Bài giảng môn Phần cứng và lắp ráp máy tính

 Giới thiệu lịch sử phát triển máy tính.  Giới thiệu chức năng và nguyên tắc hoạt

động của các thiết bị máy tính

 Thực hành lắp ráp hoàn chỉnh máy tính  Có khả năng chọn lựa linh kiện để nâng cấp

hoặc lắp mới máy tính

 Cài đặt hoàn chỉnh và giải quyết một số

thường gặp của WindowsXP

 Nắm vững một số thiết bị mạng căn bản và

cách kết nối.

Mục tiêu môn học



Nội Dung Môn Học

PHẦN I: PHẦN CỨNG VÀ LẮP RÁP MÁY TÍNH

      

Lịch sử phát triển máy tính Phân loại máy tính Chi tiết phần cứng máy tính Lắp ráp máy tính BIOS - Cấu hình CMOS Cài đặt và cấu hình cơ bản WindowsXP Quản lý thiết bị & Xử lý các sự cố



 

PHẦN II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ MẠNG Giới thiệu một số thiết bị mạng căn bản Cách kết nối các thiết bị

 Các đơn vị đo cần chú ý:

 Đơn vị dữ liệu:

bit -> byte -> KB ->MB -> GB -> TB (Chú ý: phân biệt kí hiệu b/B)

 Đơn vị tần số: Hz -> KHz -> MHz -> GHz

Các đơn vị cần lưu ý

Lịch sử phát triển máy tính

 Máy tính cơ đầu tiên do Blaise Pascal (1623-1662) chế tạo.  Các thế hệ tiếp nối máy tính

cơ  Máy tính cơ khí tinh vi  Máy tính dùng điện  Máy tính điện tử  Máy tính lượng tử trong tương lai

Máy tính cá nhân đầu tiên

Máy tính cá nhân IBM  Năm ra đời: 1982  Giá: 1.565 USD  Bộ vi xử lý 8088 nổi tiếng của Intel, tốc độ 5 MHz, bộ nhớ trong 40K, bộ nhớ sử dụng 16-256K, màn hình đơn sắc 11,5 inch.

Các thế hệ máy tính

 Thế hệ đầu tiên (1946-1957): Máy tính ENIAC

Các thế hệ máy tính Thế hệ đầu tiên

 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer

   

dài 20 mét cao 2,8 mét và rộng vài mét. ENIAC bao gồm: 18.000 đèn điện tử, 1.500 công tắc tự động cân nặng 30 tấn, và tiêu thụ 140KW giờ.

 Có khả năng thực hiện 5.000 phép toán cộng trong một giây.



Công việc lập trình bằng tay bằng cách đấu nối các đầu cắm điện và dùng các ngắt điện.  Giáo sư toán học John Von Neumann thiết kế máy tính Von Neumann.

Lịch sử phát triển máy tính

Thế hệ thứ hai (1958-1964)  Công ty Bell đã phát minh ra transistor vào năm 1947

 Sử dụng bóng Transitor  Máy tính nhỏ hơn  Tiêu hao ít năng lượng hơn  Xữ lý nhanh hơn

 Ngôn ngữ cấp cao xuất hiện

 FORTRAN năm 1956  COBOL năm 1959  ALGOL năm 1960  Hệ điều hành tuần tự

Lịch sử phát triển máy tính

Thế hệ thứ ba (1965-1971)  Xuất hiện IC: Integrated Circuit.  Mạch tích hợp SSI: Small Scale Integration  Mạch in nhiều lớp  Bộ nhớ bán dẫn  Máy tính đa chương trình  Hệ điều hành chia thời gian

Lịch sử phát triển máy tính

Thế hệ thứ tư (Từ 1972 đến nay):  Mạch IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large Scale Integration)  Các IC mật độ tích hợp rất cao (VLSI: Very Large Scale

Integration)

 Xuất hiện bộ vi xử lý (microprocessor)  Các bộ nhớ bán dẫn, bộ nhớ cache, bộ nhớ ảo được dùng rộng

rãi.

 Các kỹ thuật cải tiến : kỹ thuật ống dẫn, xử lý song song mức

độ cao,…

Lịch sử phát triển máy tính

Khuynh hướng hiện tại:  Thu nhỏ Transitor  Gia tăng số lượng Lõi xử lý  Gia tăng bộ đệm  Cảm biến thông minh  Giảm tiêu hao năng lượng  Gia tăng tốc độ kết nối

Phân loại máy tính

 Microcomputer: Còn gọi là PC (personal computer),  Minicomputer: Là những máy tính cỡ trung bình, kích thước thường lớn hơn PC.  Supermini: Máy chủ dịch vụ cở nhỏ  Mainframe: Là những máy tính cỡ lớn  Supercomputer: Đây là những siêu máy tính

Phân loại máy tính theo mục đích sử dụng

Máy tính cho cá nhân  Các máy trạm chuyên dụng

Máy tính cho tổ chức  Máy siêu điện toán

(workstation)

(Supper Computer)

 Máy tính lớn (Mainframe)

 Máy tính cá nhân (PC)  Máy tính để bàn (Desktop PC)

 Máy tính nhỏ

(Mini Computer)

 Các máy chủ/phục vụ

 Máy tính notebook  Thiết bị trợ giúp cá nhân

(servers)

kỹ thuật số (PDA)

Giới thiệu một số loại máy tính Máy tính cá nhân (Personal Computer)

 Máy tính cá nhân (Personal

Computer)

 Các loại PC: Desktop, Laptop, Notebook, Máy tính cầm tay (Palm…)

Giới thiệu một số loại máy tính Các máy trạm chuyên dụng (Workstation)

 Có tốc độ xử lý cao cho những tính toán khoa học và công nghệ phức tạp.  Được sử dụng như máy khách hoặc máy phục vụ trong những hệ thống xử lý phân tán.

Giới thiệu một số loại máy tính Server

 Có cấu hình mạnh hơn

PC rất

 Hoạt

động

liên

tục

trong thời gian rất dài.

Giới thiệu một số loại máy tính Mainframe

 Máy tính vạn năng  Điều khiển hệ thống xử lý trung tâm.

Giới thiệu một số loại máy tính Siêu máy tính (Supper Computer)

 Máy tính cực lớn  Xử lý phép toán lớn, dự báo thời tiết, mô

phỏng hạt nhân, thiên văn.

 Siêu máy tính Cray của hãng US Cray là loại máy rất nổi tiếng. Tại Nhật bản, máy SX của NEC và FACOM VP của Fujitssu

Phần cứng máy tính cá nhân (PC)

 Mainboard  CPU  Bộ nhớ trong (Bộ nhớ chính): RAM,

ROM

 Bộ nhớ ngoài: Băng từ, đĩa từ, đĩa

quang, đĩa bán dẫn…

 Thiết bị nhập (đầu vào): Keyboard,

(đầu ra): Monitor,

Mouse…  Thiết bị xuất printer…

 Các loại card mở rộng: VGA, Sound,

NIC…

 Bộ nguồn (PSU) & Vỏ máy (Case)

Các thiết bị chính của PC

 Thiết bị nhập: Đưa dữ liệu hoặc nhập lệnh

 Keyboard  Mouse  Webcam

 Thiết bị xuất: Xuất liệu hoặc hình ảnh

 Printer  Monitor  Projector

Định nghĩa thiết bị nhập – Xuất

 Keyboard  Mouse  Scanner  Thiết bị đọc mã

Các thiết bị nhập

vạch

 Thiết bị đọc thẻ

 Màn hình cảm ứng  Bàn số hoá  Bút sáng  Joystick  Máy ảnh số  Microphone

từ

 Là thiết bị nhập trực tiếp dữ liệu

vào máy tính

 Bàn phím ra đời năm 1870 và

được đặt tên là QWERTY

 Bàn phím Dvorak do ông August Dvorak và ông William

Deay thiết kế vào những năm 1930.

Thiết bị nhập Bàn phím (KeyBoard)

 Bàn

phím được thiết kế thành nhiều lớp thiết bị:  Trên cùng là các

phím nhấn.

 Lớp thứ hai là ma trận điểm than chì dẫn điện.

 Lớp thứ ba là board mạch ma trận điểm tiếp xúc

 Lớp thứ tư là lớp cho của

vệ đỡ bảo board mạch bàn phím.

Bàn phím (KeyBoard) Cấu tạo bàn phím

 Khi

ta nhấn lên một phím thì phím này sẽ đè lên điểm than chì dẫn điện ngay phía dưới phím, điểm than chì này gây tiếp điện tại điểm tiếp xúc tương bo trên ứng mạch tạo ra một tín hiệu .

Bàn phím (KeyBoard) Hoạt động của bàn phím

 Chuột máy tính ra đời Năm 1963  Chuột hỗ trợ môi

trường GUI (graphical user interface - giao diện người dùng bằng đồ hoạ).

 Dùng thao tác trong nhập lệnh là

chính.

Phần cứng máy tính Chuột máy tính (Mouse)

 Năm 1963 , Douglas Engelbart thuộc viện nghiên cứu Stanford đã phát minh ra chuột máy tính , một thiết bị định vị cầm tay cho máy tính .

Chuột máy tính (Mouse) Sự ra đời của chuột máy tính

 Hoạt động dựa trên nguyên

lăn (còn gọi

là

lý cơ học.  Dùng bi chuột bi)

 Dựa vào các cảm biến để xác định tọa độ con trỏ.

Chuột máy tính (Mouse) Chuột cơ học (mechanical mouse)

 Một trái banh bên trong chuột chạm mặt để chuột (desktop) và xoay khi chuột di chuyển.

Chuột máy tính (Mouse) Cấu tạo và hoạt động của chuột cơ

 Cảm biến trục xoay dùng hồng ngoại.  Có hai bộ cảm biến  Được đặt vuông góc 90

độ.

Chuột máy tính (Mouse) Cấu tạo và hoạt động của chuột cơ (tt)

 Tương tự chuột bi  Dùng cảm biến ánh sáng  Đèn Led đỏ  Bề mặt rê phải đồng màu,

và có màu tối

Chuột máy tính (Mouse) Hoạt động chuột quang đèn Led

Chuột máy tính (Mouse) Hoạt động chuột quang Laser

tự

chuột

 Tương quang

 Dùng tia laser

thay

led

 Ít hao năng lượng

hơn Led

 Định vị chính xác hơn  Có thể dùng trên

nhiều bề mặt

Phần cứng máy tính Chuột & bàn phím không dây

 Chuột dùng sóng radio:  Khoảng cách bắt

sóng dưới 10m theo lý thuyết và trên thực tế khoảng 3m tới 5m

 sóng radio dễ bị nhiễu nếu

có vật chắn ngang.

 Chuột Bluetooth/Wifi: Sử dụng công nghệ

Bluetooth hoặc wifi thay cho dây dẫn

Phần cứng máy tính Một số loại chuột đặc biệt

 Trackball  Chuột lòng bàn tay

(Palm Mouse)

 Chuột dạng cần điều khiển (Joy-Mouse)

 Chuột Camera

Phần cứng máy tính Các thiết bị nhập liệu khác

 Máy quét ảnh - scanner: hoạt động tương tự máy photocopy

 Máy quét cố định  Máy quét cầm tay  Máy quét chuyên dụng

 Quét vân tay  Quét khuôn mặt  Quét mã vạch  Quét name card

Phần cứng máy tính Các thiết bị số hóa thế giới thực

 Máy ảnh số – digital camera : Dùng cảm

biến ảnh để thu lại ảnh.

 Máy quay phim số – digital video camera :

Có khả năng thu ảnh theo thời gian thực

 Thông tin lưu trử ở dạng số  Có thể chỉnh sửa bằng phần mềm

Phần cứng máy tính Các thiết bị nhập dạng chỉ điểm

 Màn hình cảm ứng - Touch

Screen : Dùng tay hoặc bút

 Bàn vẽ - Graphic table: Thay thế

bàn vẽ truyền thống

Chuột máy tính (Mouse) Các thiết bị nhập dạng chỉ điểm

 Phiến nhấn - touch pad: Dạng chuột cảm ứng, điều khiển bằng ngón tay

 Cần điền khiển - Joystick :

Thiết bị điều khiển

 Màn hình

 Màn hình CRT  Màn hình LCD

 Projector  Máy in

 Máy in kim  Máy in phun màu  Máy in Laser

 Loa

Phần cứng máy tính Thiết bị xuất

 Nhiệm vụ của màn hình là tái tạo lại hình ảnh.  Điểm ảnh (Pixel)  Độ phân giải (Pixels ngang và Pixels dọc)  Độ sâu màu (khả năng tái tạo màu)  Các dạng màn hình thường gặp:

 Màn hình tia âm cực (Cathode Ray Tube)  Màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display)  Màn hình plasma (Plasma Display)

Thiết bị xuất Màn hình

 Pha

trộn

ba màu: Xanh lá, Xanh đậm, Đỏ (RBG)

 Thay đổi độ sáng từng điểm để tạo nhiều sắc độ.

Thiết bị xuất Nguyên tắc phối màu phát xạ

 Điểm ảnh: Pixel  Một màn hình thường có rất nhiều Pixels  Độ nét màn hình dựa vào mật độ Pixels

Thiết bị xuất Nguyên tắc hiện thị hình ảnh của màn hình

 Màu sắc được biểu diễn bằng các con số :

 255: Màu trắng  0

: Màu đen

 Như vậy hình ảnh kỹ thuật số thực chất là 1 ma trận số.

Thiết bị xuất Nguyên tắc hiện thị hình ảnh của màn hình

Thiết bị xuất Khái niệm độ phân giải (resolution)

 Kích thước của ảnh:

 Kích thước hiển thị: kích thước màn hình, giấy in. Đơn vị là inches  Kích thước đo bằng pixel: số pixel (dài x rộng) dùng để hiện thị hình ảnh.

 Độ phân giải được cho bởi số lượng điểm ảnh hiển thị trên diện tích một inch vuông. Độ phân giải càng cao, hình ảnh được hiển thị sẽ càng nét.

Kích thước pixel

 Độ phân giải =

Kích thước hiển thị

Thiết bị xuất Màn hình CRT

 Màn hình ống tia âm cực CRT (cathodic ray tube) là màn hình cổ điển và thông dụng nhất hiện nay.

