASI dành cho Shugart (sic) Associates), viết tắt cho Small Computer System Interface, là đối thủ cạnh tranh ban đầu của ESDI. Khi giá linh kiện điện tử giảm (do nhu cầu tăng lên) các chi tiết điện tử trước kia đặt trên cạc điều khiển đã được đặt lên trên chính ổ cứng. Cải tiến này được gọi là ổ cứng tích hợp linh kiện điện tử (Integrated Drive Electronics hay IDE). Các nhà sản xuất IDE mong muốn tốc độ của IDE tiếp cận tới tốc độ của SCSI. Các ổ đĩa IDE chậm hơn do không có bộ nhớ đệm lớn như các ổ đĩa SCSI và không có khả năng ghi trực tiếp lên RAM. Các công ty chế tạo IDE đã cố gắng khắc phục khoảng cách tốc độ này bằng phương pháp đánh địa chỉ logic khối (Logical Block Addressing - LBA). Các ổ đĩa này được gọi là EIDE. Cùng lúc với sự ra đời của EIDE, các
  18. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng nhà sản xuất SCSI đã tiếp tục cải tiến tốc độ SCSI. Những cải tiến đó đồng thời khiến cho giá thành của giao tiếp SCSI cao thêm. Để có thể vừa nâng cao hiệu suất của EIDE vừa không làm tăng chi phí cho các linh kiện điện tử không có cách nào khác là phải thay giao diện kiểu "song song" bằng kiểu "nối tiếp", và kết quả là sự ra đời của giao diện SATA. Tuy nhiên, hiệu suất làm việc của các ổ đĩa cứng SATA thế hệ đầu và các ổ đĩa PATA không có sự khác biệt đáng kể. 3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Dữ liệu sẽ được lưu trên những đĩa từ, khi cần truy xuất dữ liệu thì mạch điều khiển sẽ điều khiển cần đọc/ghi di chuyển trên bề mặt đĩa. Đầu đọc/ghi sẽ tiếp nhận những thông tin trên bề mặt đĩa và truyền thông tin đến bộ xử lý nằm trên bản mạch của HDD. 4. CẤU TẠO Ngoài 2 thành phần chính là những đĩa từ và đầu đọc/ghi, HDD còn có những thành phần sau: mạch điều khiền, bộ nhớ đệm (cache), hệ cơ vận hành cần đọc/ghi, hộp bảo vệ. • Mạch điều khiển: có nhiệm vụ ổn định tốc độ cho motor quay đĩa và vận hành hệ cơ để điều khiển cần đọc/ghi (một thiết bị điều khiển đầu đọc/ghi). Nó như một cánh tay robot di chuyển trên bề mặt đĩa để đưa đầu đọc/ghi vào vị trí cần ghi hay đọc dữ liệu. • Đầu đọc/ghi: được gắn với cần đọc/ghi và chịu sự điều khiển của thiết bị này. Đầu đọc/ghi có tác dụng đọc dữ liệu từ đĩa hoặc ghi dữ liệu lên đĩa. • Đĩa: là những miếng đĩa nhỏ hình tròn được phủ một lớp từ tính, đĩa này có thể được sử dụng hai mặt trên và dưới. • Mạch xử lý dữ liệu: dùng để xử lý những thông tin được truy xuất từ đĩa. • Bộ đệm: là nơi tạm lưu dữ liệu trong quá trình truy xuất, HDD có bộ nhớ đệm lớn sẽ có tốc độ truy xuất dữ liệu cao hơn. • Hộp bảo vệ: những thiết bị trên được bao bọc bởi hộp bảo vệ rất kín để đĩa không thể tiếp xúc với mội trường bên ngoài và chịu được sự va chạm nhẹ. 5. GIAO TIẾP Hai giắc cắm SATA trên bảng mạch chủ Có nhiều chuẩn giao tiếp khác nhau giữa ổ đĩa cứng với hệ thống phần cứng. Sự đa dạng này xuất phát từ yêu cầu tốc độ đọc/ghi dữ liệu khác nhau giữa các hệ thống máy tính. Các chuẩn ATA
  19. Khoa CNTT, boä moân Kyõ Thuaät Maùy Tính CLB phaàn cöùng được sử dụng phổ biến trong máy tính cá nhân trong khi chuẩn SCSI và Fibre Channel có tốc độ cao hơn được sử chủ yếu nhiều trong máy chủ. Các chuẩn giao tiếp ổ cứng phổ biến gồm: • ATA • Ultra ATA • Fibre Channel • SCSI • Ultra SCSI • Ultra160 SCSI • Ultra320 SCSI • Serial ATA OÅ ÑÓA MEÀM (Floppy disk ) Có 2 loại ổ dĩa mềm : loại 5.25 inch (1.2 Mb) và 3.5 inch (1.44 Mb). Là thiết bị dùng để lưu trữ (đọc ghi) dữ liệu với dung lượng nhỏ. Hiện nay chỉ còn phổ biến loại ổ dĩa 3.5 inch do thiết kế của nó an toàn và nhỏ gọn, các dĩa mềm 1.44 Mb đã từ từ thay thế loại dĩa 1.2 Mb trong các máy tính cá nhân. Trong quá khứ với dung lượng của ổ đĩa mềm thực sự là hữu ích và rất tiện dụng. Chúng ta có thể dùng đĩa mềm chạy hệ điều hành. Nó thực sự hữu dụng trong việc di chuyển dữ liệu vì chúng có thể tháo rời ra một cách dễ dàng. Nhưng với thời điểm hiện tại nó thực sự là một thiết bị 'lỗi thời' khi USB đang chiếm lĩnh toàn bộ thị trường với giá cả hợp lí và độ bền vượt trội. Trong khi đĩa mềm trở thành một thứ không hợp thời vì độ bền, kinh tế cũng như công nghệ. Nhưng dù sao nó cũng đã có một thời hoàng kim trong lịch sử máy tính.

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản