›
›

Bài giảng Quản lý hệ thống máy tính

ppt 132 trang phuongnguyen 4150
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Quản lý hệ thống máy tính", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_quan_ly_he_thong_may_tinh.ppt

Nội dung text: Bài giảng Quản lý hệ thống máy tính

  1. Chương 1: Tổng quan về hệ thống máy tính cá nhân Chương 2: Rom Bios và Ram Cmos Chương 3: Bộ nguồn Chương 4: Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên-Ram Chương 5: Bộ vi xử lý Chương 6: Bảng mạch chính Chương 7: Ổ đĩa Chương 8: Quản lý và lưu trữ thông tin trên đĩa từ 1
  2. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HT MÁY TÍNH I. Các thành phần cơ bản của hệ thống máy tính cá nhân 1. Một số bộ phận chính bên trong hộp máy 1.1 Bộ nguồn 1.2 Bộ nhớ trong 1.3 Bộ xử lý trung tâm 1.4 Bảng mạch chính 1.5 Các bảng mạch mở rộng 1.6 Các ổ đĩa 2. Các thiết bị ngoại vi cơ bản 1.1 Màn hình 1.2 Bàn phím 1.3 Con chuột 1.4 Máy in II. Một số điều cần lưu ý khi lắp đặt hệ thống máy tính 1. Môi trường lắp đặt hệ máy tính 2. Đường điện cung cấp cho hệ máy tính 2
  3. Ch¬ng II Bé nguån bªn trong m¸y TÝnh 3
  4. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 1. Chức năng của bộ nguồn Cung cấp nguồn 1 chiều: 3,3v, 5v, 12v 2. Nguyên lí hoạt động 2.1. Bộ nguồn nuôi tuyến tính M¹ch ®iÒu DC A M¸y h¹ thÕ ChØnh chØnh C lu vµ läc Sơ đồ khối của bộ nguồn nuôi tuyến tính *Ưu điểm và nhược điểm của bộ nguồn nuôi tuyến tính 4
  5. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 2.2. Bé nguån chuyÓn m¹ch H¹ ¸p ChØnh lu ChØnh vµ läc ChuyÓn m¹ch lu vµ läc §iÒu biÕn xung *Ưu điểm và nhược điểm của bộ nguồn nuôi chuyển mạch 5
  6. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 3. Các loại bộ nguồn nuôi - AT, ATX - Bộ nguồn ATX có giắc cắm vào bảng mạch chính có 20 chân (For PIII,PIV), 24 chân (for PIV). - Bộ nguồn ATX còn có thêm tín hiệu Power_On (PS_On) và 5V_Standby (5VSB) - Cung cấp nguồn +3,3V. 6
  7. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 4. Công suất của các bộ nguồn nuôi Các bộ nguồn nuôi không giống nhau trong các máy vi tính khác nhau. Trị số công suất của nguồn nuôi là tổng số công suất mà nó đưa ra được tính bằng watt. VD: Một ổ đĩa cứng khi khởi động đòi hỏi dòng 5A trên đường dây 12V. 7
  8. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN Loại thiết bị Dòng tiêu thụ Bảng mạch chính 5v*2A Card màn hình 5v*1A Ổ mềm 5v*0.5A 12v*1A 12v*5A Ổ CDROM 12v*5A 8
  9. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 5. Điện áp ra và các đầu nối của bộ nguồn 5.1. Bộ nguồn nuôi AT 5.2. Bộ nguồn nuôi ATX Bộ nguồn ATX phải kiểm tra và thử nghiệm bên trong trước khi cho phép hệ thống khởi động. Nếu tín hiệu PG không có, chip định thời sẽ điều khiển khởi động lại máy liên tiếp, ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống. Vì vậy, máy sẽ khởi động lại bất thường khi nguồn cung cấp điện yếu hay không ổn định. 9
  10. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 6. Một số điều cần lưu ý và một số sự cố thông thường *Lợi ích của một bộ nguồn tốt 10
  11. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 7. Vấn đề tắt nguồn Việc tắt hệ thống một cách thường xuyên có thể gây nguy hại cho các thành phần bên trong hệ thống. Khi bật/tắt làm cho nhiệt độ thay đổi đột ngột làm cho các linh kiện nở ra/co lại, sau một thời gian sẽ gây nguy hiểm cho nhiều bộ phận của máy tính. 11
  12. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN 8. Sự cố về bộ nguồn và cách xử lý Bộ nguồn là nơi hay xảy ra các sự cố của máy PC. Sau đây là một số lỗi có thể liên quan tới bộ nguồn: 1. Một lỗi bất kỳ khi khởi động hệ thống. 2. Tự khởi động lại hay treo máy khi đang hoạt động. 3. Quạt ổ đĩa cứng hay quạt nguồn không quay. 4. Máy quá nóng. 12
  13. CHƯƠNG III BỘ NGUỒN Bài tập cuối chương 3.1. Trình bày về chức năng và tầm quan trọng của bộ nguồn nuôi. 3.2. Vẽ sơ đồ khối và trình bày nguyên lý hoạt động của bộ nguồn nuôi tuyến tính. 3.3. Vẽ sơ đồ khối và trình bày nguyên lý hoạt động của bộ nguồn nuôi chuyển mạch. 3.4. So sánh các bộ nguồn nuôi tuyến tính và chuyển mạch. 3.5. Nêu các loại bộ nguồn phổ biến hiện nay, trình bày các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của bộ nguồn ATX. 3.6. Khi lắp đặt thêm các thiết bị vào hệ thống máy tính thì có phải thay bộ nguồn không? 13
  14. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS - Các chức năng chính của ROM BIOS và RAM CMOS, - Cách thức truy cập và thay đổi cấu hình của hệ thống máy tính thông qua BIOS SETUP. I. ROM BIOS 1. Các chức năng chính của ROM BIOS ROM BIOS (Read Only Memory - Basic Input Output System). Tất cả các bảng mạch chính hiện đại đều có một chip ROM đặc biệt chứa một bộ các chương trình gồm 4 chức năng: POST, BIOS SETUP, BOOTSTRAP và BIOS. 14
  15. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS 1.1. POST POST (Power On Self Test - tự kiểm tra khi bật máy) Chương trình POST chuẩn gồm các bước sau: 1. Xoá bộ nhớ 2. Khởi động BUS: CPU gửi tín hiệu thông qua BUS hệ thống đến các bộ phận của hệ thống máy tính, để báo rằng máy đang vận hành 3. Kiểm tra màn hình 4. Kiểm tra bộ nhớ 5. Khởi động các thiết bị ngoại vi chuẩn được nối với máy tính: 15
  16. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS 6. Tạo bảng các vector ngắt: 7. Kiểm tra xem có ROM mở rộng không: 8. Gọi chương trình tải Bootstrap: 16
  17. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS 1.2. BIOS SETUP 1.3. BOOTSTRAP Bootstrap lµ thñ tôc ®äc ®Üa ®Ó t×m vµ thùc hiÖn sector khëi ®éng chÝnh - sector (1, 0, 0) trªn ®Üa hÖ thèng. 1.4. BIOS BIOS trên bảng mạch chính thường bao gồm các trình điều khiển các thành phần cơ bản của hệ thống như: bàn phím, ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, các cổng, 2. Một số lưu ý về ROM BIOS 17