 Thiết bị hiển thị này có cấu trúc giống như máy thu hình và sử dụng ống tia điện tử.

 Sử dụng đầu nối VGA (VGA-connector): Các chân này dùng để truyền nhận các tín hiệu tương tự Red, Green, Blue, … từ VGA card lên màn hình. Màn hình chuẩn VGA không hỗ trợ nhận tín hiệu số từ card màn hình.

Màn hình CRT Cấu tạo màn hình CRT

 Màn hình CRT có một (nếu là màn hình đen trắng) hay ba (nếu là màn hình màu) nguồn điện tử âm cực còn gọi là súng điện tử. Ðiện tử được hội tụ thành tia điện tử. Tia điện tử va đập vào màn hình hiện sáng và tạo nên một điểm sáng.

Phần cứng máy tính Màn hình CRT-Các thông số cần quan tâm

 Kích cỡ: của màn hình được biểu diễn bởi độ dài đường chéo của màn hình. Tương ứng với điều này, có các màn hình 15 inch, 17 inch và 21 inch v.v…

 Kích thước điểm ảnh (0.20mm – 0.28mm…)  Độ phân giải (resolution )  Tần số làm tươi (refresh rate)  Độ sâu màu

Màn hình CRT Kích thước điểm ảnh

 Kích thước điểm ảnh gần bằng kích thước của 3 điểm màu:

đỏ, xanh lục, xanh nước biển.

 Các điểm ảnh có dạng hình vuông, có kích thước rất nhỏ.

0.01x0.01 (cm).

 Kích thước điểm ảnh phụ thuộc vào:  Kích thước chùm tia điện tử  Kích thước hạt phốt pho  Chiều dày lớp phốt pho

Thiết bị xuất Độ phân giải màn hình CRT

 Độ phân giải màn hình được biểu diễn bằng giá trị số pixel được biểu diễn trong một màn hình (rộng  cao), và độ phân giải là 640  480, 800  600, 1024  768, 1280  1024, v.v... (kích thước theo pixle)

 Phân biệt với độ phân giải của máy in. Độ phân giải của máy in tính được tính theo số điểm ảnh trên một inch, viết tắt là dpi (dot per inch)

Màn hình CRT Độ sâu màu

 Tuỳ theo số bit được dùng để hiển thị màu ta phân loại màn

hình theo mầu như sau:  Ðen trắng 1 bit (2 màu)  Màu CGA 4 bit (16 màu)  Màu giả (pseudo color) 8 bit (256 màu)  Màu (high color) 16 bit  Màu thật (true color) 24 bit

Màn hình CRT Tần số làm tươi (refresh rate)

 Tần số làm tươi tối thiểu là 30lần/giây (30hz)  Màn hình CRT thường có tần số làm tươi từ 60hz đến 120hz  Màn hình LCD có tần số làm tươi phụ thuộc vào thời gian thay đổi trạng thái của điểm ảnh (tính bằng ms), càng thấp càng tốt.

Thiết bị xuất Màn hình tinh thể lỏng (LCD)

 Màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal

Display)  Mỏng nhẹ  Ứng dụng rộng  Ít tia bức xạ hại mắt  Tiết kiệm năng lượng  Bị giới hạn góc nhìn

 Sử dụng DVI-connector

(Digital Visual

Interface) 24 chân kết nối.

LCD Nguyên tắc hiển thị của tinh thể lỏng

 Tinh thể lỏng phát sáng nhờ nguồn sáng phụ phía sau.  Nếu đặt một điện áp giữa hai đầu lớp tinh thể lỏng, các phân tử sẽ liên kết và xoắn lại với nhau. Cường độ sáng của điểm ảnh phụ thuộc vào lượng ánh sáng truyền qua kính lọc phân cực.

 Như vậy, có thể điều chỉnh cường độ sáng tại một điểm ảnh bằng cách điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu lớp tinh thể lỏng.

 Trước mỗi điểm ảnh con có một kính lọc màu, cho ánh

sáng ra màu đỏ, xanh lá và xanh lam.

LCD Các thông số

 Kích thước màn hình (screen size)  Độ phân giải (resolution):

 15”: 1024x768 (khoảng 786.000 điểm ảnh)  17”: 1280x1024 (khoảng 1.310.000 điểm

ảnh).

 19”: 1280x1024 hoặc 1600x1200  20”: 1600x1200 (khoảng 1.920.000 điểm

ảnh).

 Góc nhìn (viewing angles)  Độ sáng (brightness)  Điểm ảnh chết  Tần số đáp ứng (response rate)

Màn hình Plasma Cấu tạo màn hình Plasma

 Máy in là thiết bị xuất lâu đời nhất của máy tính, ngày nay máy in được sử dụng rất rộng rãi.

 Một số loại máy tính thông dụng

 Máy in kim  Máy in laser  Máy in phun  Máy in Offset

Thiết bị xuất Máy in (Printer)

Thiết bị xuất Các loại máy in – Máy in kim

 Dùng ma trận kim để tạo ký tự  Không dùng mực  Dùng ruybăng (giấy than)  Tuổi thọ cao  Chi phí in thấp  In chậm  Độ ồn cao  Dùng để in đơn giản

Thiết bị xuất Các loại máy in – Máy in kim

Thiết bị xuất Máy in phun mực (Inkjet )

 Dùng đầu phun mực  Có thể in màu  Mực dạng lỏng  Tốc độ in nhanh  Tuổi thọ thấp  Chi phí in cao  Dùng để in ảnh, bản mẫu

 Nguyên tắc hoạt động

Thiết bị xuất Nguyên tắc hoạt động của máy in phun mực

 Một số chú ý khi sử dụng máy in phun  Cần chú ý lượng mực tiêu thụ cho bản in  In định kì theo khuyến cáo của nhà sản xuất để tránh tình

trạng khô đầu phun

 Một số chú ý khi lựa chọn máy in phun

 Độ phân giải  Tốc độ in  Số hộp mực – giá tiền mực

Thiết bị xuất Những lưu ý về máy in phun mực

 Dùng tia laser định vị  Sử dụng mực khô (bột)  Cần có Trống in (Drump)  Tốc độ in nhanh  Có thể in màu  Tuổi thọ cao  Chi phí in rẻ

Thiết bị xuất Máy in laser

Thiết bị xuất Nguyên tắc hoạt động của máy in laser

 Nguyên tắc hoạt động

 Cách giải quyết một số trực phổ biến:

Sự cố

Nguyên nhân

Cách giải quyết

Mực in thiếu

Màu in nhạt hoặc không đều trên khắp trang

Tháo Cartrigde ra và lắc nhẹ để trộn đều hạt mực

Thử thay giấy khác

Có những vết trắng nhỏ Mực không dính lên giấy cũng có thể giấy quá dày hoặc ẩm

Thay Cartrigde khác

Có một vạch thẳng đứng ở mép trang

Cartrigde rỗng hoặc hỏng, hoặc mực có thể đổ trong máy

Trang hoàn toàn màu đen

Dây Corona chuyển đổi bị hỏng

Kiểm tra mức mực. Dây Corona chuyển đổi hỏng phải nhờ dịch vụ sửa chữa

Thiết bị xuất Những trục trặc hay thường gặp

 Cách giải quyết một số trực phổ biến:

Sự cố

Nguyên nhân

Cách giải quyết

Trang hoàn toàn màu trắng

Cạn mực hoặc dây Corona chuyển đổi hỏng

Kiểm tra mức mực. Dây Corona chuyển đổi hỏng phải nhờ dịch vụ sửa chữa

Tài liệu hoặc hình ảnh quá lớn so với khổ in cho phép

Kiển tra lại các thông số Unprintable Area ở mục Paper của trình điều kiển in

Lề chừa rộng, bước cách lạ hoặc gióng hàng văn bản không bình thường

Máy in hết bộ nhớ

Chỉ in một phần hình ảnh

Gắn thêm bộ nhớ hoặc giảm độ phân giải cho máy in

Thiết bị xuất Những trục trặc hay thường gặp

 CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT) là một chip, tức là mạch tích hợp điện tử thu nhỏ, chịu trách nhiệm trực tiếp hay gián tiếp về mọi hoạt động của máy tính. CPU là đầu não điều khiển máy tính từ lúc khởi động cho đến khi tắt máy.

 CPU liên hệ với các thiết bị khác qua mainboard và hệ

thống cáp của thiết bị.

 CPU giao tiếp trực tiếp với bộ nhớ RAM và ROM, còn các thiết bị khác được liên hệ thông qua một vùng nhớ (địa chỉ vào ra) và một ngắt thường gọi chung là cổng.

 Hai nhà sản xuất CPU lớn hiện nay là Intel và AMD.

Phần cứng máy tính CPU

 Tốc độ  BUS  Hệ số nhân  Cache: L1, L2, L3  Data Width  Mức điện áp tiêu thụ (Vcore)  Tập lệnh  Khe cắm: Slot, Socket

CPU Các thông số cần quan tâm

 Thông số quan trọng nhất của CPU là tốc độ xung nhịp đo bằng Hz. Ví dụ: CPU có tốc độ 2,4GHz tức là trong một giây nó có tới 2,4 tỉ xung nhịp.

 Con số này là một trong những thước đo sức mạnh của vi xử lý, tuy vậy nó không phải là tất cả. Đôi lúc chỉ là một con số nhằm so sánh tương đối sức mạnh của vi xử lí.

 Một thông số đánh giá sức mạnh của bộ xử lý hiệu quả hơn là MIPS (Million Instruction Per Second- triệu lệnh trên một giây)

CPU Tốc độ

 Tốc độ bus thể hiện khả năng giao tiếp nhanh hay chậm với các

thành phần khác của máy tính.

 Front Side Bus: là đường truyền dữ liệu từ CPU đến bộ nhớ chính (RAM và ROM). Vì thế khi tăng FSB không những chỉ tăng tốc độ của CPU mà còn tăng tốc độ cả hệ thống (Khi overclock CPU thì một trong những việc cần làm là tăng FSB)  Back Side Bus (BSB): là đường truyền dữ liệu từ CPU đến

Cache L2.

CPU BUS

 Đối với bộ xử lý P4 3.06Ghz, Bus 533

Mhz, Hệ số nhân (HSN) =23

 Cách tìm HSN như sau 3.06Ghz = 3060Mhz FSB (thực) : 533 / 4 =133Mhz như vậy HSN = 3060 / 133 = 23.

CPU Hệ số nhân (Frequency Multiple)

 Cache: Bộ đệm CPU. RAM sơ cấp.  Dung lượng cache trên CPU góp phần rất lớn đến việc tăng

tốc độ xử lý

 Bộ nhớ cache gồm: Cache level 1, 2 và 3,4,5….  Cache Level càng thấp tốc độ càng nhanh.

CPU Bộ nhớ Cache

 Cache L1: là một khu vực bộ nhớ được tạo bằng bộ nhớ tĩnh (SRAM) có tốc độ cao nhưng đắt tiền và khó chế tạo.

 Cache L1 được đặt ngay trên CPU nên tốc độ rất nhanh  Đây là vùng chứa thông tin trước khi đưa vào cho vi xử lý

trung tâm (CPU) thao tác.

 Cache L1 thường rất nhỏ, chỉ trong khoảng 8 – 64 kB

CPU Cache Level 1

 Cache L2: Chậm hơn cache L1, nhưng giá thành rẻ hơn nên được thiết kế có kích thước lớn hơn cache L1

 Cache L2 nằm giữa CPU và bộ nhớ hệ thống

DRAM làm vùng đệm cho cache L1

CPU Cache Level 2, 3

 Mức điện áp tiêu thụ: là mức điện áp cần thiết cho CPU làm việc, nó thường được ghi trực tiếp trên mặt CPU. Nếu thiết lập mức điện áp dưới mức này CPU không làm việc, nếu trên sẽ làm cháy CPU. Hiện nay mức này cho các CPU thường là 2,8V - 3,3V.

 Tập lệnh: CPU dùng các lệnh trong tập lệnh được thực hiện các xử lý, các phép tính. Tập lệnh sẽ giúp CPU thực hiện các xử lý phức tạp.  PentiumIII:

(Streaming

Single

SSE

Instruction, Multiple Data [SIMD] Extension) hỗ trợ xử lý đồ họa 3D

 Pentium D 800 được trang bị tập lệnh mở rộng EMT64

hỗ trợ đánh địa chỉ nhớ 64bit

CPU Điện áp, tập lệnh

 Slot:

 Intel: Slot1  AMD: Slot A

 Socket

 Intel:

 Socket 7 321 pin  370  478  775

 AMD

 Socket 7  454  574  939  940

CPU Các loại khe cắm

CPU Các loại khe cắm

 Slot 1

 Slot A

CPU Các loại khe cắm - Slot

CPU Các loại khe cắm - Socket

 Socket 370

 Socket 7

CPU Các loại khe cắm – Socket 370

 Socket 370

CPU Các loại khe cắm – Socket 478

 Socket 478

CPU Các loại khe cắm – Socket 775

 Socket LGA 775

CPU Các loại khe cắm – So sánh các loại Socket

CPU Bộ tản nhiệt

CPU Các loại tản nhiệt

CPU Cách đọc các thông số CPU

 Pentium II

 Theo hình trên ta có:

Internal clock speed = 350 Size of L2 cache = 512KB Frequency of the Front Side Bus = 100 Core voltage = 2.2V

CPU Cách đọc các thông số CPU

 Pentium III

 Theo hình trên ta có:

Internal clock speed = 500 Size of L2 cache = 512KB Frequency of the Front Side Bus = 100 Core voltage = 2.0V

CPU Định luật Moore

 “Cứ sau chu kỳ 18 tháng số lượng transistor tích

hợp trên 1 bộ xử lý sẽ tăng gấp đôi”

CPU Giới hạn của sự gia tăng tốc độ

đây

gần

 Việc tăng tốc CPU đã đạt đến ngưỡng giới hạn vào năm 2003. Chỉ nhiều đến người mới nhận thức được điều này.

chip

Thế

nay

 Theo chiều hướng tăng tốc của chip Intel trước năm 2003 thì đến năm 2005 này chúng ta đã Pentium có nhưng 10GHz. hiện thậm chí chúng ta chẳng nghe nói đến kế hoạch sản xuất chúng.