  18. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS 3. Các nhà sản xuất ROM BIOS 4. RAM CMOS 4.1. Cơ bản về RAM CMOS Các thông tin về cấu hình hệ thống được ghi ở trong ROM là cố định, không thể thay đổi. Bổ sung RAM CMOS (Random Access Memory Complementary Metal Oxide Semiconductor) để lưu giữ các thông tin cấu hình của hệ thống máy tính. Các thông tin cấu hình trong RAM CMOS có thể được thay đổi nhờ chương trình BIOS SETUP nằm trong ROM BIOS. Hai chip ROM BIOS và RAM CMOS là hoàn toàn khác nhau. 18
  19. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS 4.1. Cơ bản về RAM CMOS Khi ta vào trình BIOS SETUP, thiết lập các thông số cấu hình và sau đó ghi vào trong RAM CMOS. 19
  20. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS 4.2. Một số trục trặc thường gặp về RAM CMOS - Thông báo chạy SETUP mỗi khi bật máy: - Xuất hiện màn hình Bios Setup mỗi khi bật máy 20
  21. CHƯƠNG II ROM BIOS VÀ RAM CMOS 5. Chạy chương trình BIOS SETUP Vào chương trình BIOS SETUP ấn Del: máy ĐNA ấn F1: máy IBM ấn F2: máy ACER, DEL ấn F10: máy COMPAQ-HP 21
  22. CHƯƠNG V BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN 1. Tổng quan về bộ nhớ, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên 1.1 Tổng quan về bộ nhớ Bộ nhớ máy tính có nhiều loại: - Các thanh ghi trong bộ vi xử lý làm n/v thực hiện các thao tác số học, logic - Bộ nhớ bán dẫn: Ram: Lưu trữ tạm thời các chương trình, dữ liệu Rom: Lưu trữ lâu dài 1.2 Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên: RAM( Random Access Memory) Là không gian làm việc của bộ vi xử lý. Bộ nhớ này có thể truy cập ngẫu nhiên, nhanh chóng tại bất kì một vị trí nào và thời gian truy cập là như nhau. Như vậy nếu ta tăng dung lượng RAM cho máy tính thì ta có thể cùng một lúc làm việc với nhiều chương trình hơn, việc xử lý sẽ nhanh hơn 22
  23. CHƯƠNG V BỘ NHỚ 2. CÁC LOẠI CHÍP RAM 2.1 DRAM (Dynamic Random Access Memory) - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động được cấu tạo từ những phần tử nhớ cơ bản là những tụ điện. - Biểu hiện trạng thái là việc tích trữ các điện tích. - Thường xuyên làm tươi (nạp điện tích) vì vậy gọi là RAM động. Khi làm tươi RAM bộ điều khiển bộ nhớ (nằm trong cầu bắc) ngừng việc đọc/ghi bộ nhớ để tiến hành làm tươi. DRAM có cấu trúc đơn giản( chỉ cần 1 transistor, 1 tụ điện để lưu trữ 1 bít thông tin) nên -> kiến trúc nhỏ gọn, dung lượng lớn, giá thành rẻ nhưng tốc độ truy cập chậm. 23
  24. CHƯƠNG V BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN 2.2 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng bộ) là dạng mới của DRAM. - Đồng bộ với tốc độ tốc độ lõi của CPU. Hai trang bộ nhớ cùng mở một lúc, nên trong khi một mẫu dữ liệu đang chuyển tới CPU thì một mẫu khác được truy tìm, điều đó làm giảm thời gian truy cập. 24
  25. CHƯƠNG V BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN 2.3. SRAM - SRAM (Static Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh) được cấu thành từ các phần tử nhớ cơ bản là các flip - flop. - RAM tĩnh không cần phải làm tươi thường xuyên, nên có tốc độ nhanh hơn DRAM nhiều lần và có thể theo kịp tốc độ CPU. - Kích thước SRAM cũng lớn hơn DRAM (kích thước lớn gấp 30 lần với cùng một dung lượng), giá thành cao hơn DRAM (gấp 30 lần). Chính vì vậy nên SRAM thường chỉ được dùng làm bộ nhớ cache. 25
  26. CHƯƠNG V BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN 2.4 RDRAM (Rambus DRAM) Là thiết bị kênh hẹp chỉ có thể truyền 16 bit dữ liệu kèm theo 2 bit chẵn lẻ đồng thời nhưng tốc độ nhanh hơn các loại DRAM rất nhiều. Tốc độ có thể lên tới 800MHz 2.4.1 RIMM: - Các chip RDRAM được cài đặt nối tiếp trên một thanh gọi là RIMM tuy nhiên việc truyền dữ liệu có thể được tiến hành giữa bộ điều khiển và từng chip riêng biệt. - Bus bộ nhớ của RDRAM chỉ có tốc độ 400 MHz (vì áp dụng kỹ thuật truyền hai lần trong một chu kỳ). 26
  27. CHƯƠNG V BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN 2.4.2. Trạng thái chờ ít: nhờ áp dụng kỹ thuật truyền hai lần trong một chu kỳ đồng hồ=> làm giảm một nửa thời gian chờ => tốc độ của RDRAM tương đương với 800 MHz mặc dù tốc độ bus chỉ là 400 MHz. 2.4.3 Bus điều khiển và bus địa chỉ: Trong các hệ thống dùng Rambus các bus điều khiển và địa chỉ chạy song song với bus dữ liệu. Chúng được tách thành một bus điều khiển hàng và một bus điều khiển cột riêng biệt. => Nâng cao tốc độ của bộ nhớ. Các công nghệ truyền thống như là SDRAM đòi hỏi rằng các đường địa chỉ hàng và cột được truyền ở trên cùng một tập các đường địa chỉ, dẫn đến sự tranh chấp tài nguyên và hạn chế tốc độ truy cập dữ liệu. 27
  28. CHƯƠNG V BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN 2.4. DDR SDRAM - DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng bộ tốc độ dữ liệu kép), là một công nghệ DRAM tiên tiến, dải tần cao, mang lại nhiều ưu điểm và phù hợp với các máy tính cá nhân thương mại. - Về cơ bản, DDR SDRAM được cải tiến từ bộ nhớ SDRAM và có tốc độ gấp đôi SDRAM. - Tuy nhiên, DDR SDRAM không tăng gấp đôi tốc độ đồng hồ mà áp dụng kỹ thuật truyền hai lần trong một chu kỳ đồng hồ ở thời điểm tại sườn lên và sườn xuống của xung nhịp đồng hồ. 28
  29. Đối với DDR thì có hai cách gọi theo tốc độ MHz hoặc theo băng thông. Ví dụ, khi nói DDR333 tức là thanh RAM đó mặc định hoạt động ở tốc độ 333MHz nhưng cách gọi PC2700 thì lại nói về băng thông RAM, tức là khi chạy ở tốc độ 333MHz thì nó sẽ đạt băng thông là 2700MB/s (trên lý thuyết). 29
  30. 2.5. Bộ nhớ Cache - Khi các hệ thống PC có tốc độ 16 MHz, DRAM có thể có tốc độ tương đương tốc độ của bảng mạch chính và CPU nên không cần bộ nhớ cache. Nhưng khi tốc độ CPU vượt xa tốc độ DRAM, thì nhu cầu bộ nhớ cache là cần thiết. a) Các loại cache - Các loại cache đều được tạo nên từ SRAM. - Trong các máy từ 486 đến Pentium IV thường có 2 loại cache, cache L1 (Level 1) được tích hợp trong CPU và cache L2 (Level 2) thường được tích hợp trên bảng mạch chính. Trong các máy hiện đại từ thế hệ 5 trở về trước bộ điều khiển cache thường nằm trong North Bridge, trong các máy từ Pentium Pro trở lại đây bộ điều khiển cache nằm ngay trong CPU. 30
  31. CPU L1 System bus L2 Ram North Bridge 31
  32. b) Vị trí và tốc độ của cache - Trong các máy từ Pentium về trước, vì sử dụng các loại FPM DRAM và EDO RAM nên tốc độ của chúng thua kém nhiều so với tốc độ BUS hệ thống, vì vậy cache L2 được cài đặt trên bảng mạch chính và có tốc độ bằng tốc độ BUS hệ thống. - Trong các máy từ Pentium Pro trở lại đây, SDRAM có tốc độ bằng tốc độ BUS hệ thống nên việc cài đặt cache L2 trên bảng mạch chính có tốc độ bằng tốc độ BUS hệ thống là vô nghĩa. Chính vì thế, trong các loại máy này cache L2 được nối trực tiếp với CPU và có tốc độ bằng CPU hoặc bằng 1/2 tốc độ CPU. 32
  33. 3. RAM vật lí, DIP, SIMM và DIMM 3.1. RAM vật lý 3.2. DIP (Dual Inline Package - vỏ hai hàng chân) - Dùng trong các máy IBM XT, IBM AT thế hệ đầu tiên. 3.3. SIMM (Single Inline Memory Module - Mô đun nhớ một hàng chân) 3.4. DIMM (Dual Inline Memory Module - Mô đun nhớ hai hàng chân) 33
  34. 4. Một số vấn đề khác về bộ nhớ 4.1. Khối bộ nhớ Các chip nhớ được tổ chức thành các khối trên bảng mạch chính hay mô đun nhớ. Các khối thường có liên quan đến độ rộng bus dữ liệu của CPU. 34
  35. 4.2. Tốc độ RAM - Tốc độ truy cập của RAM được tính là tổng thời gian xác định vị trí ô nhớ và thời gian truyền dữ liệu. - Trong các RAM cũ, tốc độ được đo bằng ns (1 ns = 1 phần tỷ giây), các RAM mới sau này tốc độ được đo bằng MHz (1 MHz = 1 triệu chu kỳ/giây). 35
  36. 4.3. Vấn đề tiếp xúc của các thanh RAM 4.4. Các loại RAM có kiểm tra lỗi Các chip nhớ có thể bị lỗi, có 2 loại lỗi: lỗi cứng (hard fail) và lỗi mềm (soft error). 36
  37. Có ba loại RAM liên quan đến sửa lỗi hay không sửa lỗi sau: 1. RAM không chẵn lẻ (Non Parity): Loại RAM này không có khả năng phát hiện lỗi, người ta sản xuất chúng do nhu cầu giảm giá thành. Tuy nhiên, việc chấp nhận một bộ nhớ kiểu này là mạo hiểm. Một khi lỗi bộ nhớ xẩy ra thì chi phí cho việc khắc phục có thể gấp nhiều lần tài chính tiết kiệm do phần cứng. 2. RAM Chẵn lẻ (Parity): Đây là loại RAM cứ 8 bit dữ liệu thì có thêm 1 bit chẵn lẻ cho phép phát hiện lỗi và đưa ra thông báo lỗi. Kiểm tra chẵn lẻ không sửa được lỗi, nhưng nó có 2 lợi ích chủ yếu sau: 1. Tránh được việc tính toán trên các dữ liệu sai. 2. Định vị rõ nguồn gây lỗi, giúp người dùng giải quyết vấn đề và tăng khả năng phục vụ của hệ thống. 3. RAM ECC (Error Correcting Code - mã sửa lỗi): RAM ECC cho phép sửa chữa được các lỗi 1 bit, tức là hệ thống vẫn tiếp tục và không có dữ liệu sai (98% lỗi bộ nhớ là 1 bit). RAM ECC được lắp đặt trong các PC hiện nay hầu hết đều có kiểu SEC - DED (Single bit Error Correction - Double bit Error Detection: sửa lỗi 1 bit, phát hiện lỗi 2 bit). RAM ECC cần thêm 7 bit cho khối nhớ 32 bit và 8 bit cho khối nhớ 64 bit, như vậy các RAM 64 bit thì giá thành ECC/Parity là như nhau. 37
  38. 5. Cài đặt và bổ sung bộ nhớ 6. Một số biện pháp thông thường kiểm tra bộ nhớ RAM * Chương trình kiểm tra RAM tích hợp trong ROM BIOS Các BIOS đều có phần mềm kiểm tra RAM khi POST Trong quá trình POST, RAM sẽ được kiểm tra và đếm dung lượng, dung lượng đó được đem so với dung lượng lưu trong BIOS của lần chạy trước, nếu khác nhau hệ thống sẽ thông báo lỗi. * Dùng phần mềm chuyên dụng như gold memory(trong đĩa Hiren Boots), Mem Test * Khoanh vùng kiểm tra ram lỗi. 38
  39. TÓM TẮT CHƯƠNG Bộ nhớ trong: Ram và Rom 1- Các loại chíp ram: - DRAM (Dynamic Random Access Memory) - SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) - RDRAM (Rambus DRAM) - SRAM (Static Random Access Memory) 2- Ram vật lý - SIMM (Single Inline Memory Module - Mô đun nhớ một hàng chân) - DIMM (Dual Inline Memory Module - Mô đun nhớ hai hàng chân) 3- Bộ nhớ Cache: L1-L2 được chế tạo từ SRAM, được nối trực tiếp với CPU 4- Đơn vị đo tốc độ của Ram: MHz. 5- Các loại RAM phổ biến: - SDRAM : Bus: 100Mhz, 133Mhz - DDR SDRAM: Bus: 266Mhz, 333Mhz, 400Mhz. - DDR2: Bus: 533Mhz, 667Mhz 39
  40. BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG 4.1. Hãy nêu các loại bộ nhớ và chức năng chính của mỗi loại. 4.2. Tại sao lại gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM). 4.3. Giải thích các thuật ngữ DRAM, SRAM, SDRAM, RDRAM, DDR RDRAM. 4.4. Một số loại DRAM thông dụng, tính năng kỹ thuật của mỗi loại. 4.5. Nêu những đặc trưng kỹ thuật cơ bản của RDRAM, những ưu điểm nổi bật của nó so với SDRAM? 4.6. Nêu những đặc trưng kỹ thuật cơ bản của DDR SDRAM, những ưu điểm của nó so với SDRAM và RDRAM? 4.7. Phân biệt bộ nhớ Cache L1 và Cache L2. Nếu các bộ nhớ Cache bị hỏng thì máy tính có còn hoạt động không? 4.8. + Tại sao các máy tính thế hệ 80386 về trước lại không có bộ nhớ Cache? + Tại sao các máy tính từ thế hệ Pentium Pro trở lại đây, Cache L2 lại kết nối trực tiếp với CPU? 4.9. Phân biệt các modul RAM: DIP, DIMM, SIMM, RIMM. 40 4.10. Phân biệt các loại RAM: None Parity, Parity, ECC.
  41. Chương IV BỘ VI XỬ LÝ Bộ vi xử lý (Thường gọi là đơn vị xử lý trung tâm - Central Processing Unit viết tắt là CPU), được coi là bộ não của máy tính, nó thực hiện hầu hết các chức năng xử lý, tính toán của máy tính. 41
  42. ⚫ 1. Các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của bộ vi xử lý ⚫ Để đánh giá hiệu năng của một bộ vi xử lý người ta thường căn cứ vào một số đặc trưng kỹ thuật cơ bản đó là: tốc độ, độ rộng của thanh ghi trong, độ rộng bus dữ liệu, độ rộng bus địa chỉ, dung lượng bộ nhớ Cache, 42
  43. 1.1. Tốc độ của CPU a) Tốc độ đồng hồ của CPU CPU là thiết bị xử lý số, tốc độ xử lý được đánh giá theo tần số xung nhịp đồng hồ. Tốc độ của CPU: Hz, KHz,MHz, GHz. Chu kỳ là thành phần thời gian nhỏ nhất của CPU. Tuy nhiên, số chu kỳ để thực hiện một lệnh là khác nhau đối với từng loại CPU. Vì vậy để đánh giá tốc độ của một CPU ngoài tốc độ đồng hồ còn phải xem xét đến số chu kỳ thực hiện một lệnh của chúng. 43
  44. b) Tốc độ CPU và tốc độ bảng mạch chính Các bộ xử lí khác nhau có hệ số nhân xung nhịp khác nhau đối với tốc độ của bảng mạch chính (hay còn gọi là tốc độ của Bus hệ thống) Các bảng mạch chính hiện nay thường có các tốc độ khác nhau, CPU có thể chạy ở nhiều tần số khác nhau tuỳ thuộc tốc độ của bảng mạch chính. 44