CPU Công nghệ Siêu phân luồng (Hyper Threarding)

 Được giới thiệu vào năm 2002.  Tạo ra nhiều luồng xử lý “ảo”  Mỗi nhân (core) CPU thường được

tăng thêm một luồng ảo

 Siêu phân luồng giúp ổn định xử lý.

CPU Công nghệ lõi kép (Dual Core)

 Bước tiến tiếp theo của CPU  Gia tăng số lượng lõi trên một đế  Giúp tăng tốc xử lý tín hiệu  Giảm số lượng CPU trên một Main  Giảm điện năng tiêu thụ

CPU Công nghệ lõi kép (Dual Core)

 Việc có hai lõi hoặc nhiều hơn sẽ giúp bộ xử lý hoạt động hiệu quả và có công suất cao hơn, vì mỗi lõi sẽ xử lý ít ứng dụng hơn, giảm hiện tượng bộ xử lý lúc gánh vác phải cùng một công việc của nhiều ứng dụng.  Và tiếp theo là sự kết hợp giữa công nghệ lõi kép và công nghệ siêu phân luồng để đạt được 4 luồng xử lý thực hiện song song. Cho tốc độ xử lý nhanh gấp nhiều lần mà không cần tăng tốc độ xung nhịp.

CPU Một số dòng CPU của Intel



Desktop 

 Server 

  

  

 







Intel® Itanium® 2 processor Intel® Xeon® processor Intel® Xeon® processor MP Intel® Pentium® D processor Intel® Pentium® 4 processor supporting Hyper- Threading Technology Intel® Pentium® 4 processor  Workstation

Intel® Core™2 Extreme processor Intel® Core™2 Duo processor Intel® Core™ Duo processor Intel® Pentium® processor Extreme Edition Intel® Pentium® D processor Intel® Pentium® 4 processor Extreme Edition supporting Hyper-Threading Technology Intel® Pentium® 4 processor supporting Hyper-threading Technology Intel® Pentium® 4 processor Intel® Celeron® D processor Intel® Celeron® processor



 



   Laptop     





Intel® Core™2 Duo processor Intel® Core™ Duo processor Intel® Core™ Solo processor Intel® Pentium® M processor Mobile Intel® Pentium® 4 processor Intel® Celeron® M processor

Intel® Xeon® processor Intel® Pentium® D processor Intel® Pentium® 4 processor supporting Hyper- Threading Technology Intel® Pentium® 4 processor

 Xét trong giới hạn bộ nhớ gắn trên mainboard thì đây là bộ nhớ trực tiếp làm việc với CPU. Nó là nơi CPU lấy dữ liệu và chương trình để thực hiện, đồng thời cũng là nơi chứa dữ liệu để xuất ra ngoài.

 Để quản lý bộ nhớ này người ta tổ chức gộp chúng lại thành nhóm 8 bits rồi cho nó một địa chỉ để CPU truy cập đến. Chính điều này khi nói đến dung lượng bộ nhớ, người ta chỉ đề cập đến đơn vị byte chứ không phải bit như ta đã biết. Bộ nhớ trong gồm 2 loại là ROM và RAM.

Phần cứng máy tính Bộ nhớ trong

 ROM (Read Only Memory) Ðây là loại memory được dùng trong các hãng sản xuất là chủ yếu. Nó có đặc tính là thông tin lưu trữ trong ROM không thể xoá được và không sửa được, thông tin sẽ được lưu trữ mãi mãi. Nhưng ngược lại ROM có bất lợi là một khi đã cài đặt thông tin vào rồi thì ROM sẽ không còn tính đa dụng (xem như bị gắn "chết" vào một nơi nào đó). Ví dụ điển hình là các con "chip" trên motherboard hay là BIOS ROM để vận hành khi máy vi tính vừa khởi động.

Bộ nhớ trong Bộ nhớ ROM

Bộ nhớ trong Bộ nhớ ROM (TT)

 PROM (Programmable ROM) Mặc dù ROM nguyên thủy là không xoá/ghi được, nhưng do sự tiến bộ trong khoa học, các thế hệ sau của ROM đã đa dụng hơn như PROM. Các hãng sản xuất có thể cài đặt lại ROM bằng cách dùng các loại dụng cụ đặc biệt và đắt tiền (khả năng người dùng bình thường không thể với tới được). Thông tin có thể được "cài" vào chip và nó sẽ lưu lại mãi trong chip.

 Một đặc điểm lớn nhất của loại PROM là thông tin chỉ cài đặt một lần mà thôi. CD-R có thể được gọi là PROM vì chúng ta có thể copy thông tin vào nó (một lần duy nhất) và không thể nào xoá được.

Bộ nhớ trong Bộ nhớ ROM (TT)

 EPROM (Erasable Programmable ROM): Một dạng cải tiến hơn PROM là EPROM, chúng ta có thể xoá và viết lại được. Dạng "CD- Erasable" là một điển hình. EPROM khác PROM ở chổ là thông tin có thể được viết và xoá nhiều lần theo ý người xử dụng, và phương pháp xoá là hardware (dùng tia hồng ngoại xoá) cho nên khá là tốn kém và không phải ai cũng trang bị được.

 EEPROM (Electronic Erasable Programmable ROM): Ðây là một dạng cao hơn EPROM, đặt điểm khác biệt duy nhất so với EPROM là có thể ghi và xoá thông tin lại nhiều lần bằng software thay vì hardware. Ví dụ điển hình cho loại EPROM nầy là "CD- Rewritable" nếu bạn ra cửa hàng mua một cái CD-WR thì có thể thu và xoá thông tin mình thích một cách tùy ý. Ứng dụng của EEPROM cụ thể nhất là "flash BIOS". BIOS vốn là ROM và flash BIOS tức là tái cài đặt thông tin (upgrade) cho BIOS. Cái tiện nhất ở phương pháp này là bạn không cần mở thùng máy ra mà chỉ dùng software điều khiển gián tiếp.

 RAM (Random Access Memory) là nơi hệ điều hành và ứng dụng lưu trữ dữ liệu để CPU có thể nhanh chóng truy xuất. Tăng dung lượng RAM đồng nghĩa với việc giảm số lần CPU phải lấy dữ liệu từ Hard Disk, một quá trình mất nhiều thời gian hơn đọc dữ liệu trực tiếp từ RAM. (Thời gian truy xuất RAM được tính = ns trong khi đó thời gian truy xuất HD được tính = ms).

 Máy tính cá nhân cần 1 lượng RAM nhất định cho mỗi ứng dụng, càng nhiều ứng dụng bạn mở, lượng RAM cần dung càng nhiều.  Rất nhiều người nghĩ là RAM khác với ROM trên nhiều khía cạnh nhưng thực tế RAM chẳng qua là thế hệ sau của ROM mà thôi. Cả RAM và ROM đều là "random access memory" cả, tức là thông tin có thể được truy cập không cần theo thứ tự. Tuy nhiên ROM chạy chậm hơn RAM rất nhiều. Thông thường ROM cần trên 50ns để vận hành thông tin trong khi đó RAM cần dưới 10ns.

Bộ nhớ trong Bộ nhớ RAM

 ECC (Error Correction Code) là Code tuân theo một luật nhất định có khả năng phát hiện và sửa lỗi trong từng xung nhịp. Được sử dụng trong DIMM và các thiết bị lưu trữ cao cấp. Một ECC đơn giản có thể sửa 1bit lỗi và phát hiện 2 bit lỗi khác trong khi đó một số ECC khác có thể sửa và phát hiện nhiều bit lỗi đồng thời. ECC DIMM đắt tiền và chỉ được sử dụng trong các hệ thống máy chủ đòi hỏi độ chính xác cao cho dữ liệu lưu trữ.

 Memory Cell : Còn gọi là ô nhớ bao gồm 1 transistor và 1 Capacitors thể hiện trạng thái 0 và 1. Transistor ở đây đóng vai trò như một công tắc để chuyển đổi giữa 2 trạng thái này. Có các cổng Data in - Data out và Write Enable (Mặc định là tắt khi mở thì sẽ chuyển từ chế độ Read sang Write lúc này dữ liệu sẽ được nạp vào).

 Memory Chip: Là tập hợp rất nhiều Row (Hàng) và Column (Cột) . Tưởng tượng Memory Chip như một bảng tính Excel và mỗi một ô chính là Location. Các Row và Column này có địa chỉ riêng. Trong mỗi một Location gồm rất nhiều Memory Cell.

 Memory Bank: Tập hợp các Memory Chip để đồng thời có thể cung cấp đủ

bit dữ liệu tương xứng với bus dữ liệu của CPU.

Bộ nhớ trong Bộ nhớ RAM – Các thuật ngữ

 RAS ( Row Address Strobe ) Là tín hiệu để xác định địa chỉ nhớ theo hàng.

 CAS ( Column Address Strobe) là tín hiệu để xác định địa chỉ nhớ theo cột.  Row Address Decoder: Bộ giải mã

tín hiệu theo hàng.

 Comlumn Address Decoder: Bộ

giải mã tín hiệu theo cột.

 Address Bus là đường truyền tín

hiệu RAS và Cas.

 Data Bus là đường truyền dữ liệu giữa Memory Controler và chip nhớ.

Bộ nhớ trong Bộ nhớ RAM – Các thành phần của chip nhớ

Bộ nhớ trong Bộ nhớ RAM – Cách thức truy cập chip nhớ

 Khi cần truy xuất đến 1 địa chỉ nhớ Memory Controler sẽ gửi các tín hiệu RAS và CAS tương xứng đến Chip nhớ tương ứng với dữ liệu cần lấy.

 Tín hiệu RAS sẽ được Memory Controler truyền theo Address bus. Khi Row Addr Latch nhận được tín hiệu RAS. Nó sẽ chuyển tín hiệu này sang Row Address Decoder để giải mã địa chỉ Row cần được truy xuất. Row này sẽ được kích hoạt.

 Sau đó tín hiệu CAS sẽ được gửi đến Column Address Latch và tương tự Column cần được truy xuất được kích hoạt.

 Có hai loại bộ nhớ RAM cơ bản đó là: SRAM (Static RAM) và

Bộ nhớ trong RAM – Phân loại RAM

DRAM (Dynamic RAM)

 SRAM là loại RAM lưu giữ data mà không cần cập nhật thường xuyên (static) trong khi DRAM là loại RAM cần cập nhật data thường xuyên (high refresh rate). Thông thường dữ liệu trong DRAM sẽ được refresh nhiều lần trong một giây để lưu giữ lại những thông tin đang lưu trữ, nếu không refresh lại DRAM thì dù nguồn điện không ngắt, thông tin trong DRAM cũng sẽ bị mất.  SRAM chạy nhanh hơn DRAM. Nhiều người có thể lầm lẫn là DRAM là "dynamic" cho nên ưu việt hơn. Điều đó không đúng. Trên thực tế, chế tạo SRAM tốn kém hơn hơn DRAM và SRAM thường có kích cỡ lớn hơn DRAM, nhưng tốc độ nhanh hơn DRAM vì không phải tốn thời gian refresh nhiều lần. Sự ra đời của DRAM chỉ là một lối đi vòng để hạ giá sản xuất của SRAM.

 SDRAM (Synchronous DRAM): Ðây là một loại RAM có nguyên lý chế tạo khác hẳn với các loại RAM trước. Như tên gọi của nó là "synchronous" DRAM, synchronous có nghĩa là đồng bộ, nếu bạn học về điện tử số thì sẽ rõ hơn ý nghĩ của tính đồng bộ. RAM hoạt động được là do một memory controller (hay clock controller), thông tin sẽ được truy cập hay cập nhật mỗi khi clock (dòng điện) chuyển từ 0 sang 1, "synchronous" có nghĩa là ngay lúc clock nhảy từ 0 sang 1 chứ không hẳn là clock qua 1 hoàn toàn (khi clock chuyển từ 0 sang 1 hay ngược lại, nó cần 1 khoảng thời gian (interval), tuy vô cùng ngắn nhưng cũng mất 1 khoảng thời gian, SDRAM không cần chờ khoảng interval này kết thúc hoàn toàn rồi mới cập nhật thông tin, mà thông tin sẽ được bắt đầu cập nhật ngay trong khoảng interval.  Bus: 66-100-133Mhz.

Bộ nhớ trong RAM – SDRAM

 DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) Ðây là loại memory cải tiến từ SDRAM. Nó nhân đôi tốc độ truy cập của SDRAM bằng cách dùng cả hai quá trình đồng bộ khi clock chuyển từ 0 sang 1 và từ 1 sang 0. Ngay khi clock của memory chuyển từ 0 sang 1 hoặc từ 1 sang 0 thì thông tin trong memory được truy cập.

 Loại RAM này được CPU Intel và AMD hỗ trợ, tốc độ hiện tại vào khoảng 266Mhz – 533Mhz. (DDR- SDRAM đã ra đời trong năm 2000).

 Bus 266-333-400-533Mhz

Bộ nhớ trong RAM – DDR SDRAM

Bộ nhớ trong RAM – Phân biệt SDRAM & DDR SDRAM

 Hiện nay nhiều người thường nhầm lẫn về cách gọi tên

của các loại RAM.

 SDRAM là tên gọi chung của một dòng bộ nhớ máy tính, nó được phân ra SDR (Single Data Rate) và DDR (Double Data Rate).

 Do đó nếu gọi một cách chính xác, chúng ta sẽ có hai

loại RAM chính là:  SDR SDRAM  DDR SDRAM.

 Cấu trúc của hai loại RAM này tương đối giống nhau, nhưng DDR có khả năng truyền dữ liệu ở cả hai điểm lên và xuống của tín hiệu nên tốc độ nhanh gấp đôi.

 SDRAM

 DDR SDRAM

Bộ nhớ trong RAM – Phân biệt SDRAM & DDR SDRAM

Bộ nhớ trong Tốc độ và băng thông

Băng thông

Tốc độ Bus

PC1600 DDR200

 Đối với DDR thì có hai cách gọi theo tốc độ MHz hoặc theo băng thông.

PC2100 DDR266

 DDR SDRAM chạy gấp đôi

PC2700 DDR333

PC3000 DDR366

PC3200 DDR400

PC3500 DDR433

PC3700 DDR466

PC4000 DDR500

(trên lý thuyết) loại RAM bình thường. Cho nên PC100 bình thường sẽ thành PC200 và nhân lên 8 bytes chiều rộng của DDR SDRAM: PC100: 100 * 2 * 8 = PC1600. PC133: 133 * 2 * 8 = PC2100 PC150: 150 * 2 * 8 = PC2400.