  45. CPU Tèc ®é CPU HÖ sè nh©n Tèc ®é BMC (x) Pentium Celeron 400/433/466/500 6/6,5/7/7,5x 66 Pentium II/III 450/500 5x/5x 100 Pentium III 500/533/550 5/4/5,5x 100/133/100 Pentium IV 1.70/1.80/1.90/2.00/ 4.25/4.5/4.75/5.0/ 400 /2.20/2.40/2.50/2.60 /5.5/6.0/6.25/6.5x Pentium IV 2.26/2.40/2.53/ 4.25/4.5/4.75/ 533 /2.66/2.80/3.06 /5.0/5.25/5.75x Mèi liªn quan gi÷a tèc ®é CPU vµ tèc ®é b¶ng m¹ch chÝnh 45
  46. 1.2. Bus d÷ liÖu §é réng cña Bus d÷ liÖu x¸c ®Þnh sè bit d÷ liÖu cã thÓ ®ång thêi vµo/ra chip CPU. Bus d÷ liÖu cña CPU ®îc kÕt nèi víi Bus d÷ liÖu trªn b¶ng m¹ch chÝnh cã chøc n¨ng nhËn hay göi d÷ liÖu th«ng qua c¸c ch©n d÷ liÖu. 1.3. C¸c thanh ghi trong KÝch thíc thanh ghi trong chØ ra ®é dµi tèi ®a c¸c bit mµ CPU cã thÓ xö lÝ ®ång thêi t¹i mét th¬× ®iÓm. 46
  47. ⚫ 1.4. Bus ®Þa chØ - §é réng cña Bus ®Þa chØ x¸c ®Þnh dung lîng RAM tèi ®a mµ CPU cã thÓ ®Þa chØ ho¸ ®îc. 47
  48. 1.5. Bộ nhớ Cache tích hợp trong CPU - Bộ nhớ Cache tích hợp trong CPU còn được gọi là Cache L1 (Level 1). - Là bộ nhớ tốc độ cao dùng để lưu trữ một số mã lệnh và dữ liệu cho công việc hiện thời được tích hợp ngay bên trong CPU được gọi là Cache L1. - Cache L1 thường chạy với tốc độ bằng tốc độ CPU, vì vậy khi truy cập bộ nhớ cache L1, CPU không phải ở vào trạng thái chờ (wait state). 48
  49. 2. Một số vấn đề liên quan tới công nghệ của bộ vi xử lý 2.1. Công nghệ MMX (MultiMedia eXtension - mở rộng đa phương tiện). - Công nghệ MMX tích hợp các khả năng SIMD và bổ sung thêm 57 lệnh mới hỗ trợ cho việc xử lí dữ liệu hình ảnh, âm thanh, đồ hoạ, - Có dung lượng Cache L1 lớn gấp đôi các chip pentium thường vì vậy nó cải thiện sự hoạt động của các phần mềm dù là đa phương tiện hay không. 49
  50. 2.2. C«ng nghÖ SSE /SSE2 a) C«ng nghÖ SSE Më réng c«ng nghÖ MMX ®îc gäi lµ c«ng nghÖ SSE (Streaming SIMD Extension). SSE gåm 70 lÖnh míi phôc vô cho viÖc xö lÝ ®å ho¹, ©m thanh, 3D, tr×nh diÔn DVD, c¸c øng dông nhËn d¹ng tiÕng nãi, SSE cã c¸c u ®iÓm næi bËt sau: 1. §é ph©n gi¶i cao, chÊt lîng h×nh ¶nh cao vµ cã xö lÝ. 2. ChÊt lîng ©m thanh cao, m· ho¸ /gi¶i m· MPEG2 ®ång thêi. 3. Gi¶m chiÕm dông CPU trong nhËn d¹ng tiÕng nãi, ®é chÝnh x¸c cao. 50
  51. a) C«ng nghÖ SSE2 SSE2 më réng c«ng nghÖ MMX vµ SSE b»ng c¸ch t¨ng thªm 144 lÖnh míi. SSE2 còng lµm t¨ng tèc ®é rÊt nhiÒu trong c¸c øng dông: bao gåm øng dông trong video, ©m thanh, h×nh ¶nh, xö lÝ ¶nh, t¹o mËt m·, tµi chÝnh, kÜ thuËt vµ khoa häc, 51
  52. 2.3. C«ng nghÖ siªu ph©n luång Bé vi xö lý pentium IV tèc ®é 3.06 GHz hç trî c«ng nghÖ siªu ph©n luång (Hyper - Threading Technology). C«ng nghÖ nµy cho phÐp c¸c ch¬ng tr×nh phÇn mÒm ®îc thùc hiÖn trªn 2 bé vi xö lý ¶o (trong mét bé vi xö lý vËt lý) vµ lµm viÖc mét c¸ch hiÖu qu¶ h¬n. C«ng nghÖ míi nµy cho phÐp bé vi xö lý thùc thi ®ång thêi hai luång c¸c chØ lÖnh trong cïng mét thêi ®iÓm. 52
  53. 2.4. C«ng nghÖ siªu ®êng èng C«ng nghÖ siªu ®êng èng (Hyper - Pipelined Technology) cña vi kiÕn tróc Intel NetBurst t¨ng gÊp ®«i ®é s©u cña ®êng èng so víi vi kiÕn tróc dïng trong c¸c bé vi xö lý Intel Pentium III. Mét trong nh÷ng ®êng èng mÊu chèt, ®êng èng dù ®o¸n nh¸nh / kh«i phôc ®îc bæ sung lªn tíi 20 cÊp trong vi kiÕn tróc Intel NetBurst, so víi 10 cÊp trong vi kiÕn tróc cña bé xö lý tr- íc ®ã. C«ng nghÖ nµy t¨ng mét c¸ch hiÖu qu¶ sù ho¹t ®éng, tÇn xuÊt vµ tÝnh thÝch nghi cña bé vi xö lý. 53
  54. 2.5. C«ng nghÖ ®ãng gãi CPU a) §ãng gãi kiÓu PGA PGA (Pin Grid Array), lµ sù bè trÝ c¸c ch©n theo mét líi h×nh vu«ng. b) §ãng gãi kiÓu SPGA SPGA (Staggered Pin Grid Array), lµ sù bè trÝ c¸c ch©n theo h×nh ch÷ chi. c) §ãng gãi kiÓu SECC SECC (Single Edge Contact Cartridge - hép tiÕp xóc c¹nh ®¬n). C¸c CPU Pentium II/III thêng ®ãng gãi theo kiÓu nµy. Bé xö lÝ vµ c¸c chip RAM Cache L2 ®îc l¾p trªn mét b¶ng m¹ch nhá ®îc bäc kÝn trong mét hép kim lo¹i vµ chÊt dÎo. 54
  55. 3. Bé ®ång xö lÝ to¸n häc Bé ®ång xö lÝ to¸n häc cßn ®îc gäi lµ bé xö lý dÊu phÈy ®éng. C¸c bé ®ång xö lÝ to¸n häc cã thÓ thùc hiÖn c¸c thao t¸c tÝnh to¸n cao cÊp nh: chia, khai c¨n, loga, lîng gi¸c, nhanh gÊp 10 ®Õn 100 lÇn bé xö lÝ chÝnh t¬ng øng thùc hiÖn. Bé ®ång xö lÝ thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n trªn c¸c sè thùc dÊu chÊm ®éng vµ trong khi tÝnh to¸n cã sù dÞch chuyÓn cña dÊu phÈy. §¬n vÞ xö lÝ trong CPU chØ thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh céng, trõ, nh©n víi sè nguyªn. 55
  56. Tªn ®Õ Sè ch©n KiÓu §iÖn thÕ Socket 7 321 SPGA VRM Socket 370 370 SPGA AutoVRM Slot 1 242 Slot AutoVRM Socket 478 423/478 MPGA AutoVRM 56
  57. 5. C¸c chÕ ®é cña bé vi xö lý C¸c CPU 32 bit tõ 386 trë l¹i ®©y cã 3 chÕ ®é vËn hµnh kh¸c nhau: - ChÕ ®é thùc (PhÇn mÒm 16 bit). - ChÕ ®é b¶o vÖ (PhÇn mÒm 32 bit). - ChÕ ®é thùc ¶o (PhÇn mÒm 16 bit trong m«i trêng 32 bit). 57
  58. 5.1. ChÕ ®é thùc IBM PC 8088/8086 cã c¸c thanh ghi trong 16 bit, vµ cã 20 ®êng ®Þa chØ. V× vËy, phÇn mÒm PC gèc ®îc t¹o ra lµ c¸c phÇn mÒm 16 bit (c¶ phÇn mÒm hÖ ®iÒu hµnh vµ phÇn mÒm øng dông), nã sö dông c¸c chØ thÞ 16 bit vµ truy cËp bé nhí RAM ph¹m vi 1 MB. VÝ dô: DOS vµ c¸c phÇn mÒm ch¹y trªn DOS, ch¹y ë chÕ ®é 16 bit vµ giíi h¹n trong kiÕn tróc bé nhí 1 MB ®îc gäi lµ "chÕ ®é thùc". §©y lµ chÕ ®é ®¬n nhiÖm, t¹i mét thêi ®iÓm chØ cã mét ch¬ng tr×nh ®îc ch¹y. Kh«ng cã tr×nh b¶o vÖ ®Ó ng¨n mét ch¬ng tr×nh viÕt ®Ì lªn ch¬ng tr×nh kh¸c trong bé nhí. 5.2. ChÕ ®é b¶o vÖ (32 bit) C¸c bé xö lÝ 386 vÒ sau cã c¸c thanh ghi 32 bit, v× vËy nã cã thÓ ch¹y víi c¸c tËp chØ thÞ 32 bit. C¸c hÖ ®iÒu hµnh vµ c¸c phÇn mÒm øng dông 32 bit ®îc ch¹y trong chÕ ®é nµy, ®©y lµ chÕ ®é b¶o vÖ, chèng ghi ®Ì lªn ch¬ng tr×nh kh¸c trong bé nhí. 58
  59. 5.3. ChÕ ®é thùc ¶o §©y lµ chÕ ®é ¶o cña chÕ ®é 16 bit thùc bªn trong chÕ ®é b¶o vÖ 32 bit. Trong m«i trêng Windows 95/98/2000 khi ta t¹m tho¸t vÒ DOS vµ ch¹y c¸c ch¬ng tr×nh for DOS tøc lµ ta ®ang ë chÕ ®é thùc ¶o. Bëi v× chÕ ®é b¶o vÖ lµ ®a nhiÖm nªn chóng ta cã thÓ ch¹y ®ång thêi nhiÒu ch¬ng tr×nh for DOS mµ kh«ng bÞ lçi. Ta còng lu ý r»ng, chÕ ®é thùc ¶o chØ truy cËp ®îc 1 MB bé nhí RAM. Khi chóng ta ch¹y mét ch¬ng tr×nh for DOS trong m«i tr- êng Windows 95/98 th× hÖ ®iÒu hµnh sÏ t¹o ra mét m¸y DOS ¶o vµ ch¬ng tr×nh sÏ ®îc thùc hiÖn trong ®ã. 59
  60. 6. C¸c thÕ hÖ CPU 6.1. ThÕ hÖ 1 - 8086/8088 C¸c ®Æc trng kü thuËt c¬ b¶n cña CPU thÕ hÖ 1: 1. §é réng thanh ghi: 16 bits. 2. §é réng Bus d÷ liÖu: 8086: 16 bits; 8088: 8 bits. 3. §é réng Bus ®Þa chØ: 20 bits (kh«ng gian ®Þa chØ nhí 1MB). 4. Bé ®ång xö lý 8087 lµ mét chip riªng biÖt. 60
  61. 6.2. ThÕ hÖ 2 - 80286 CPU 80286 ®îc Intel giíi thiÖu 1981 vµ ®îc l¾p trong c¸c m¸y PC/AT (Advanced Technology) cña IBM vµ c¸c m¸y t¬ng thÝch IBM PC. 80286 cã c¸c ®Æc trng kü thuËt chñ yÕu sau: 1. §é réng thanh ghi: 16 bits. 2. §é réng Bus d÷ liÖu: 16 bits. 3. §é réng Bus ®Þa chØ: 24 bits (kh«ng gian ®Þa chØ nhí 16 MB). 4. Bé ®ång xö lý 80287 lµ mét chip riªng biÖt. 61
  62. 6.3. ThÕ hÖ 3 - 80386 C¸c ®Æc trng kü thuËt c¬ b¶n chung Bé xö lý 80386 lµ bé xö lÝ 32 bit ®îc giíi thiÖu 1985 vµ ®îc ®a vµo trong c¸c m¸y tÝnh cuèi 1986. Bé xö lý thÕ hÖ ba cã mét sè ®Æc trng kü thuËt chung sau ®©y: 1. Tèc ®é tõ 16 MHz ®Õn 40 MHz. 2. Bé ®ång xö lý 80387 lµ mét chip riªng biÖt, lµ chip ®ång xö lÝ to¸n häc cã hiÖu n¨ng cao ®îc thiÕt kÕ ®Æc biÖt ®Ó lµm viÖc víi CPU 386. Cã 2 lo¹i bé ®ång xö lý ®ã lµ: 80387 DX lµm viÖc víi 80386 DX, vµ 80387 SX lµm viÖc víi 80386 SX vµ 386 SL. 3. Bé xö lý 80386 hç trî c¶ hai chÕ ®é lµm viÖc: thùc / b¶o vÖ, vµ nã cã thÓ chuyÓn tõ chÕ ®é nµy sang chÕ ®é kia mµ kh«ng cÇn khëi ®éng l¹i m¸y. Ngoµi ra 80386 cßn hç trî chÕ ®é thùc ¶o cho phÐp ch¹y chÕ ®é thùc trong m«i trêng chÕ ®é b¶o vÖ. 62
  63. 6.4. ThÕ hÖ 4 - 80486 a) C¸c ®Æc trng kü thuËt c¬ b¶n chung Hä vi xö lý 80486 cã c¸c ®Æc trng chung sau ®©y: 1. §é réng thanh ghi: 32 bits. 2. §é réng Bus d÷ liÖu: 32 bits. 3. §é réng Bus ®Þa chØ: 32 bits (kh«ng gian ®Þa chØ nhí 4GB). 4. Gi¶m thêi gian thi hµnh lÖnh: cã thÓ thùc hiÖn mét lÖnh chØ trong 2 chu kú. 5. TÝch hîp CacheL1 trong chip. 6. Bé ®ång xö lÝ to¸n häc tÝch hîp trong chip (trõ 80486 SX): lµm t¨ng tèc ®é xö lÝ cña chip ®ång xö lÝ lªn 3 lÇn so víi bé ®ång xö lý ®éc lËp n»m ë ngoµi. 7. ChÕ ®é truyÒn tõng khèi bé nhí: chÕ ®é truyÒn theo khèi cã thÓ ®îc m« t¶ nh sau: víi mçi mét khèi d÷ liÖu 16 bytes, lÇn di chuyÓn 4 bytes ®Çu tiªn cña khèi cÇn 2 chu kú ®ång hå, nhng mçi bèn bytes tiÕp theo cña khèi chØ cÇn mét chu kú ®ång hå. Nh vËy, 16 bytes d÷ liÖu kÒ nhau ®îc truyÒn chØ víi 5 chu kú thay v× 8 chu kú. 63
  64. 6.5. ThÕ hÖ 5 - Pentium C¸c ®Æc trng kü thuËt c¬ b¶n chung Bé xö lý thÕ hÖ 5 cña Intel ®îc c«ng bè ngµy 19/10/199 1. KÝch thíc thanh ghi: 32 bit. 2. Bus ®Þa chØ: 32 bit. 3. Bus d÷ liÖu: 64 bit. 4. §ång xö lÝ: tÝch hîp trong chip. 5. Qu¶n lý ®iÖn n¨ng: cã Sù kh¸c biÖt c¬ b¶n so víi thÕ hÖ bèn lµ Pentium cã hai ®êng dÉn lÖnh cho phÐp thùc hiÖn 2 lÖnh ®ång thêi, c«ng nghÖ nµy gäi lµ c«ng nghÖ siªu híng, víi c«ng nghÖ nµy, Pentium cã thÓ thùc hiÖn ®îc 2 lÖnh trong mét chu kú xung nhip. Hai ®êng dÉn lÖnh cã tªn lµ u vµ v, ®êng u lµ ®êng s¬ cÊp cã kh¶ n¨ng thùc thi tÊt c¶ c¸c lÖnh sè nguyªn vµ dÊu phÈy ®éng. §êng v lµ ®êng thø cÊp chØ thùc hiÖn c¸c lÖnh trªn c¸c sè nguyªn ®¬n gi¶n vµ mét sè lÖnh dÊu phÈy ®éng. 64
  65. 6.6. ThÕ hÖ 6 1. KÝch thíc thanh ghi: 32 bit. 2. §é réng Bus ®Þa chØ: 36 bit (kh«ng gian ®Þa chØ nhí 64 GB). 3. §é réng Bus d÷ liÖu: 64 bit. 4. Bé ®ång xö lÝ: TÝch hîp trong chip. 5. Qu¶n lý ®iÖn n¨ng: cã. 6. TÝch hîp c«ng nghÖ DE: c«ng nghÖ DE (Dynamic Execution - thùc hiÖn ®éng) bao gåm: + Dù ®o¸n ®a nh¸nh + Ph©n tÝch luång d÷ liÖu + Thùc hiÖn suy ®o¸n DE thùc chÊt lµ lo¹i bá sù rµng buéc vµo thø tù tuÇn tù c¸c lÖnh, gi¶m sù chê ®îi d÷ liÖu tõ bé nhí. 7. KiÕn tróc DIB: kiÕn tróc DIB (Dual Independent Bus - Bus ®éc lËp ®«i) tøc lµ CPU cã 2 Bus d÷ liÖu, mét cho cache L2 vµ mét cho b¶ng m¹ch chÝnh lµm t¨ng tèc ®é cahe L2. 65
  66. 6.7. Bé vi xö lý thÕ hÖ 7 Bé vi xö lý thÕ hÖ 7 cña Intel cã tªn lµ Itanium. Phiªn b¶n míi nhÊt hiÖn nay lµ Itanium 2 tèc ®é 1.5 GHz víi 6 MB cache L3 tÝch hîp, ®îc kiÕn tróc ®éc nhÊt v« nhÞ ®¸p øng sù ®ßi hái kh¾t khe cña c¸c øng dông kinh doanh vµ c«ng nghÖ. 66
  67. Ch¬ng VI B¶ng m¹ch chÝnh Liªn kÕt tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn kh¸c nhau cña toµn bé hÖ thèng m¸y tÝnh víi nhau. B¶ng m¹ch chÝnh cã c¸c thuËt ng÷ tiÕng Anh sau: Mainboard, Motherboard, System board. 67
  68. 1. Mét sè lo¹i b¶ng m¹ch chÝnh thêng gÆp Cã nhiÒu th«ng sè ®Þnh d¹ng chung cho b¶ng m¹ch chÝnh, nã cho biÕt kÝch cì cña b¶ng m¹ch chÝnh vµ tõ ®ã x¸c ®Þnh lo¹i hép m¸y nµo t¬ng thÝch víi nã. Lo¹i cò: Baby-AT Full-size AT LPX Lo¹i míi: ATX (Advanced Technology eXtension) 68
  69. §Æc trng kü thuËt c¬ b¶n cña ATX 1. B¶ng kÕt nèi I/O víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi hai tÇng. 2. ChØ cã mét bé nèi kÕt nguån néi bé theo kiÓu kho¸ ®¬n. B¶ng m¹ch chÝnh ATX kh«ng cÇn mét bé æn ¸p g¾n s½n trªn nã, mµ chÝnh bé æn ¸p nµy thêng lµ nguyªn nh©n cña nhiÒu sù háng hãc. 69
  70. 3. Cã sù bè trÝ l¹i vÞ trÝ cña CPU vµ bé nhí trªn bÒ mÆt b¶ng m¹ch chÝnh, nhê ®ã t¹o ra ®é th«ng tho¸ng cho b¶ng m¹ch vµ kh«ng cßn g©y víng vÝu khi l¾p ®Æt c¸c Card më réng. ATX cho phÐp n©ng cÊp CPU, bé nhí mét c¸ch dÔ dµng vµ kh«ng cÇn ph¶i th¸o bÊt kú mét Card më réng nµo. CPU vµ bé nhí ®îc bè trÝ c¹nh bé nguån, phÝa tríc n¬i l¾p ®Æt qu¹t lµm m¸t, chÝnh v× vËy tËn dông nguån giã ®Ó lµm m¸t chóng. 4. Cã sù bè trÝ l¹i c¸c bé nèi kÕt I/O néi bé, nh c¸c bé nèi kÕt c¸c æ ®Üa, ®îc ®Þnh vÞ gÇn víi hèc ®Æt æ ®Üa, nhê ®ã rót ng¾n ®é dµi c¸p, gi¶m gi¸ thµnh vµ dÔ dµng trong viÖc l¾p ®Æt. 5. Chi phÝ s¶n xuÊt thÊp, tiÕt kiÖm ®îc c¸c c¸p nèi tõ b¶ng m¹ch chÝnh tíi c¸c cæng kÕt nèi ngo¹i vi, gi¶m qu¹t dµnh riªng cho CPU, gi¶m bé æn ¸p, rót ng¾n c¸p kÕt nèi æ ®Üa vµ b¶ng m¹ch chÝnh, 70
  71. 2. C¸c thµnh phÇn cña b¶ng m¹ch chÝnh C¸c b¶ng m¹ch chÝnh hiÖn nay thêng cã c¸c bé phËn sau: 1. Socket/Slot cña CPU. 2. Chipset. 3. Chip Super I/O. 4. ROM BIOS. 5. C¸c khe c¾m SIMM / DIMM / RIMM, c¸c khe c¾m ISA / PCI / AGP vµ bus. 6. Bé æn ¸p cho CPU. 7. C¸c cæng kÕt nèi kh¸c. 71