PC4200 DDR533

PC4400 DDR550

PC4800 DDR600

 DDR2 là bộ nhớ DDR thế hệ thứ hai, mở ra khả năng đẩy tốc độ bộ nhớ và băng thông bộ nhớ lên cao hơn.

 Tuy kích thước giống nhau (dài 133mm) và có cấu trúc gần như “sao y bản chính”, hai thế hệ DDR này hoàn toàn không tương thích nhau. Chúng khác nhau về điện thế (DDR 2,5V, DDR2 chỉ 1,8V), số chân (DDR 184 chân, DDR2 tới 240 chân) và tín hiệu của chúng đều khác nhau. Vì thế socket của hai loại DDR này cũng được thiết kế khác nhau, socket DDR2 không thể gắn DDR, và ngược lại.

 Với DDR2, cấu hình Dual Channel cũng linh hoạt hơn. Bạn có thể gắn và thanh 256MB ở một socket kênh 1, và hai thanh 128MB ở hai socket kênh 2

Bộ nhớ trong RAM – DDR2

 DRDRAM (Direct Rambus DRAM) Ðây lại là một bước ngoặc mới trong lĩnh vực chế tạo memory, hệ thống Rambus (cũng là tên của một hãng chế tạo nó) có nguyên lý và cấu trúc chế tạo hoàn toàn khác loại SDRAM truyền thống. Memory sẽ được vận hành bởi một hệ thống phụ gọi là Direct Rambus Channel có độ rộng 16 bit và một clock 400MHz điều khiển. (có thể lên 800MHz)

 Theo lý thuyết thì cấu trúc mới này sẽ có thể trao đổi thông tin với tốc độ 800MHz x 16bit = 800MHz x 2 bytes = 1.6GB/giây. Hệ thống Rambus DRAM như thế nầy cần một serial presence detect (SPD) chip để trao đổi với motherboard. Ta thấy kỹ thuật mới nầy dùng 16bits interface, trông trái hẳn với cách chế tạo truyền thống là dùng 64bit cho memory, bởi thế kỹ thuật Rambus (sở hữu chủ của Rambus và Intel) cho ra đời loại chân Rambus Inline Memory Module (RIMM) tương đối khác so với memory truyền thống.

 Loại RAM này hiện nay chỉ được hỗ trợ bởi CPU Intel Pentum IV, khá

đắt, tốc độ bus vào khoảng 400-800Mhz.

Bộ nhớ trong RAM – DRDRAM

 DRDRAM

Bộ nhớ trong RAM – DRDRAM

 VRAM (Video RAM) Khác với memory trong hệ thống và do nhu cầu về đồ hoạ ngày càng cao, các hãng chế tạo graphic card đã chế tạo VRAM riêng cho video card của họ mà không cần dùng memory của hệ thống chính. VRAM chạy nhanh hơn vì ừng dụng Dual Port technology nhưng đồng thời cũng đắt hơn rất nhiều.

 SGRAM

Bộ nhớ trong RAM – Phân loại RAM

(Synchronous

Graphic

RAM) Là sản phẩm cải tiến của VRAM mà ra, đơn giản nó sẽ đọc và viết từng block thay vì từng mảng nhỏ.

 Flash Memory: Là sản phẩm kết hợp giữa RAM và hard disk. Có nghĩa là Flash memory có thể chạy nhanh như SDRAM mà và vẫn lưu trữ được data khi power off.

 VRAM

Bộ nhớ trong RAM – Phân loại RAM

 SIMM (Single Inline Module Memory): đây là loại RAM giao tiếp 72 chân được sử dụng nhiều ở các mainboard cũ, dung lượng mỗi thanh có thể là: 4MB, 8MB, 16MB, 32MB v.v... Khi lắp lại loại RAM này ta phải lắp theo từng cặp.

 DIMM (Dual Inline Module Memory): Là chuẩn thanh RAM 168 chân có mặt ở các mainboard mới, các thanh này có kích thước 8 MB trở lên và được cắm vào khe DIMM trên mainboard.

 RIMM (Rambus Inline Memory Module): đây là chuẩn giao tiếp dành riêng cho DRD RAM. Loại RAM này ta cũng phải lắp theo từng cặp.

Bộ nhớ trong RAM – Các loại chân cắm giao tiếp

Bộ nhớ trong RAM – Các loại chân cắm giao tiếp

 Đĩa từ:

 Ổ đĩa mềm (FDD)  Ổ đĩa cứng (HDD)

 Đĩa quang  Flash…

Phần cứng máy tính Bộ nhớ ngoài

 Bộ đĩa mềm còn gọi là bộ đĩa dẻo. Trong bộ đĩa mềm truy nhập ngẫu nhiên dữ liệu là có thể được, và vì bản thân đĩa mềm, cũng là phương tiện lưu giữ, có giá thành rẻ và dễ dàng mang theo, nên nó được sử dụng rộng rãi. Là một thiết bị lưu giữ phụ của máy tính cá nhân, nó là một thiết bị được sử dụng thông thường nhất.

Bộ nhớ ngoài Đĩa từ - Đĩa mềm (FDD)

Bộ nhớ ngoài Ổ đĩa mềm

 Để ổ đĩa mềm có thể ghi và đọc được dữ liệu ra từ đĩa mềm, người ta phải định dạng và đánh địa chỉ vào từng đơn vị của đĩa mềm. Phần này do hệ điều hành đảm nhiệm. Để có thể đánh địa chỉ cho đĩa người ta chia cấu trúc vật lý của đĩa mềm như sau:

 Track: là các đường tròn đồng tâm, được chia làm 80 đường được đánh số từ ngoài vào trong, track ngoài cùng mang số 0.  Sector: Là đơn vị quản lý nhỏ nhất trên đĩa 1 Sector = 512 bytes cho mọi loại đĩa. Một track được chia làm nhiều Sector.  Cluster: Đơn vị này được tính theo Sector, 1 Cluster = 1,2,4,8,16,... Sector. Đây là đơn vị truy xuất thông tin trên đĩa, thường thì đĩa mềm 1Cluster = 1sector.

 Head: Vì đĩa mềm có khả năng làm việc trên 2 mặt nên nó có 2 đầu ứng với 2 mặt đó. Để phân biệt hai đầu từ trên người ta đưa ra các giá trị 0 và 1 ứng với 2 đầu từ.

Bộ nhớ ngoài Tổ chức vật lý của đĩa mềm

 Sector header: lưu trữ các thông tin về vị trí đầu đọc , cylinder, và số thứ tự vật lý của sector. Nó cũng đảm nhận luôn nhiệm vụ xác định sector có sử dụng được hay không hoặc sector nào sẽ lưu dữ liệu thay cho sector này. Thông tin cuối cùng mà sector header cung cấp chính là giá trị của việc kiểm tra lỗi chẵn lẽ (CRC), giá trị này giúp cho các chương trình xác định được sector header có chính xác hay không.  Góc rỗng (GAP): đối với một sector sự có mặt của góc rỗng là rất cần thiết. Góc rỗng cung cấp cho đầu đọc/ghi một khoảng thời gian nhất định để nó có thể chuyển từ việc đọc dữ liệu trên sector sang ghi dữ liệu. Khi đọc dữ liệu, đầu từ sẽ bỏ qua góc rỗng.

 Góc rỗng mở rộng (Inter-GAP): Góc rỗng mở rộng thì cung cấp cho đầu đọc 1 khoản thời gian nhất định để đầu đọc có thể chuyển từ việc “ghi trên 1 sector này” sang “đọc sang sector kết tiếp”. Tương tự như Gócrỗng, khi đọc dữ liệu đầu đọc bỏ qua Góc rỗng mở rộng.

 Dữ liệu: Thông thường khi ta format đĩa cứng duới nền Windows hoặc DOS thì một sector có thể chứa được 512 byte dữ liệu. Phần cuối cùng của vùng dữ liệu này chứa thông tin về mã sửa lỗi (ECCs), dùng cho việc phát hiện và sửa lỗi.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc của Sector

 Khi cần không gian để lưu trữ file trên đĩa từ thì đơn vị cấp phát cơ bản là cluster. Ví dụ: ta cần lưu trữ một file có dung lượng 13 KB (giả sử 1 cluster = 4KB). Như vậy khi lưu file này sẽ được tách ra trên 4 cluster lần lượt là: Cluster 1 -> 4KB đầu tiên Cluster 2 -> 4KB tiếp theo Cluster 3 -> 4KB tiếp theo Cluster 4 (cluster cuối cùng): 1KB còn lại của file. Cluster cuối cùng có 3KB bị bỏ trống.

 Như vậy luôn có một khoảng không gian bị bỏ phí trên ổ cứng - đây chính là một trong những điểm khác nhau và tiến bộ giữa các thế hệ FAT File System (Hệ thống tập tin).

Bộ nhớ ngoài Nguyên tắc cấp phát không gian lưu trữ

 Như vậy, ta đã thấy tất cả các điểm trên đĩa mềm đều có thể chỉ định bằng tổ hợp các giá trị (Head, Track, Sector) hay (Head, Track, Cluster). Tuy vậy, trên đây chỉ là cách tổ chức vật lý, rất khó cho quá trình làm việc của máy tính. Do đó, người ta đưa ra cách đánh địa chỉ cho các đơn vị lưu trữ trên đĩa theo logic chính xác và đơn giản hơn.

Bộ nhớ ngoài Tổ chức vật lý của đĩa mềm

 Để quản lý các thông tin trên đĩa mềm người ta tổ chức

cấu trúc logic của nó như sau:

 Boot Sector: Là Sector đầu tiên của đĩa mềm chứa các thông tin về đĩa mềm đó và các đoạn chương trình điều khiển khởi động nếu đó là đĩa khởi động. Khi truy xuất máy tính đọc các thông số này để xác định cấu trúc của đĩa, từ đó xác định vị trí thông tin truy xuất. Nếu là đĩa khởi động thì chương trình khởi động sẽ được thực hiện để tìm ra các file khởi động trên đĩa.

Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm

 Khi đọc dữ liệu từ một file, HĐH sẽ tìm đến Cluster đầu tiên để đọc dữ liệu. Sau đó, đọc dần đến các Cluster tiếp theo cho đến Cluster mang giá trị fff. Sau đây là đoạn trích của một đoạn FAT:

 Các Cluster 003, 004, 005, 009: cùng một file và Cluster 009 là Cluster kết thúc. Cluster 006 thuộc một file khác, Cluster 007, 008 là các Cluster còn trống.

 Như vậy, bảng FAT rất quan trọng đối với đĩa, nó quyết định việc truy xuất thông tin trên đĩa và được sử dụng thường xuyên nên rất dễ bị lỗi. Do đó, trên đĩa người ta phải lưu trữ dự phòng bảng FAT thành 2 bảng là FAT1 và FAT2. Trong đó FAT1 được sử dụng và FAT2 dự trữ, khi FAT1 bị lỗi ta có thể thay FAT1 bằng FAT2 để tiếp tục làm việc.

Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm

 Bảng FAT (File Allocation Table) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1977 với phiên bản FAT12. Sau đó là các phiên bản FAT16 và FAT32  Bản FAT là công cụ lưu giữ các thông tin liên quan đến Cluster trên đĩa. Mỗi điểm vào của bảng FAT là ứng với một giá trị của tổ hợp (Head, Track, Cluster). Toàn bộ bảng FAT là ánh xạ của toàn bộ các đơn vị trên đĩa. Các điểm vào này được đánh địa chỉ tuần tự. Các điểm vào trên FAT của các Cluster trống trên đĩa thì mang giá trị 000, các Cluster đã ghi dữ liệu sẽ được đánh dấu bằng giá trị của Cluster tiếp theo trong chuỗi, nếu là Cluster cuối cùng sẽ mang giá trị fff. Khi ghi một file, HĐH sẽ lần trên bảng FAT tìm Cluster trống và ghi dữ liệu vào Cluster đó trên đĩa, đồng thời gán giá trị cho Cluster đó chỉ đến địa chỉ của các Cluster tiếp theo hoặc mang giá trị kết thúc fff. Trong giai đoạn này, HĐH cũng ghi địa chỉ của Cluster đầu tiên của chuỗi vào bảng thư mục (Root Directory).

 Đĩa mềm sử dụng FAT 12.

Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm

 Root Directory: Là bảng chứa thông tin về thư mục, mỗi điểm vào của bảng là những thông tin về các File hay Thư mục chứa trong thư mục gốc của đĩa. Những thông tin này giúp cho việc đọc dữ liệu trên đĩa. Cấu trúc của bảng có thể được mô tả như sau:

 Nếu là File thì mục Cluster đầu sẽ lưu giữ Cluster đầu tiên của File, được ghi vào khi File được ghi và được sử dụng khi truy cập File. Nếu là thư mục con thì trỏ đến địa chỉ đầu của bảng thư mục con có cấu trúc như bảng thư mục gốc trên.

 Khi truy cập thư mục thì thông tin xuất hiện trên màn hình chính là thông tin chứa trong

bảng thư mục, do đó ta thấy dường như những thông tin này xuất hiện tức thời.

Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm

 Dù rằng công nghệ mới không ngừng phát minh nhiều loại bộ phận lưu trữ một lượng thông tin lớn nhưng đĩa cứng vẫn giữ vị trí quan trọng. Đĩa cứng có hai nhiệm vụ trong máy tính:  Lưu trữ dài hạn các tập tin.  Thiết lập một cấp bộ nhớ để làm bộ nhớ ảo

lúc chạy chương trình.

 Ổ đĩa cứng 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 nên ngày nay đĩa 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.

Bộ nhớ ngoài Ổ đĩa cứng (HDD)

 Các

thành phần quan

trọng của đĩa cứng:  Khung vỏ ổ đĩa  Tấm đĩa  Đầu từ (đầu đọc)  Bộ dịch chuyển đầu từ  Cần đọc  Mô tơ trục quay  Bản mạch  Bộ nhớ đệm

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Khung vỏ đĩa cứng: Bộ khung cơ khí rất quan trọng đối với hoạt động chính xác của ổ đĩa cứng, ảnh hưởng đến sự hợp nhất về cấu trúc, về nhiệt và về điện của ổ đĩa. Khung cần phải cứng và tạo nên một cái nền vững chắc để lắp ráp các bộ phận khác. Các ổ đĩa cứng thường dùng khung nhôm đúc, nhưng các ổ cứng loại nhỏ của máy tính xách tay thường dùng vo plastic. Vật liệu vỏ cụ thể phụ thuộc vào yếu tố hình dạng (form factor) tức là kích thước của ổ cứng. .

 Đầu từ: được chế tạo giống như vi mạch dùng công nghệ quang hóa. Do kích thước nhỏ và nhẹ nên độ rộng của rãnh ghi cũng nhỏ hơn và thời gian dịch chuyển đầu tư nhanh hơn. Trong cấu trúc tổng thể, các đầu đọc/ghi này được gắn vào các cánh tay kim loại dài điều khiển bằng các môtơ. Ðầu từ ổ đĩa cứng có khả năng đọc/ghi được các rãnh rất nhỏ (hơn 1000 rãnh trên một đĩa).

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Môtơ trục quay: Một trong những yếu tố xác định chất lượng của ổ cứng là tốc độ mà đĩa từ lướt qua dưới đầu đọc/ghi. Đĩa từ lướt qua đầu từ với tốc độ khá cao (ít nhất là 3600 vòng/phút).

 Môtơ trục (spindle môtơ) có chức năng làm quay các đĩa từ. Khi môtơ được cấp điện, một từ trường được tạo ra trong các cuốn dây môtơ. Khi điện cắt, năng lượng từ trường lưu trữ trong các cuộn dây môtơ được giải phóng dưới dạng xung điện thế ngược. Kỹ thuật Hãm động (dynamic braking) sẽ sử dụng năng lượng của xung điện thế ngược đó để làm dừng đĩa lại. Nếu tốc độ của ổ cứng (rpm - revolutions per minute - số vòng trên phút) càng cao thì tốc độ truy xuất dữ liệu sẽ càng nhanh.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Bản mạch đĩa cứng: ổ đĩa cứng được điều khiển bởi các mạch điện tử tương đối phức tạp. Mạch điện tử được gắn dưới bộ khung và chứa hoàn toàn các mạch cần thiết để truyền tải các tín hiệu điều khiển và dữ liệu với bộ giao diện vật lý riêng, điều khiển đầu đọc/ghi, thực hiện đọc/ghi theo yêu cầu và để quay các đĩa từ. Mỗi một chức năng kể trên phải được thực hiện hoàn hảo với độ chiính xác cao. Bo mạch điều khiển này bao gồm bộ chip controller, chip input/output IO, bộ nhớ đệm cho ổ cứng (HDD cache), một ổ cắm nguồn 5+ 5- 12- 12+, và chân cắm chuẩn IDE 39/40 chân.

 Bộ dịch chuyển đầu từ: Thách thức lớn nhất trong việc điều khiển đầu tư là giữ cho được nó đúng ngay tâm rãnh mong muốn. Nói cách khác là các nhiễu loại khí động học, các hiệu ứng nhiệt trên đĩa từ và các biến thiên của dòng điều khiển môtơ có thể gây nên sai số trong việc điều định vị trí đầu từ. Vị trí của đầu từ phải luôn luôn được kiểm tra và điều chỉnh kịp thời để đảm bảo vị trí rãnh thật chính xác.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Bộ nhớ đệm: tuy các nhà sản xuất đang ngày càng một nâng cao tốc độ của ổ cứng nhưng chắc chắn là tốc độ truy xuất dữ liệu của ổ cứng sẽ không bao giờ có thể nhanh bằng RAM. Để giảm bớt phần nào khoảng cách đó, các nhà sản xuất phần cứng và phần mềm đã tạo ra bộ đệm ổ cứng (disk cache). Bộ đệm của ổ cứng sử dụng một phần của RAM để lưu trữ những thông tin thường xuyên được các ứng dụng truy nhập. Chính việc lưu trữ những thông tin này trên RAM, bộ đệm đã giúp tốc độ truy xuất dữ liệu nhanh hơn và giúp kéo dài tuổi thọ của ổ cứng. Nguyên tắc hoạt động của bộ đệm khá đơn giản: những dữ liệu thường xuyên được truy nhập sẽ được lưu trữ trong RAM khi đó nếu có ứng dụng yêu cầu truy cập những dữ liệu này thì những dữ liệu này sẽ được lấy ra trực tiếp từ RAM chứ không cần ổ cứng phải làm những công vịêc như: quay đĩa, xác định vị trí đầu đọc, tìm kiếm…

 Bộ nhớ đệm càng cao thì tốc độ truy xuất dữ liệu trên ổ cứng sẽ nhanh

hơn rất nhiều và vấn đề sai sót dữ liệu cũng rất thấp.

 Có 4 kiểu bộ đệm ổ cứng chính.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Bộ đệm “mềm” (Software disk caches): sử dụng một phần bộ nhớ chính của máy để truy xuất và lưu trữ tạm thời một phần dữ liệu của ổ cứng. Loại bộ đệm này do một chương trình tao và quản lý cho nên không cần đế những phần cứng hỗ trợ đặc biệt. VCACHE chính là một ví dụ thực tế về bộ đệm mềm.

 Bộ đệm “cứng” (on-board disk caches): sử dụng bộ nhớ và bộ điều khiển cache được thiết kế ngay trên board mạch của ổ cứng. Mặc dù nó không hề sử dụng bất cứ một phần RAM nào của bộ nhớ chính để làm công việc lưu trữ tạm thời nhưng chúng có dung lượng rất thấp (128KB->2MB cá biệt có thể lên đến 4MB) và cực kỳ đắt tiền.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Bộ đệm “riêng” (disk caching controllers): tương tự như bộ đệm cứng, bộ đệm riêng sử dụng bộ nhớ riêng (có cấu trúc khác RAM) nhưng bộ nhớ và bộ điều khiển mà bộ đệm này sử dụng là bộ nhớ và chíp điều khiển được gắn riêng rẽ trên một card điều khiển chứ không phải là trên board mạch của ổ cứng và lẽ dĩ nhiên giá thành của chúng rất đắt. Tuy nhiên, bộ đệm riêng lại hoạt động tốt và nhanh hơn rất nhiều so với bộ đệm cứng vì nó vượt qua được một số giới hạn của những phần của ổ cứng mà bộ đệm cứng luôn bị ảnh hưởng.

 Buffers : Buffers gặp rất nhiều giới hạn trong các quá trình giao tiếp và chuyển đổi dữ liệu bởi vì khả năng quản lý dữ liệu của nó rất kém. Khi lưu trữ dữ liệu tạm thời, buffer lưu trữ một lúc cả một track vì thế nếu muốn tìm một sector nào trên track này thì hệ điều hành lại phải tiếp tục tìm kiếm trên track mà buffer cung cấp - chậm hơn hẳn so với cache.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 VCACHE : Windows có một driver ảo gọi là VCACHE có nhiệm vụ quản trị bộ nhớ đệm cho ổ cứng. VCACHE chính là một sự thay thế cho “bộ đệm mềm” của DOS và các version Windows trước đó (thường được gọi là SmartDrive). VCACHE có khả năng thay đổi rất nhanh dung lượng bộ nhớ mà nó sử dụng, điều mà các trình quản lý bộ đệm trong DOS không thể làm được. Khi đĩa cứng hoạt động liên tục (chép file hoặc đọc file lớn) trong khi đó việc truy cập bộ nhớ lại thấp thì nó sẽ tự động điều chỉnh kích thước bộ đệm (tăng lên) cho phù hợp để RAM có thể chia sẻ bớt một phần công việc của đĩa cứng. Nguợc lại, khi ổ cứng ít hoạt động (ít truy xuất dữ liệu) nhưng RAM lại liên tục có lệnh truy xuất (khi chạy các ứng dụng tính toán cao cấp) thì nó sẽ tự động điều chỉnh kích thước bộ đệm (giảm xuống) để có được dung lượng RAM tối đa cho các ứng dụng tính toán. Nó sử dụng quá trình “đọc trước – ghi từ cache xuống” (read-ahead and write-behind caching).

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Tấm đĩa cứng được làm từ vật liệu nền cứng như nhôm, thủy tinh hay gốm. Lớp vật liệu nền được phủ một lớp tiếp xúc bám (nickel) phía trên lớp tiếp xúc bám là màng từ lưu trữ dữ liệu (Cobalt). Bề mặt trên cùng được phủ một lớp chống ma sát (graphit hay saphia ). Do cấu tạo cơ học bền, đĩa cứng có thể quay với tốc độ lớn (3600 vòng/phút hoặc lớn hơn nữa).

 Các ổ đĩa cứng hiện đại ngày nay có mật độ thông tin vào khoảng 100

đến 300 Mbit trong một inch vuông.

 Hai yếu tố quan trọng quyết định đến mật độ lưu trữ cao là:

 Cấu trúc hạt của vật liệu từ thật nhỏ,  Bề mặt đĩa thật phẳng để giữ khoảng cách giữa đầu đọc và mặt đĩa

tại giá trị tối thiểu.

 Ðĩa từ sau khi phủ lớp phim nhạy từ và lớp bảo vệ được đánh bóng và ghép vào trục động cơ. ổ đĩa có thể có một hay nhiều đĩa chồng lên nhau. Trước khi định vị chồng đĩa, chồng đầu từ được ghép xen kẽ giữa các đĩa.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng – Tấm đĩa

 Khác với đĩa mềm, do tốc độ quay nhanh, đầu đọc/ghi không được tiếp xúc với bề mặt đĩa cứng. Ðầu đọc được giữ cách xa mặt đĩa qua một lớp đệm không khí. Lớp đệm không khí này được hình thành khi dĩa quay với tốc độ cao.

 Khoảng cách giữa đầu từ và mặt đĩa chỉ vào khoảng vài micrômét, nhỏ hơn rất nhiều một hạt bụi khói trung bình. Vì thế phía bên trong ổ đĩa cứng cần được giữ thật sạch. Người sử dụng không được phép mở ổ đĩa trong môi trường bình thường. Ðể sản xuất hoặc sửa chữa đĩa cứng người ta cần đến môi trường siêu sạch như thường gặp trong công nghiệp vi điện tử.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng

 Đĩa cứng rất giống đĩa mềm. Do đó, về cấu tạo và tổ chức của nó cũng giống nhau gồm Head, Track, Sector, Cluster, FAT. Tuy nhiên, chúng cũnng có thêm một số khác biệt như sau:

hợp

tập

 Do có cấu trúc nhiều đĩa nên số đầu từ của ổ đĩa cứng cũng nhiều hơn và được đánh số từ 0 cho lớp trên cùng và tăng dần dưới. xuống lý do như Cũng vì trên mà trong ổ đĩa cứng còn có khái niệm Cylinder là hình trụ, các Track có cùng chỉ số.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc vật lý ổ cứng

 Do dung lượng đĩa cứng lớn nên để nguyên ổ đĩa như vậy sẽ gây khó khăn cho việc tổ chức cũng như tìm kiếm thông tin trên đĩa. Để khắc phục tình trạng trên, người ta cho phép chia ổ đĩa cứng thành nhiều phần có kích thước nhỏ hơn.

 Mỗi phần này hoạt động tương tự như một ổ đĩa cứng riêng biệt gọi là Partition. Để quản lý các Partition này, người ta dùng bảng Master Boot Record để lưu giữ các thông tin này, toàn bộ cấu trúc logic của đĩa cứng như sau:

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc logic ổ cứng

 Master Boot Record: là Sector đầu tiên của ổ đĩa cứng, nó chứa các thông tin về các Partition như số thứ tự, tên ổ đĩa logic, trạng thái, kích thước của Partition v.v... gọi là các điểm vào. Mỗi Master Boot Record có thể quản lý 4 điểm vào, mỗi điểm vào có kích thước 16 bytes, như vậy cần 64 bytes để lưu giữ các điểm vào này gọi là bảng Partition. Không gian còn lại của Sector này được lưu trữ chương trình Bootrap của đĩa khởi động.

 Như trên, ta thấy mỗi Master Boot Record chỉ chứa 4 điểm vào, vậy mỗi đĩa cứng chỉ phân tối đa thành 4 phần. Để khắc phục điều này, người ta lấy Sector đầu tiên của Partition thứ 4 để quản lý các phần chia tiếp theo như là một Master Boot Record thực thụ gọi là Master Boot Record phụ, cứ như thế mà ta có thể chia đĩa cứng thành nhiều phần khác nhau.

 Master Boot Record được tạo ra bởi chương trình Fdisk của DOS, do đo, ta có thể khôi phục lại nó bằng lệnh này khi nó bị hỏng với tham số mbr, tức là lệnh Fdisk /mbr.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc logic ổ cứng

 Partition (Phân khu): Là phần được chia bởi ổ đĩa cứng, nó làm việc như một ổ đĩa biệt lập và có cấu trúc giống hệt như ổ đĩa mềm. Thông tin về Partition được lưu giữ trong bảng Partition trên Master Boot Record. Đối với các hệ điều hành DOS và Windows chỉ cho phép khởi động ở Partition đầu tiên. Ngoài ra, còn có một số hệ điều hành cho phép khởi động từ các Partition khác. Để phân đĩa cứng thành các Partition, ta dùng lệnh Fdisk của DOS, theo dõi các trình đơn của tiện ích này để chia đĩa cứng và tạo Partition khởi động.

Bộ nhớ ngoài Cấu trúc logic ổ cứng

 Bảng FAT đĩa cứng: Về cơ bản, bảng FAT ổ cứng giống hệt như việc tổ

chức trên đĩa mềm, song chúng chỉ khác nhau về kích thước.

 FAT12 được dùng cho ổ đĩa mềm, ổ đĩa có dung lượng từ 32MB trở xuống. FAT12 sử dụng 12 bit để đếm nên chỉ có khả năng quản lý các ổ đĩa có dung lượng thấp hơn 32Mb với số lượng cluster thấp. Đối với đĩa mềm, do kích thước đĩa hạn chế nên chỉ cần dùng 12 bits để đánh địa chỉ là đủ, thường được gọi là FAT 12.