  72. 2.1. Chipset Chipset: Lµ mét chip ®¬n tÝch hîp toµn bé c¸c chøc n¨ng cña c¸c chip c¬ b¶n trªn b¶ng m¹ch chÝnh nh: bé t¹o xung nhÞp, bé ®iÒu khiÓn bus, bé ®iÒu khiÓn thêi gian hÖ thèng, bé §/K ng¾t, 72
  73. Sè hiÖu Dßng CPU 420 xx ThÕ hÖ 4 430xx ThÕ hÖ 5 440xx Pentium pro/Pentium II/III 450xx M¸y tÝnh Server víi Pentium pro/Pentium Xeon 845xx/850xx Pentium IV C¸c chipset cña Intel ®îc thiÕt kÕ víi cÊu tróc 2 líp, cã sù liªn kÕt chÆt chÏ víi nhau lµ North Bridge vµ South Bridge 73
  74. +North Bridge (cÇu nèi b¾c): ®©y lµ mét chip n»m ë phÝa trªn, nèi kÕt c¸c thµnh phÇn: CPU Bus, memory bus, cache L2 bus, PCI bus. Nã lµ thµnh phÇn chÝnh cña chipset ho¹t ®éng víi tèc ®é b»ng tèc ®é bus hÖ thèng. Nã liªn kÕt gi÷a CPU víi nh÷ng thµnh phÇn cßn l¹i cña b¶ng m¹ch chÝnh. Ngoµi ra, North Bridge cßn chøa c¸c bé ®iÒu khiÓn cache vµ ®iÒu khiÓn bé nhí chÝnh. + South Bridge (cÇu nèi nam): lµ cÇu nèi n»m ë phÝa díi, kÕt nèi gi÷a PCI bus vµ ISA bus, nã ho¹t ®éng víi tèc ®é thÊp h¬n North Bridge. Ngoµi ra, nã cßn chøa c¸c giao diÖn ®iÒu khiÓn æ ®Üa IDE, giao diÖn USB, CMOS RAM, PCI bus vµ ISA bus. 74
  75. C¸c chipset cña Pentium IV Tªn chipset 845 865P Sè hiÖu 82845 MCH 82865P MCH Tèc ®é Bus 400 533/400 Hç trî c«ng nghÖ Cã Cã HT KiÕn tróc Intel Hus Intel Hus CPU thÝch hîp PIV PIV Lo¹i RAM DDRAM DDRAM Hç trî AGP AGP-4x AGP-8x Giao tiÕp æ cøng ATA/100 ATA/100 §iÒu khiÓn ©m thanh AC97 AC97 76
  76. 2.2. Chip Super I/O §©y lµ chip lín thø ba trªn b¶ng m¹ch chÝnh, chip nµy gåm tèi thiÓu c¸c thµnh phÇn sau: 1. Bé ®iÒu khiÓn ®Üa mÒm. 2. Bé ®iÒu khiÓn cæng nèi tiÕp. 3. Bé ®iÒu khiÓn cæng song song. Ngoµi c¸c thµnh phÇn trªn, chip Super I/O cña mét sè b¶ng m¹ch chÝnh cßn cã mét sè thµnh phÇn kh¸c nh bé ®iÒu khiÓn chuét, bµn phÝm, 78
  77. 2.3. C¸c lo¹i BUS vµ c¸c Card më réng 2.3.1. Bus vµ sù ph©n cÊp Bus Bus lµ c¸c ®êng liªn kÕt ghÐp nèi c¸c bé phËn cña m¸y tÝnh, th«ng tin cã thÓ truyÒn tõ bé phËn nµy tíi bé phËn kh¸c th«ng qua Bus. Trong hÇu hÕt c¸c PC c¸c Bus ®îc ph©n thµnh 3 cÊp hoÆc 4 cÊp. TÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ trong hÖ thèng ®Òu ®îc nèi vµo mét Bus nµo ®ã. 79
  78. 2.3.2. C¸c lo¹i Bus a) CPU Bus hay System Bus CPU Bus lµ ®êng truyÒn tÝn hiÖu gi÷a CPU vµ North Bridge. Trong mét sè hÖ thèng, nã cßn lµ ®êng truyÒn tÝn hiÖu gi÷a CPU vµ Cache L2. . Tèc ®é cña CPU Bus b»ng tèc ®é b¶ng m¹ch chÝnh, ®é réng tuú thuéc thÕ hÖ m¸y. CPU Bus cã tèc ®é nhanh h¬n bÊt cø Bus nµo trong hÖ thèng. 80
  79. b) Memory Bus Memory Bus dïng ®Ó truyÒn th«ng tin gi÷a CPU vµ bé nhí chÝnh th«ng qua cÇu nèi North Bridge. Tèc ®é cña nã do Chipset ®iÒu khiÓn tuú thuéc vµo lo¹i RAM cµi ®Æt trong hÖ thèng. 81
  80. c) AGP Bus AGP Bus (Accelerated Graphics Port - Cæng ®å ho¹ t¨ng tèc) ®îc Intel thiÕt kÕ dµnh riªng cho c¸c t¸c vô h×nh ¶nh vµ ®å ho¹, AGP Bus chØ cã mét khe c¾m AGP dµnh riªng cho Card mµn h×nh. Phiªn b¶n ®Çu 1.0 cña AGP Bus ra ®êi th¸ng 7/1996, cã tèc ®é xung nhÞp c¬ së 66 MHz, chÕ ®é 1x hoÆc 2x. Do AGP Bus ®éc lËp víi PCI Bus nªn viÖc sö dông Card mµn h×nh AGP sÏ gi¶i phãng PCI Bus cho c¸c thiÕt bÞ I/O kh¸c. 82
  81. d) PCI Bus PCI Bus (Pripheral Component Interconnect - nèi kÕt thµnh phÇn ngo¹i vi) ®îc coi nh mét "siªu xa lé th«ng tin" khi míi ra ®êi. PCI Bus ®îc nèi víi CPU Bus vµ Memory Bus th«ng qua North Bridge vµ nèi trùc tiÕp vµo c¸c khe c¾m PCI dµnh cho c¸c Card më réng PCI. PCI Bus cã mét sè ®Æc trng kü thuËt sau: Cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng tèi ®a ®ång thêi víi 3 thiÕt bÞ ngo¹i vi ®îc c¾m trùc tiÕp vµo nã ChuÈn PCI ®îc thiÕt kÕ ®Ó truyÒn ®ång thêi 32 / 64 bit, tèc ®é truyÒn cã thÓ lªn tíi 264 MB/gi©y. C¸c PCI Card ®îc cÊu h×nh tù ®éng (PNP - Plug and Play - c¾m vµ ch¹y). Mçi Card më réng ®îc c¾m vµo khe c¾m PCI ®Òu cã th«ng tin ngay trªn nã, vµ cã thÓ ®îc CPU ®äc vµ sö dông trong cµi ®Æt. 83
  82. e, USB (Universal Serial Bus): Lµ mét chuÈn Bus dïng cho c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi do tæ hîp c¸c h·ng Compaq, Intel, DEC, Microsoft, IBM hîp t¸c ®a ra. Môc tiªu cña USB lµ cho phÐp ngêi dïng c¾m c¸c bé phËn vµo m¸y tÝnh mµ kh«ng cÇn t¾t hÖ thèng, kh«ng cÇn th¸o vá m¸y, kh«ng cÇn l¾p thªm card më réng, kh«ng cÇn cµi ®Æt ch¬ng tr×nh. 2.3.3. C¸c Card më réng C¸c m¸y tÝnh ®îc thiÕt kÕ sao cho viÖc bæ sung c¸c thiÕt bÞ ®îc ®¬n gi¶n. §Ó ®¸p øng ®iÒu ®ã, trªn b¶ng m¹ch chÝnh, cã c¸c khe c¾m (Slot) h×nh ch÷ nhËt hÑp, dµi. Bªn trong c¸c khe nµy lµ c¸c mèi nèi kÕt víi c¸c bus. 84
  83. AGP Cổng đồ họa tăng tốc 1x: Xung nhịp 66 Mhz tốc độ tối đa 266 Mb/s điện thế 3,3v 2x: Xung nhịp 133 Mhz tốc độ tối đa 533 Mb/s điện thế 3,3v 4x: Xung nhịp 266 Mhz tốc độ tối đa 1066 Mb/s điện thế 1,5v 8x: Xung nhịp 533 Mhz tốc độ tối đa 2133 Mb/s điện thế 0,8v PCI express còn gọi là công nghệ I/O thế hệ thứ 3 là 1 cổng kết nối tuần tự 2 chiều -Tốc độ truyền dữ liệu lên tới 200Mb/s cho mỗi hướng -PCIe 16x có thể đạt tới 6,4Gb/s cho cả 2 hướng -Mỗi PCIe gồm 2 làn truyền dữ liệu lên xuống. Mỗi làn có thể truyền 2,5 gigabit/s 85
  84. 4. Sù cè th«ng thêng vµ c¸ch xö lý Khi cã sù cè mµ chóng ta nghi ngê cã liªn quan tíi b¶ng m¹ch chÝnh, c¸ch xö lý thùc tÕ nhÊt lµ tiÕn hµnh c« lËp ®Ó t×m ra nguyªn nh©n g©y ra sù cè. Chóng ta cã thÓ tiÕn hµnh theo c¸c bíc sau: 1. KiÓm tra nguån cung cÊp ®iÖn: gi¾c ®· ®îc c¾m vµo m¹ng ®iÖn cha? c¸c ®Çu c¾m cã bÞ láng kh«ng? 2. KiÓm tra toµn bé c¸c d©y c¸p kÕt nèi m¸y tÝnh víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi (lçi nµy thêng xuÊt hiÖn trong khi Post). 3. KiÓm tra xem c¸c b¶ng m¹ch më réng cã bÞ lçi tiÕp xóc kh«ng? §©y lµ lçi rÊt hay gÆp, ®Æc biÖt lµ víi c¸c b¶ng m¹ch chÝnh kh«ng ph¶i cña Intel. 86