 FAT16 Với hệ điều hành MS-DOS, hệ thống tập tin FAT (FAT16 – để phân biệt với FAT32) được công bố vào năm 1981 đưa ra một cách thức mới về việc tổ chức và quản lý tập tin trên đĩa cứng, đĩa mềm. Tuy nhiên, khi dung lượng đĩa cứng ngày càng tăng nhanh, FAT16 đã bộc lộ nhiều hạn chế. Với không gian địa chỉ 16 bit, FAT16 chỉ hỗ trợ đến 65.536 liên cung (cluster) trên một partition, gây ra sự lãng phí dung lượng đáng kể (đến 50% dung lượng đối với những ổ đĩa cứng trên 2 GB).

Bộ nhớ ngoài Hệ thống tập tin

 FAT32: Được giới

thiệu trong phiên bản Windows 95 Service Pack 2 (OSR 2), được xem là phiên bản mở rộng của FAT16. Do sử dụng không gian địa chỉ 32 bit nên FAT32 hỗ trợ nhiều cluster trên một partition hơn, do vậy không gian đĩa cứng được tận dụng nhiều hơn. Ngoài ra với khả năng hỗ trợ kích thước của phân vùng từ 2GB lên 2TB và chiều dài tối đa của tên tập tin được mở rộng đến 255 ký tự đã làm cho FAT16 nhanh chóng bị lãng quên. Tuy nhiên, nhược điểm của FAT32 là tính bảo mật và khả năng chịu lỗi (Fault Tolerance) không cao.

 Tuy nhiên, với một ổ đĩa nhỏ mà ta dùng bảng FAT lớn sẽ gây lãng phí không gian chứa bảng FAT và ảnh hưởng đến tốc độ truy tìm.

Bộ nhớ ngoài Hệ thống tập tin

 NTFS (New Technology File System) là một hệ thống tập tin được Microsoft giới thiệu vào tháng 7 năm 1993 cùng với hệ điều hành Windows NT version 3.1. Các hệ điều hành Windows NT sau đó, Windows 2000, Windows XP và Windows Server 2003 đều hổ trợ NTFS.

 Hệ thống file NTFS có khả năng hoạt động cao và có chức năng tự sửa chữa. Nhờ có tính năng lưu giữ lại các thông tin xử lý, NTFS có khả năng phục hồi file cao hơn trong những trường hợp ổ đĩa có sự cố. Nó hỗ trợ chế độ bảo mật ở mức độ file, nén và kiểm định. Nó cũng hỗ trợ các ổ đĩa lớn và các giải pháp lưu trữ mạnh mẽ như RAID.

 NTFS tăng cường khả năng lưu trữ, tính bảo mật cho tập tin và thư mục, khả năng mã hóa dữ liệu đến từng tập tin. Ngoài ra, NTFS có khả năng chịu lỗi cao, cho phép người dùng đóng một ứng dụng “chết” (not responding) mà không làm ảnh hưởng đến những ứng dụng khác. Tuy nhiên, NTFS lại không thích hợp với những ổ đĩa có dung lượng thấp (dưới 400 MB) và không sử dụng được trên đĩa mềm.

 NTFS hiện có các phiên bản: v1.0, v1.1, v1.2 ở các phiên bản Windows NT 3.51 và 4, v3.0 ở phiên bản Windows 2000, v3.1 ở các phiên bản Windows XP và Windows Server 2003. Riêng Windows XP và Windows Server 2003 còn hỗ trợ các phiên bản v4.0, v5.0, v5.1.

Bộ nhớ ngoài Hệ thống tập tin

Bộ nhớ ngoài Các thông số cần lưu ý

 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.

Bộ nhớ ngoài Các thông số cần lưu ý

 IDE: khái niệm IDE (Integrated Device Electronics) được Western Digital và Compaq đưa ra năm 1986. IDE không phải là chuẩn phần cứng mà chỉ là một phần trong bộ đặc tả giao tiếp công nghiệp ATA (AT Attachment) Việc tích hợp bộ điều khiển IDE lên ổ đĩa cứng được xem là một bước tiến rất quan trọng vì tách biệt được chức năng điều khiển ra khỏi chuẩn giao tiếp. Nhờ vậy, nhà sản xuất có thể độc lập nghiên cứu nâng cao băng thông mà không làm thay đổi giao tiếp; đạt được cả yếu tố thời gian và hiệu quả đầu tư.

 IDE đáp ứng được hai yếu tố quan trọng là chi phí rẻ và tương thích rộng. Đặc tả IDE được thiết kế hỗ trợ 2 ổ đĩa cứng gắn trong dung lượng tối đa 528 MB/ổ đĩa (băng thông tối đa chỉ lên đến 2MBps hoặc 3MBps)

 Năm1993, Western Digital đưa ra chuẩn EIDE (Enhanced IDE) để giải quyết 'thắt cổ chai' ATA. EIDE hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu cao 16,6MBps và đĩa cứng dung lượng 137GB. Bốn thiết bị có thể gắn trên một hệ thống EIDE và được chia thành hai kênh. Mỗi kênh hỗ trợ hai thiết bị và phân biệt thứ bậc master/slave (chính/phụ).

Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - IDE

 Chuẩn Parallel ATA (P-ATA) được phát triển từ giao tiếp IBM Advanced Technology (AT), thực hiện nhiệm vụ định nghĩa tập lệnh và thanh ghi để tạo nên ngôn ngữ giao tiếp giữa ổ đĩa lưu trữ với PC.

 ATA-2:có thể truyền với tốc độ 16,6MBps.  ATA-3 có thêm tính năng tự phân tích và báo cáo (Self- Monitoring Analysis and Reporting Technology - SMART) giúp tăng độ tin cậy của ổ đĩa cứng

 ATA-4, kể cả Ultra ATA tăng gấp đôi băng thông dữ liệu 33,3MBps. còn bổ sung chế độ Ultra DMA mode 2 (33,3MBps). ATA-4 được tích hợp vào đặc tả AT Attachment Program Interface (ATAPI) chung cho cả ổ CD-ROM, ổ băng và thiết bị lưu trữ di động. Ultra ATA còn nâng độ chính xác dữ liệu bằng cách dùng mã phát hiện lỗi truyền dữ liệu Cyclical Redundancy Checking (CRC).

Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - ATA

 ATA-5, gồm cả Ultra ATA/66, tăng băng thông gấp đôi so với Ultra ATA. Nhiễu điện từ bắt đầu xuất hiện rõ rệt nên tuyến cáp 40 dây trước đây dùng trong chuẩn ATA và Ultra ATA buộc lòng phải thay thế. Tuyến cáp mới có đến 80 dây, trong đó dùng 40 dây làm vật dẫn tiếp đất. Tuy nhiên, đầu nối vẫn giữ nguyên thiết kế 40 chân nên ổ đĩa Ultra ATA/66 hoàn toàn tương thích với thiết bị Ultra ATA/33 và DMA, EIDE/IDE, ổ CD-ROM,... Đặc tả ATA-5 giới thiệu mã phát hiện lỗi CRC mới và có thêm chế độ Ultra DMA mode 3 (44,4MBps) và mode 4 (66,6MBps).

 ATA-6, còn được gọi là Ultra DMA mode 5, cũng xuất hiện không lâu sau. Tăng tốc độ truyền dữ liệu lên mức tối đa 100MBps. Mặc dù mọi người đều xem Ultra ATA/100 như phiên bản cuối cùng của giao tiếp Parallel ATA trước khi chuyển sang Serial ATA. Tuy nhiên, vào giữa năm 2001, chuẩn ATA/133 (Ultra DMA 133) lại ra đời 'ngoài kế hoạch' và nâng băng thông lên 133MBps.

Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - ATA

 SATA (Serial Advanced Technology Attachment) Vào năm 1999, một số công ty gồm APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum và Seagate Technologies quyết định hợp tác thiết kế chuẩn giao tiếp Serial ATA cho ổ cứng và thiết bị ATA Packet Interface (ATAPI) với mục tiêu thay thế Parallel ATA. So với Parallel ATA, Serial ATA dùng điện áp thấp, đầu chân cắm nhỏ gọn và ít dây hơn. Đặc biệt, Serial ATA tương thích hoàn toàn với phần mềm trước đây dành cho thiết bị Parallel ATA và ATAPI.

 Thế hệ sản phẩm Serial ATA đầu tiên xuất hiện trên thị trường vào giữa 2002, đạt tốc độ 150MBps. Các phiên bản kế tiếp có thể đạt băng thông 300MBps và 600MBps.

Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - SATA

 So sánh giữa PATA và SATA

Bộ nhớ ngoài Một số chuẩn giao tiếp ổ cứng

Parallel ATA

Serial ATA

Băng thông

100/133 MB/Secs

150/300/600 MB/Secs

Volts

5V /12V

250mV

Số chân

40

7

Chiều dài cáp tối đa

18 inch (45.72cm)

1 meter (100cm)

Cable

Rộng bản

Mỏng

Gọn gàng

Tính thông thoáng

Cáp rộng bản nên chiếm diện tích

 SCSI: Có thể kết nối 8 thiết bị lưu giữ phụ như đĩa cứng và đĩa CD-ROM có thể kết nối liên tiếp thiết bị này sau thiết bị khác. Điều này được gọi là chuỗi cánh hoa. Một IDC số hiệu để phân biệt các thiết bị khác nhau được gán cho một thiết bị được kết nối và một điện trở được gọi là đầu cuối, chỉ ra rằng thiết bị đầu cuối được nối.

Luồng dữ liệu theo 2 chiều

Thiết bị đầu cuối

MO

Đĩa cứng

CD-ROM

Lớn nhất có thể có 8 thiết bị

Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng

Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng

SCSI

 Ổ cứng chuẩn SCSI

Băng thông

20/40/80

MB/Secs

50/63

Số chân

Rộng bản

Cable

8/16 thiết bị

Peer-to-Peer (nối ngang hàng)

 Một phương pháp giúp tăng cường độ an toàn của thông tin trên đĩa từ là dùng một mảng đĩa từ. Mảng đĩa từ này được gọi là Hệ thống đĩa dự phòng (RAID - Redundant Array of Independent Disks). Cách lưu trữ dư thông tin làm tăng giá tiền và sự an toàn (ngoại trừ RAID 0)

 Cơ chế RAID có các đặc tính sau:

 RAID là một tập hợp các ổ đĩa cứng (vật lý) được thiết lập theo một kỹ thuật mà hệ điều hành chỉ “nhìn thấy” chỉ là một ổ đĩa (logic) duy nhất.

 Với cơ chế đọc/ghi thông tin diễn ra trên nhiều đĩa (ghi đan chéo

hay soi gương).

 Trong mảng đĩa có lưu các thông tin kiểm tra lỗi dữ liệu; do đó, dữ liệu có thể được phục hồi nếu có một đĩa trong mảng đĩa bị hư hỏng.

Bộ nhớ ngoài Công nghệ RAID

 RAID 0: một dữ liệu được phân bố đều trên nhiều đĩa, đặc tính này

giúp tăng tốc độ lưu trữ lên rất cao.

 RAID 1: những nội dung giống nhau được ghi trong 2 đĩa cứng với dung lượng như nhau. Một trong 2 đĩa thao tác liên tục và đĩa kia được sử dụng như bản sao lưu.

 RAID 5: Đây có lẽ là dạng RAID mạnh mẽ nhất, với 3 hoặc 5 đĩa cứng riêng biệt. Dữ liệu và bản sao lưu được chia lên tất cả các ổ cứng

 RAID 0 +1: Hệ thống RAID kết hợp 0+1 tổng hợp ưu điểm của cả hai “đàn anh”. Tuy nhiên chi phí cho một hệ thống kiểu này khá đắt, cần tối thiểu 4 đĩa cứng để chạy RAID 0+1. Dữ liệu sẽ được ghi đồng thời lên 4 đĩa cứng với 2 ổ dạng Striping tăng tốc và 2 ổ dạng Mirroring sao lưu. 4 ổ đĩa này phải giống hệt nhau và khi đưa vào hệ thống RAID 0+1, dung lượng cuối cùng sẽ bằng ½ tổng dung lượng 4 ổ, ví dụ bạn chạy 4 ổ 80GB thì lượng dữ liệu “thấy được” là (4*80)/2 = 160GB.

Bộ nhớ ngoài Các công nghệ RAID

 Thực ra, kỹ thuật này không nằm trong số các kỹ thuật có cơ chế an toàn dữ liệu. Khi mảng được thiết lập theo RAID 0, ổ đĩa logic có được có dung dượng bằng tổng dung lượng của các ổ đĩa thành viên. Dữ liệu được ghi phân tán trên tất cả các đĩa trong mảng.

 Tuy nhiên, như đã nói ở trên, kỹ thuật này không có cơ chế an toàn dữ liệu, nên khi có bất kỳ một hư hỏng nào trên một đĩa thành viên trong mảng cũng sẽ dẫn đến việc mất dữ liệu toàn bộ trong mảng đĩa. Xác suất hư hỏng đĩa tỉ lệ thuận với số lượng đĩa được thiết lập trong RAID 0. RIAD 0 có thể được thiết lập bằng phần cứng (RAID controller) hay phần mềm (Stripped Applications).

Bộ nhớ ngoài Sử dụng Rai

Bộ nhớ ngoài Cáp kết nối ổ cứng

Bộ nhớ ngoài Kết nối nhiều ổ đĩa

 Các loại đĩa IDE giao tiếp với hệ thống thông qua Bus cắm vào hai khe cắm IDE1 và IDE2 trên Mainboard. Mỗi khe cắm cho dùng chung hai thiết bị làm việc theo chế độ khách chủ. Như vậy, trên toàn bộ máy tính sử dụng ổ đĩa IDE có thể sử dụng 4 ổ đĩa như sau:  Primary Master.  Primary Slave  Secondary Master.  Secondary Slave.

lập,

 Để thiết lập chế độ Master, Slave cho ổ đĩa cứng ta cắm lại Jump thiết thường được chỉ dẫn trực tiếp trên đĩa cứng hoặc Catalogue đi cùng. Tuy nhiên, một số loại đĩa cứng tự động nhận Master khi cắm cùng với các ổ đĩa khác.

 Đối với loại đĩa giao diện SCSI thì cần phải có Card giao diện SCSI để điều khiển đĩa này. Card này được cắm vào bus PCI hay ISA của Mainboard. Cácloại đĩa này cho phép sử dụng tối đa 7 thiết bị.

Bộ nhớ ngoài Kết nối nhiều ổ đĩa

Bộ nhớ ngoài Set Jum ổ cứng

 Các chế độ chạy của ổ

cứng:  Master or Single Driver  Slave  Cable select

 Dùng jum để set cho ổ cứng chạy ở chế độ ta mong muốn.

Bộ nhớ ngoài Set Jum ổ cứng

 Để đĩa từ có thể làm việc được ta cần phải định dạng

(format) nó để tạo ra cấu trúc logic.

 Đĩa mềm:

 Trong DOS, ta dùng lệnh “Format a:”. Nếu muốn đĩa này thành đĩa khởi động ta thêm thông số /s vào lệnh Format như sau Format a: /s để HĐH copy các file hệ thống vào đĩa giúp nó trở thành đĩa khởi động.

 Đĩa cứng: Toàn bộ quá trình định dạng có thể chia thành các bước

như sau:  Định dạng cấp thấp  Phân chia đĩa  Định dạng cấp cao

Bộ nhớ ngoài định dạng đĩa từ

 Đối với một ổ cứng mới ta phải LLF, Fdisk & Format thì mới sử dụng được. Sở dĩ khi ta mua một HDD mới về chỉ cần Fdisk, format là sử dụng được không cần phải LLF là do nhà sản xuất đã LLF trước khi đưa HDD ra thị trường. LFF làm nhiều chuyện như chia track, tạo Track Number, chia Sector, tạo byte CRC (Cyclic Redundancy Check)… Giữa hai sector kế tiếp nhau trên cùng một Track LLF sẽ chừa lại một khoảng trống gọi là Gap, khoảng trống nàydùng để dự phòng trường hợp đầu từ bị lệch, no vẫn có thể đọc được Sector tiếp theo hoặc dự phòng trong trường hợp Bad Sector.

 Để định dạng cấp thấp ta nên dùng các chương trình Disk

Manager riêng của từng nhãn hiệu.

 Low level format trước đây hay dùng cho đĩa cứng cũ nhưng với

đĩa cứng mới sau này, thường thay tên khác là Zero-fill

Bộ nhớ ngoài Định dạng cấp thấp (Low Level Format)

Bộ nhớ ngoài Định dạng cấp thấp

 Không Fdisk được HDD: trường hợp này bắt buộc dùng LLF, đơn giản không Fdisk thì không Format được dĩ nhiên là sẽ không dùng được. Không Fdisk được: chạy Fdisk báo “No fixed disk present” hoặc khi vào Fdisk được nhưng thao tác tiếp theo thì treo máy.

 Không format được HDD: như trường hợp trên máy sẽ báo “Bad Track 0 - Disk

Unsable”

 Các trường hợp sau vẫn có thể không dùng LFF hoặc tùy bạn quyết định. Nhưng hãy nhớ

Đừng quá lạm dụng  Khi đang format thì máy báo Trying to recover allocation uint xxxx. Lúc này máy báo cho ta biết Cluster xxxx bị hư và nó đang cố gắng phục hồi lại cluster đó, nhưng thông thường cái ta nhận được là 1 Bad Sector.

 Khi chạy Scandisk hay NDD (Norton Disk Doctor) hay bất kỳ phần mềm kiểm tra bề

mặt đĩa (Surface Scan) nào ta sẽ gặp rất nhiều Bad Sector.

 Đang chạy bất kỳ ứng dụng nào nhận được 1 câu thông báo như “Error reading data on driver C:, Retry, Abort, Ignore, Fail?” hoặc “Sector not found on driver C:, Retry, Abort, Ignore, Fail?”“A serious error occur when reading driver C:, Retry or Abort?”

 Phân chia đĩa: Phân chia đĩa cứng thành nhiều thành phân vùng (Partition) để tạo các ổ đĩa logic như đã trình bày ở trên. Chức năng này do chương trình Fdisk của hệ điều hành đảm nhiệm, chương trình tạo ra các Partition, xác định Partition cho phép khởi động và tạo ra Master Boot Record chứa bảng các thông số về Partition. Ngoài ra, chương trình cũng cho phép xem, sửa và xóa các Partition đã có.

 Để chia đĩa ta dùng các chương trình: fdisk (chạy trên trường DOS), Patition Magic (chạy trên môi

môi trường DOS hoặc Windows)…

Bộ nhớ ngoài Phân chia đĩa cứng

 Định dạng cấp cao: Đây là phần xác định các thông số logic, cấu hình các Partition đã được chia để nó làm việc như một ổ đĩa thực thụ. Phần này do chương trình Format của hệ điều hành đảm nhiệm, nhằm tạo ra Boot Sector, FAT, Root Directory v.v...

 Khi muốn tạo ra đĩa khởi động ta dùng lệnh sau đối với các Partition đã được thiết kế khởi động trong phần phân đĩa ở trên:  Format Tên ổ đĩa logic : / s.  Đối với các Partition không cần khởi động ta dùng lệnh sau để tạo một ổ đĩa lưu dữ liệu bình thường: Format Tên ổ đĩa logic. Kết thúc các quá trình này ta đã kết thúc quá trình định dạng đĩa cứng và có thể sử dụng bình thường.

Bộ nhớ ngoài Định dạng đĩa cứng

Phần cứng máy tính Bộ nhớ ảo

 Trước đây, khi độ dài của chương trình vượt quá giới hạn dung lượng bộ nhớ thì người lập trình phải phân chia chương trình của mình thành từng phần tự loại bỏ nhau (overlays) và phải tự quản lý việc trao đổi thông tin giữa bộ nhớ và đĩa từ. Bộ nhớ ảo làm nhẹ trách nhiệm của các nhà lập trình bằng cách làm cho việc trao đổi thông tin này được thực hiện một cách tự động.

 Trong các bộ xử lý hiện đại, bộ nhớ ảo được dùng để cho phép thực hiện cùng lúc nhiều tiến trình (process), mỗi tiến trình có một không gian định vị riêng. Nếu tất cả các không gian định vị này đều thuộc không gian định vị bộ nhớ trong thì rất tốn kém. Bộ nhớ ảo bao gồm bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài được phân tích thành khối để có thể cung cấp cho mỗi chương trình một số khối cần thiết cho việc thực hiện chương trình đó.

 Ta

một thấy chương trình chứa trong bộ nhớ ảo gồm 4 khối:  3 trong 4 khối nằm ở bộ nhớ trong, khối thứ tư nằm trên đĩa cứng (Trang D)

Phần cứng máy tính Bộ nhớ ảo

 Ra đời vào năm 1978, đây là sản phẩm của sự hợp tác nghiên cứu giữa hai công ty Sony và Philips trong công nghiệp giải trí.

 Từ năm 1980 đến nay, đĩa nghiệp công quang triển phát mạnh trong cả hai lĩnh vực giải trí và lưu trữ dữ liệu máy tính.

Bộ nhớ ngoài Đĩa quang

 Tương tự như đĩa từ, đĩa quang là môi trường lưu trữ dữ liệu ngay cả khi mất nguồn điện. Ðiểm khác nhau giữa đĩa quang và dĩa từ nằm ở phương pháp lưu trữ vật lý. Thông tin dược lưu trữ trên đĩa quang dưới dạng thay đổi tính chất quang trên bề mặt đĩa. Tính chất này được phát hiện qua chất lượng phản xạ một tia sáng của bề mặt đĩa. Tia sáng này thường là một tia LASER với bước sóng cố định (790nm đến 850nm). Bề mặt đĩa được thay đổi khi ghi để có thể phản xạ tia laser tốt hoặc kém. Tia laser được hội tụ vào một điểm rất nhỏ trên mặt đĩa, vì thế đĩa quang có dung tích lưu trữ lớn hơn nhiều lần so với đĩa từ.

 Hai nhược điểm chính của đĩa quang là:

 Chỉ ghi dược một lần (nay đã dược khắc phục với đĩa CD-WR),  Tốc độ đọc chậm hơn đĩa từ.

Bộ nhớ ngoài Đĩa quang

 Trên CD được khắc các lỗ sâu 0,12 micron và rộng 0,6 micron. Các lỗ này được bố trí theo một track hình xoắn ốc với khoảng cách 1,6 micron giữa các vòng, khoảng 16.000 track/inch. Các lỗ (pit) và nền (land) kéo dài khoản 0,9 đến 3,3 micron. Track bắt đầu từ phía trong và kết thúc ở phía ngoài theo một đường khép kín các rìa đĩa 5mm.

 Dữ liệu lưu trên CD thành từng khối, mỗi khối chứa 2.352 byte. Trong đó, 304 byte chứa các thông tin về bit đồng bộ, bit nhận dạng (ID), mã sửa lỗi (ECC), mã phát hiện lỗi (EDC). Còn lại 2.048 byte chứa dữ liệu. Tốc độ đọc chuẩn của CD-ROM là 75 khối/s hay 153.600 byte/s hay 150KB/s (1X).

Bộ nhớ ngoài Tổ chức dữ liệu trên bề mặt đĩa

 Quá trình đọc thông tin dựa trên sự phản chiếu của các tia laser năng lượng thấp từ lớp lưu trữ dữ liệu. Bộ phận tiếp nhận ánh sáng sẽ nhận biết được những điểm mà tại đó tia laser bị phản xạ mạnh hay biến mất do các vết khắc (pit) trên bề mặt đĩa. Các tia phản xạ mạnh chỉ ra rằng tại điểm đó không có lỗ khắc và điểm này được gọi là điểm nền (land).  Bộ nhận ánh sáng trong ổ đĩa thu nhận các tia phản xạ và khuếch tán được khúc xạ từ bề mặt đĩa. Khi các nguồn sáng được thu nhận, bộ vi xử lý sẽ dịch các mẫu sáng thành các bit dữ liệu hay âm thanh.

Bộ nhớ ngoài Cách thức truy cập dữ liệu trên đĩa quang

 Ðiểm khác nhau giữa đĩa quang và đĩa từ là đĩa quang cần kiểm tra và sửa lỗi nhiều hơn. Thông tin rất dễ bị nhiễu chẳng hạn khi một hạt bụi nằm giữa nguồn laser và nơi cần đọc trên đĩa. Vì thế đĩa quang cần nhiều thông tin CRC hơn đĩa từ. Lỗi đọc phải được phát hiện và sửa lại dùng mã CRC đi kèm theo dữ liệu

 tốc độ quay của đĩa vào khoảng 200 đến 500 vòng/phút đối với CD-ROM và 350 đến 500 vòng/phút đối với DVD tùy thuộc vào vị trí mắt đọc trên đĩa. Khi mắt đọc các track gần tâm đĩa thì vận tốc quay của đĩa càng cao.

Bộ nhớ ngoài Đĩa quang

 Hiện nay, thẻ nhớ là một trong những công nghệ mới nhất được dùng làm thiết bị lưu trữ.

 Tốc độ, yêu cầu về dòng điện cung cấp thấp và đặc biệt với kích thước nhỏ gọn của các loại thẻ nhớ làm cho kiểu bộ nhớ này được dùng rộng rãi trong công nghệ lưu trữ và giải trí hiện nay.

Bộ nhớ ngoài Bộ nhớ Flash

 Thẻ nhớ flash là một dạng bộ nhớ bán dẫn EEPROM(công nghệ dùng để chế tạo các chip BIOS trên các vỉ mạch chính), được cấu tạo bởi các hàng và các cột. Mỗi vị trí giao nhau là một ô nhớ gồm có hai transistor, hai transistor này cách nhau bởi một lớp ô-xít mỏng. Một transistor được gọi là floating gate và transistor còn lại được gọi là control gate. Floating gate chỉ có thể nối kết với hàng (word line) thông qua control gate. Khi đường kết nối được thiết lập, bit có giá trị 1. Để chuyển sang giá trị 0 theo một qui trình có tên Fowler-Nordheim tunneling.

Bộ nhớ ngoài Bộ nhớ Flash

 Mainboard: (Còn gọi là motherboard) là một bản mạch đóng vai trò là trung gian giao tiếp giữa CPU và các thiết bị khác của máy tính.

 Bản mạch chính chứa đựng những linh kiện điện tử và những chi tiết quan trọng nhất của một máy vi tính cá nhân như: bộ vi xử lý CPU (central processing unit), hệ thống bus và các vi mạch hỗ trợ. Bản mạch chính là nơi lưu trữ các đường nối giữa các vi mạch, đặc biệt là hệ thống bus. Vì vậy, bản mạch chính cần thoả mãn nhiều điều kiện về cấu trúc và đặc tính điện khắt khe như: gọn, nhỏ và ổn định với nhiễu từ bên ngoài.

Phần cứng máy tính Mainboard

 Các thành phần chính:

 Khe cắm CPU: socket, slot  Chipset & hệ thống BUS  Khe cắm RAM  Các khe cắm mở rộng: dùng đề cắm các bộ điều hợp (Card màn hình,

âm thanh…). Gồm các chuẩn: ISA, PCI, AGP, PCI Express…

 Giao tiếp vào ra (I/O): Cổng chuột – bàn phím, cổng COM, cổng máy

in…

 Khe cắm IDE - Khe cắm Floppy  Khe cắm điện cho mainboard  Các ROM chứa các chương trình hỗ trợ khởi động và kiểm tra thiết bị.  Pin và CMOS lưu trữ các thông số thiết lập cấu hình máy tính gồm cả RTC (Real Time Clock - đồng hồ thời gian thực). Các Jump thiết lập các chế độ. Trong một số mainboard mới, các Jump này được thiết lập tự động bằng phần mềm.

Mainboard Các thành phần chính của Mainboard

 Các thành phần chính:

1. Socket 2. Chipset - North Bridge 3. DIMM Slot 4. Power connector 5. FDD 6. IDE 7. Battery 8. Chipset - South Bridge 9. Serial ATA Interface 10.Front Panel connector 11.ROM BIOS 12.AGP Slot 13.USB 14.PCI Slot 15.Port (Back Panel) 16.Power connector (For Pentium4)

Mainboard Các thành phần chính của Mainboard

Mainboard Kiến trúc của Chipset

 Để chọn được bo mạch chủ (BMC) xử lý nhanh, hoạt động ổn định thì yếu tố quan tâm hàng đầu phải là - đây là chipset trung tâm đầu não quản lý mọi hoạt động của BMC, từ việc giao tiếp CPU, bộ nhớ, đồ họa đến các thiết bị ngoại vi (chuột, bàn phím, âm thanh, mạng, modem, printer...).