  85. Bµi tËp cuèi ch¬ng 6.1. C¸c lo¹i b¶ng m¹ch chÝnh ®· ®îc dïng cho c¸c m¸y tÝnh c¸ nh©n tõ thÕ hÖ thø nhÊt ®Õn nay. 6.2. Vai trß cña b¶ng m¹ch chÝnh ®èi víi mét hÖ thèng m¸y tÝnh. Khi muèn n©ng cÊp mét m¸y tÝnh th× cã nhÊt thiÕt ph¶i thay thÕ b¶ng m¹ch chÝnh kh«ng? T¹i sao? 6.3. Tr×nh bµy nh÷ng ®Æc trng kü thuËt næi bËt cña b¶ng m¹ch chÝnh ATX. Sù kh¸c biÖt c¬ b¶n nhÊt gi÷a b¶ng m¹ch chÝnh ATX vµ AT. 6.4. C¸c thµnh phÇn cña b¶ng m¹ch chÝnh, tr×nh bµy thuËt ng÷ Chipset. Tæng quan vÒ sù ph¸t triÓn cña chipset trong lÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh ®iÖn tö. 6.5. Tr×nh bµy vÒ North Bridge vµ South Bridge, vai trß cña chóng trong b¶ng m¹ch chÝnh. 6.6. Tr×nh bµy vÒ kiÕn tróc chipset cña Intel tõ 810 trë ®i. 6.7. KiÕn tróc vµ chøc n¨ng cña chip Super I/O. T¹i lo¹i chip nµy trong b¶ng m¹ch chÝnh dïng c¸c chipset tõ 810 trë ®i l¹i kh«ng cßn tån t¹i n÷a? 6.8. Tr×nh bµy s¬ ®å kiÕn tróc vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña sù ph©n cÊp bus trong hÖ thèng Pentum II. 6.9. C¸c lo¹i Bus, kiÕn tróc vµ ®Æc trng kü thuËt c¬ b¶n cña mçi lo¹i. 6.10. Vai trß cña c¸c khe c¾m Card më réng trªn b¶ng m¹ch chÝnh. B¹n cã dù ®o¸n g× vÒ sù ph¸t triÓn cña chóng trong t¬ng lai? 6.11. C¸c bíc l¾p ®Æt / th¸o gì mét b¶ng m¹ch chÝnh. 6.12. Khi m¸y tÝnh gÆp sù cè cã nghi ngê liªn quan tíi b¶ng m¹ch chÝnh th× chóng ta cÇn ph¶i xö lý nh thÕ nµo? 87
  86. CHƯƠNG VII. Ổ ĐĨA Ổ đĩa là một thành phần rất quan trọng của máy tính, trừ một số loại máy tính trong mạng có thể không cần ổ đĩa còn tất cả các máy tính đều không thể hoạt động nếu không có ổ đĩa. Ổ đĩa ngoài nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu và chương trình còn trợ giúp không gian nhớ cho bộ nhớ trong một khi bộ nhớ trong không đủ chứa các dữ liệu trung gian khi hoạt động. Chương này cung cấp những hiểu biết về nguyên lý hoạt động, cấu trúc của ổ đĩa. Qua các kiến thức đó cung cấp những kĩ năng quản lý và bảo trì ổ đĩa. 88
  87. 1. Bộ nhớ phụ (Storage) Thời kỳ đầu, bộ nhớ phụ là các băng đục lỗ được sử dụng để lưu trữ các chương trình và số liệu, nó có nhược điểm là chỉ thu nhận thông tin 1 lần sau đó không thay đổi được nữa, tốc độ chậm, dung lượng thấp. Băng từ ra đời sau, có ưu điểm hơn là: có thể đọc/ghi nhiều lần, dung lượng lớn hơn. Tuy nhiên tốc độ còn chậm và tổ chức truy cập trực tiếp rất khó khăn. Đĩa từ được đưa vào sử dụng lần đầu tiên trong các thiết bị tính toán của hãng IBM, vào đầu những năm 70, ngày nay đĩa từ đã trở thành một trong các thiết bị ngoại vi chuẩn của các máy micro và mini. Đĩa từ có ưu điểm: dung lượng lớn, tốc độ cao, thời gian thâm nhập tương đối ngắn, tổ chức đọc/ghi tín hiệu mềm dẻo, giá rẻ, gọn nhẹ, dễ bảo quản, dễ sử dụng. Đĩa quang hay còn gọi là đĩa laser (Compact Disk), có ưu điểm: dung lượng lớn, độ tin cậy cao, đĩa quang chỉ thua kém đĩa cứng về tốc độ truy nhập. 89
  88. 2. Nguyên lý đọc/ghi từ tính. Trên vật liệu dẻo như polime hay vật liệu cứng như gốm hoặc nhôm người ta phủ một lớp mỏng chất có chứa sắt từ, lớp này có khả năng thẩm từ và duy trì từ tính sau khi tác động lên chúng một từ trường mang nội dung thông tin. Tính thẩm từ là tính chất có thể cho từ thông xuyên qua một cách dễ dàng và chịu sự tác động của từ thông đó. Tính duy trì từ tính hay tính nhiễm từ, là khả năng lưu lại từ tính sau khi ngừng tác động từ trường từ bên ngoài. Chất sắt từ là những chất có độ thẩm từ và tính duy trì từ tính cao. 90
  89. Bộ phận then chốt trong việc đọc/ghi là đầu từ. Đầu từ có nguyên lý cấu tạo giống nam châm điện, trong đó các cực lõi đầu từ được làm bằng hợp kim sắt từ, hình khuyên, có một khe hở nhỏ đồng thời là điểm tiếp xúc của đầu từ với lớp sắt từ của băng hay đĩa từ. Quanh lõi từ có quấn một cuộn dây, có điểm giữa nối mát để chống nhiễu. Khi ghi, dòng điện chạy trong cuộn dây AB có cường độ tương ứng với các bit thông tin cần ghi, tạo ra một từ trường xác định trong lõi hình khuyên. Qua khe hở từ thông của từ trường này tác động xuống lớp sắt từ, lớp sắt từ được thẩm từ và duy trì từ tính tương ứng với bit thông tin. Như vậy từ trường dọc theo đường ghi thay đổi theo quy luật của dòng điện mang thông tin chạy qua cuộn dây AB. Khi đọc, ngược lại với quá trình ghi, theo nguyên lý cảm ứng điện từ sự biến thiên của từ trường dọc theo đường ghi sinh ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây AB, dòng điện này tương ứng với dòng điện đã dùng để ghi thông tin trên đĩa. 91
  90. 3. Ổ ĐĨA MỀM VÀ ĐĨA MỀM 3.1. Đĩa mềm + Mặt đĩa (Side, Head) Thông tin có thể ghi lên một hoặc cả hai mặt của đĩa, mỗi mặt đĩa cần phải có một đầu từ đọc/ghi. Dữ liệu được ghi lên mặt đĩa theo mật độ đơn (SD - Single Density) hay mật độ kép (DD - Double Density). Ngày nay người ta chỉ sử dụng loại đĩa hai mặt (DS – Double Side), mật độ kép. + Rãnh (Track) Dữ liệu được ghi lên đĩa theo các đường đồng tâm gọi là rãnh. Rãnh được đánh số từ ngoài vào tâm theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, rãnh ngoài cùng là 0, trong cùng là 39 (đĩa 360 Kb) hoặc 79 (với đĩa 1,44 Mb). + Cung (Sector) Mỗi rãnh chia thành nhiều cung tuỳ thuộc cách phân chia và loại đĩa, chẳng hạn có 9 sector với đĩa 360 Kb và 18 sector với đĩa 1,44 Mb. 92
  91. 3.2. Cấu tạo ổ đĩa mềm Ổ đĩa mềm bao gồm các bộ phận cơ học và điện tử cần thiết để thực hiện các chức năng sau: + Quay đĩa mềm với tốc độ quy định + Dịch chuyển đầu từ dọc theo bán kính đĩa đến rãnh mong muốn + Hạ đầu từ cho nó tiếp xúc với mặt đĩa + Thông báo trạng thái của ổ đĩa (vị trí của đầu từ đang ở trên rãnh nào, phát hiện và phân biệt lỗ chỉ số, lỗ cung, trạng thái sẵn sàng làm việc, cấm ghi, lỗi ghi, ) + Ghi và đọc số liệu 93
  92. 4. Ổ ĐĨA CỨNG 4.1 Các đặc tính cơ bản và nguyên lý hoạt động Ổ đĩa cứng ta thường viết tắt là HDD (Hard Disk Driver), còn gọi là None-Removable Disk để chỉ đặc tính quan trọng của nó là các đĩa được gắn cố định với hệ thống quay đĩa, không thể tháo rời ra được. Các đặc điểm chung của đĩa cứng - Các đĩa cứng được làm bằng vật liệu cứng, trên bề mặt phủ chất sắt từ. - Đĩa cứng và rất phẳng nên đầu từ có thể được định vị rất chính xác, không cần tiếp xúc trực tiếp mà chỉ cần bay sát mặt đĩa cũng có thể đọc/ghi thông tin, vì vậy có thể nâng cao tốc độ quay của đĩa cứng lớn hơn tốc độ quay của đĩa mềm rất nhiều mà không sợ ma sát giữa đầu từ và mặt đĩa gây hư hỏng. - Cấu trúc ghi thông tin của đĩa cứng cũng được cấu tạo giống như trên đĩa mềm, bao gồm: Rãnh (Track), Mặt (Side – Head), Cung (Sector). Một khái niệm mới là Trụ (Cylinder), trụ bao gồm các rãnh có cùng bán kính trên tất cả các mặt. 94