 Thông thường, chipset gồm 2 thành phần: chipset cầu bắc (North Bridge Chipset) và chipset cầu nam (South Bridge Chipset). Nhiệm vụ của hai chipset này được quy định rõ ràng và hiếm khi thay đổi. Năm 1997, giao tiếp AGP được giới thiệu và chipset cầu bắc có thêm nhiệm vụ kết nối với card đồ họa.  Chipset cầu bắc sẽ quản lý việc giao tiếp dữ liệu với CPU, RAM và card đồ họa, vì vậy nó rất quan trọng, khả năng xử lý của BMC phụ thuộc chipset này rất nhiều.

 Chipset cầu nam quản lý các thiết bị ngoại vi, thông tin từ ngoài vào chipset cầu nam được đưa lên cầu bắc để xử lý và trả kết quả về. Tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ như chipset Intel 875P lại đưa giao tiếp mạng gigabit lên chip cầu bắc để tránh nghẽn đường truyền từ chip cầu nam lên cầu bắc.

Mainboard Kiến trúc của Chipset

 BUS: Là hệ giao thông huyết mạch của cả hệ thống máy tính, bus liên tục được nâng cấp, mở rộng để bắt kịp nhu cầu ứng dụng thực tiễn. Hệ thống máy tính ngày nay vẫn được cấu thành từ 3 bộ phận cơ bản là bộ xử lý, bộ nhớ và thiết bị ngoại vi; không thay đổi nhiều so với kiến trúc máy tính đầu tiên do IBM thiết kế. Để chuyển tải dữ liệu giữa các bộ phận, nhiều tuyến mạch kết nối đã được lập ra. Do có chức năng tương đồng với tuyến xe buýt (bus) trong cuộc sống mà tuyến mạch kết nối này cũng được đặt tên là bus.

 Hệ thống máy tính hiện đại xây dựng và phát triển dựa trên hai hệ

thống bus chủ đạo:  System Bus - nối kết từ bộ xử lý đến bộ nhớ chính, cache level 2  I/O Bus (bus ngoại vi) - nối kết thiết bị ngoại vi với bộ xử lý thông

qua cầu chipset.

Mainboard Hệ thống Bus

 Trong kiến trúc Dual Independent Bus (DIB - hai tuyến bus độc lập).  Bus hệ thống: dùng chung được tách thành Frontside Bus và Backside

Bus.  FSB là nhịp cầu quan trọng nối bộ xử lý với bộ nhớ chính và tuyến bus

ngoại vi. Đôi lúc, thuật ngữ FSB và system bus được xem là một.

 BSB chỉ tập trung chuyển tải dữ liệu giữa bộ xử lý với bộ đệm thứ cấp. Tách bus hệ thống thành 2 kênh độc lập góp phần tăng hiệu năng xử lý nhờ cho phép bộ xử lý truy xuất đồng thời trên cả hai kênh giao tiếp quan trọng.

 Bus ngoại vi: có nhiều dạng khác nhau và dần dần chuyên biệt hóa theo yêu cầu của ứng dụng. ISA Bus thuộc loại lâu đời nhất và đã bị thay thế hoàn toàn từ giữa năm 2000. PCI Bus được giới thiệu lần đầu trong hệ thống Pentium vào năm 1993. AGP là chuẩn bus được thiết kế để đáp ứng yêu cầu băng thông của xử lý đồ họa. PCI Express mới nhất có khá nhiều ưu điểm, đặc biệt là không gây xáo trộn lớn lên kiến trúc PCI hiện tại.

Mainboard Hệ thống Bus

 ISA: Lần xuất hiện đầu tiên trên máy tính, bus ISA được thiết kế ở dạng 8bit, sử dụng tần số 4,77MHz (bằng với xung bộ xử lý). Sau tiến, chuẩn được nhiều năm cải chính thức công nhận và mang tên Standard Architecture Industry (ISA) vào năm 1982. Trong hệ thống IBM PC/AT 80286, bus ISA được nâng lên 16bit. Vào lúc này, tốc độ bus hệ thống mới chỉ đạt 6MHz; sau đó không lâu thì đạt 8MHz.

Mainboard Hệ thống Bus - ISA

 Bus ISA dùng giao tiếp 16bit, xung 8MHz (mức xung chuẩn của bộ xử lý) và đạt tốc độ truyền dữ liệu trên lý thuyết là 16MBps. Tuy nhiên, tốc độ thực tế bị giảm đi một nửa (còn 8MBps) vì cần dành 1 đường bus cho địa chỉ và một đường bus khác cho dữ liệu 16bit.

 Thiết bị dùng khe mở rộng ISA phát triển cho đến cuối thập niên 1990 bởi vì khả năng đáp ứng của thiết bị ngoại vi lúc này mới chỉ ở mức 5MBps.

 Nhưng khi bộ xử lý trở nên nhanh hơn và cần băng thông dữ liệu lớn hơn thì chuẩn ISA không đáp ứng nổi. Cuối thập niên 90, hầu hết card ISA còn lại đều chỉ mang tính đại diện cho công nghệ 8bit. Cái chết của ISA đã được chính thức văn bản hóa trong tài liệu PC99 System Design Guide do Intel và Microsoft biên soạn vào năm 1999.

Mainboard Hệ thống Bus - ISA

 PCI (Peripheral Component Interconnect) nguyên thủy dùng xung 33MHz, sau đó nâng lên 66MHz (phiên bản PCI 2.1) để nhân đôi băng thông lý thuyết (đạt 266MBps); nhanh gấp 33 lần bus ISA. PCI còn cho phép thiết lập chuyển đổi bus 32bit hoặc 64bit linh hoạt nên chấp nhận cả card 32bit lẫn 64bit. Việc hiện thực 64bit lên bus tốc độ 66MHz vào năm 99 đã nâng băng thông lý thuyết lên 524MBps. Độ trễ của bus PCI thấp hơn nên tốc độ hệ thống cũng được nâng lên. Từ giữa năm 1995, những thiết bị cần tốc độ chính yếu của máy tính đều chuyển sang sử dụng bus PCI. Phổ biến nhất chính là card điều khiển đĩa cứng và đồ họa; cả lúc tích hợp trên bo mạch chủ lẫn khi cắm trên khe mở rộng.  PCI chỉ cho phép thiết kế tối đa 5 cổng nối mở rộng nhưng lại cho phép thay thế mỗi cổng bằng hai thiết bị tích hợp. Kiến trúc này còn cho phép bộ xử lý hỗ trợ thêm một mạch cầu nữa.

 Không chỉ có đặc tả chặt chẽ, chuẩn còn cung cấp được hai mức điện áp khác nhau: 5V và 3,3V. Vì thế, khe cắm được thiết kế thêm một số chân khóa (chân được đúc kín) để tránh trường hợp card 3,3V bị cắm nhầm sang khe 5V và ngược lại.

Mainboard Hệ thống Bus - PCI

Mainboard Hệ thống Bus – Các loại khe cắm PCI

 AGP (Accelerated Graphic Port): Chipset AGP hoạt động như một cầu trung gian giữa bộ xử lý và bộ đệm cấp 2. Trong kiến trúc Single Edge Contact Cartridge của Pentium II, chipset AGP được gọi là bộ tăng tốc Quad Port (4 cổng) vì nằm giữa ngã tư nối đến bộ xử lý, bộ nhớ chính, I/O và cổng AGP.

 Ban đầu hoạt động cùng tần số 66MHz với bus bộ xử lý (FSB), gấp đôi tần số PCI và đạt băng thông tối đa là 264MBps. Để hỗ trợ xử lý đồ họa, trong phiên bản AGP 2X, dữ liệu được truyền tại cả cạnh lên và xuống trong một xung nên tần số lên đến 133MHz (gấp đôi xung đồng bộ) và đạt băng thông 528MBps.

 Băng thông của AGP còn được nâng lên gấp bốn (AGP 4X), gấp tám (AGP 8X) xung hệ thống nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu đồ họa và tạo cơ hội triển khai ứng dụng đồ họa cao cấp, nâng cao chất lượng hình ảnh mà không sợ ảnh hưởng đến tốc độ hiển thị.

Mainboard Hệ thống Bus – AGP

 Đặc tả AGP hiện có ba

phiên bản:  1.0 (AGP 1X, 2X)  2.0 (AGP 1X, 2X, 4X)  3.0 (AGP 4X, 8X)

 1X (266MB/s)  2X (533MB/s)  4X (1,07GB/s)  8X (2,1GB/s).

AGP 2x slot (3.3v)

AGP 4x/ 8x slot (1.5v)

Universal AGP slot

Mainboard Hệ thống Bus – Các loại khe AGP

Mainboard Hệ thống Bus – Nhận biết các loại khe AGP

Mainboard Hệ thống Bus – PCI Express

 PCI Express dùng liên kết nối tiếp. Bus nối tiếp có băng thông/kênh rộng hơn kiến trúc bus song song và dễ mở rộng lên băng thông lớn hơn. Chuẩn cho phép thiết lập mạng theo giao tiếp điểm-điểm giữa các thiết bị, thay thế cho kiểu một-nhiều của kiến trúc song song nên không cần bộ điều khiển bus (tác nhân làm chậm và ngăn cản khả năng thay thế nóng).

 Kiến trúc PCI Express còn giúp thu nhỏ 50% diện tích bo mạch chủ. Một phiên bản khác của PCI Express cũng đang được phát triển để thay thế cho tuyến cầu nam trong chipset.

 Một kết nối điểm-điểm theo kiến trúc PCI Express Architecture với 32 đường dữ liệu có khả năng cung cấp băng thông 16GBps.

Phần cứng máy tính Mainboard – Hệ thống Bus

 Cổng serial đạt băng thông tối đa 115,2 Kbps  Cổng parallel đạt khoảng 500 Kbps (tùy dạng).  Hầu hết PC đều có hai cổng COM và một cổng parallel. Có thế tăng số lượng cổng COM và parallel nhưng hệ thống phải chấp nhận hy sinh IRQ.

200,

 USB 1.1 đạt tốc độ 12 Mbps  USB 2.0: Hi-Speed đạt băng thông 480 Mbps; 12 Mbps và 1,5 Mbps.  Firewire - IEEE 1394: hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu là 12,5, 25, 50 Mbps, còn tốc độ giao tiếp cáp đạt 400 Mbps. 100, Cổng nối cáp IEEE 1394 có sẵn đường dẫn điện bên trong nhưng được thiết kế an toàn, không gây giật.

Phần cứng máy tính Mainboard – Giao tiếp input/output

 Nguồn điện máy tính có chức năng chuyển đổi nguồn điện 110V/220V thành nguồn điện một chiều ±3, 3V, ±5V và ±12V cung cấp cho toàn bộ hệ thống máy tính. Công suất trung bình của bộ nguồn hiện nay khoảng 200W. Công suất tiêu thụ một số thành phần như sau:  Mainboard : 20W - 35W.  CD-ROM : 20W - 25W  Ổ đĩa mềm : 5W - 15W.  Ổ đĩa cứng : 5W - 15W.  Ram : 5W /MB.  Card : 5W - 15W.  CPU : Tùy theo mức độ làm việc nhiều hay ít.

 Các số liệu trên đây chỉ mang tính chất tham khảo, bởi vì hiện nay xu thế các hãng sản xuất đưa ra các thiết bị tiêu thụ điện năng nhỏ. Bên cạnh đó, tùy thuộc vào số lượng thiết bị mà máy tính sử dụng nhều hay ít điện năng.

Phần cứng máy tính Bộ nguồn (PSU)

Phần cứng máy tính Bộ nguồn (PSU)

Chân

Tín hiệu

Chân

Tín hiệu

1

+3.3v

11

+3.3v

2

12

-12v

+3.3v

3

Ðất (Ground)

Ðất (Ground)

13

4

+5v

PW_ON (mở nguồn)

14

5

Ðất (Ground)

Ðất (Ground)

15

6

+5v

Ðất (Ground)

16

7

Ðất (Ground)

Ðất (Ground)

17

8

18

-5v

PWRGOOD (nguồn tốt)

9

19

+5v

+5vSB

20

+5v

10

+12v

 Ðầu cắm ATX có 20 chân  Ðể kiểm tra nhanh bộ nguồn có hoạt động hay không, bạn có thể kích nối tắt đường tín hiệu 14 và 15 (chập rồi nhả liền) hay chắc ăn nhất là cắm đầu nối nguồn vào Mainboard rồi kích nối tắt 2 chấu của PowerSw trên Jumper mainboard (khi thử chỉ cần có bộ nguồn và mainboard ATX là đủ, không cần thêm gì nữa).

Phần cứng máy tính Bộ nguồn (PSU)

 Do có 1 số tính năng điều khiển từxa nên về nguyên tắc bộ nguồn phải luôn luôn được cấp điện. Ta sẽ không thấy công tắc Power tự giữ theo kiểu AT nữa (Sau khi bấm, công tắc sẽ tự giữ trạng thái đó cho đến khi bấm lần nữa để thay đổi trạng thái), thay vào đó là 1 nút bấm kích (tự động trở về vị trí ban đầu sau khi ngưng bấm) tương tự như nút Reset.

 Khi bấm nút nầy, đường tín hiệu thứ 14 của đầu cắm nguồn (PW_ON) sẽ được nối đất để tạo ra tín hiệu mở máy nếu máy đang trong tình trạng tắt (hay tắt máy nếu máy đang trong tình trạng mở).

 Chú ý: Khi mở máy bạn chỉ cần kích nút Power (bấm rồi nhả ngay) nhưng đặc biệt khi tắt, tùy theo mainboard có thể ta phải bấm rồi giử sau 4 giây mới được nhả (do xác lập trong Bios).

 Khi trong tình trạng tắt, thực sự bộ nguồn vẫn tiêu thụ 1 lượng điện rất nhỏ để duy trì sự hoạt động cho mạch điều khiển tự động mở máy (theo xác lập trong Bios hay chương trình điều khiển). Chỉ khi nào bạn rút dây cắm nguồn hay tắt điện bằng công tắt phía sau bộ nguồn thì máy mới ngắt điện hoàn toàn.