  93. 4.2. Các chuẩn của bộ điều khiển đĩa. ( HDC - Hard Disk Controller) Hiện nay đã có 5 chuẩn bộ điều khiển đĩa: ST506, ESDI, SCSI, IDE, SATA. Chúng được sử dụng rộng rãi và được sử dụng làm các chuẩn công nghiệp. 95
  94. * Chuẩn ST506 Do hãng Segate Technology sản xuất. Theo chuẩn này HDD và HDC là 2 bộ phận tách biệt. Bộ điều khiển nằm trên card mở rộng cắm vào một trong các slot trên mainboard. Mỗi bộ điều khiển có thể điều khiển được 2 ổ đĩa cứng. Các tín hiệu ghép nối HDD với HDC được chia làm 2 nhóm: nhóm các tín hiệu điều khiển (34 dây) và nhóm các tín hiệu số liệu (20 dây). 96
  95. * Chuẩn IDE (Integrated Device Electronics ) Parallel ATA (PATA) hay còn được gọi là EIDE (Enhanced intergrated drive electronics) được biết đến như là 1 chuẩn kết nối ổ cứng thông dụng hơn 10 năm nay. Sử dụng với 40-pin kết nối song song Tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa là 100 MB/giây. 97
  96. *SATA (Serial ATA) Nhanh chóng trở thành chuẩn kết nối mới trong công nghệ ổ cứng nhờ vào những khả năng ưu việt hơn chuẩn IDE về tốc độ xử lý và truyền tải dữ liệu. SATA là kết quả của việc làm giảm tiếng ồn, tăng các luồng không khí trong hệ thống do những dây cáp SATA hẹp hơn 400% so với dây cáp IDE. Tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa lên đến 150 - 300 MB/giây. Đây là lý do vì sao bạn không nên sử dụng ổ cứng IDE chung với ổ cứng SATA trên cùng một hệ thống. Ổ cứng IDE sẽ “kéo” tốc độ ổ cứng SATA bằng với mình, khiến ổ cứng SATA không thể hoạt động đúng với “sức lực” của mình. 98
  97. 4.3.Các dạng cấu hình ổ đĩa Khi 2 ổ đĩa cùng kết nối vào một cáp, có một ổ đĩa chính gọi là ổ chủ (master) và ổ đĩa phụ (slave). Một máy tính thường hỗ trợ hai đường kết nối IDE, đường thứ nhất gọi là Primary, đường kia là Secondary, tương ứng các ổ đĩa trên các đường kết nối là Primary Master, Primary Slave, Secondary Master và Secondary Slave. Quy định ổ đĩa là Master hoặc Slave bằng cách thiết lập các jumper tương ứng theo sơ đồ (thường được ghi ngay trên vỏ đĩa). 99
  98. 4.4. Phân vùng đĩa Việc tạo các phân vùng (các ổ đĩa logic), được thực hiện bằng chương trình FDISK của MS-DOS hoặc Windows, chương trình này cho phép chọn dung lượng cho các phân vùng theo MB hay % của ổ đĩa vật lí. Theo quy cách của hệ điều hành MS-DOS một ổ đĩa cứng có thể chia làm 3 phân vùng: +Phân vùng DOS cơ sở (Primary DOS Partition ) là phân vùng sau này là ổ đĩa logic chứa chương trình hệ thống của hệ điều hành MS-DOS. +Phân vùng DOS mở rộng (Extended DOS Partition) là phân vùng chịu sự quản lý của hệ điều hành MS-DOS. Trong phân vùng này ta có thể chia làm nhiều vùng con, mỗi vùng con đó ta có thể sử dụng làm một ổ đĩa logic. +Phân vùng phi DOS (Non DOS Partition ) là phân vùng có thể cài đặt một hệ điều hành khác MS-DOS. 100
  99. Định dạng cấp thấp - LLF (Low Level Format). Trong quá trình này một chương trình tạo các rãnh (track) trên các bề mặt đĩa, chia các track thành số xác định các sector, tạo các khoảng trống giữa các track và các sector, ghi các thông tin đầu và cuối. Định dạng cấp cao – lên khuôn đĩa – Format Một chương trình của hệ điều hành đảm nhận quá trình này. Hệ điều hành MS-DOS, Windows có chương trình lên khuôn đĩa tên tệp là FORMAT.EXE.Sau khi lên khuôn, đĩa được cài đặt các cấu trúc cần thiết để khởi động đĩa và quản lí tệp như chương trình khởi động (Boot Record), bảng định vị tệp FAT (File Allocation Table), vùng thư mục gốc (Root), vùng dữ liệu (Data). Việc lên khuôn đĩa phải thực hiện sau một quá trình gọi là phân vùng đĩa, sau khi phân vùng, một đĩa vật lý có thể được chia thành nhiều ổ đĩa hoạt động dưới sự quản lý của hệ điều hành, các ổ được phân chia đó gọi là các ổ đĩa logic. Việc phân vùng đĩa với hệ điều hành MS-DOS, Windows được thực hiện bởi chương trình có tên tệp là FDISK.EXE. 101
  100. 5. Một số chú ý khi sử dụng Tuyệt đối không được mở ổ đĩa ra xem, vì như vậy sẽ làm sai lệnh độ chính xác và độ sạch của ổ đĩa. Dung lượng ghi trên vỏ đĩa của các nhà sản xuất thường là theo triệu bytes (1Mb=1000Kb*1000Byte), không giống với định nghĩa đơn vị đo thông tin (1MB=1024 KB*1024 bytes). Tuyệt đối không di chuyển hay va chạm mạnh vào máy khi máy tính đang hoạt động. Thường xuyên chạy các chương trình bảo dưỡng đĩa như SPEEDDISK, SCANDISK, DEFRAGE để nâng cao khả năng hoạt động của đĩa. 102
  101. 6. Ổ ĐĨA QUANG VÀ ĐĨA QUANG Ngày nay đĩa quang được sử dụng phổ biến, chúng có dung lượng chứa thông tin cao. Ban đầu các đĩa quang được phát triển nhằm ghi các ghi âm thanh (CD – Compact Disk), hình ảnh động (VCD – Vidéo CD), về sau chúng được ứng dụng vào trong các hoạt động lưu trữ thông tin trên máy tính (CD ROM -Compact Disk Read Only Memory). Thông tin được lưu trữ trên đĩa quang là thông tin rời rạc. * Nguyên lý chế tạo Người ta tạo ra các đĩa CD ROM theo 2 bước: Bước 1: Dùng tia laser mạnh đốt nóng chảy thành các hốc đường kính 1 m trên một đĩa chủ bằng chất dẻo. Mỗi hốc này tương ứng với một bit thông tin. Bước 2: Từ đĩa chủ này tạo ra một cái khuôn để tạo ra các bản copy là các đĩa chất dẻo. Sau đó người ta phủ một lớp nhôm mỏng phản quang lên trên mặt đĩa và lại phủ một lớp chất dẻo trong suốt lên trên lớp nhôm để bảo vệ. Các hốc nhỏ được gọi là pits, còn diện tích không bị đốt chảy thành hốc gọi là lands, chúng có độ phản xạ ánh sáng khác nhau. 103
  102. 6.1. Tổ chức thông tin Thông tin trên CD-ROM được ghi theo một đường xoắn ốc duy nhất. Dữ liệu được ghi thành từng nhóm 24 byte, mỗi byte đầu tiên được mở rộng từ 8 bit thành 14 bit bằng việc sử dụng mã Reed- Solomon, 3 bit đặc biệt được thêm vào giữa các nhóm và một byte đồng bộ được bổ sung để tạo thành một frame, 98 frame tạo thành một block chứa 2 KB dữ liệu, block là một đơn vị cơ bản địa chỉ hoá được. Mỗi CD-ROM có thể chứa 270000 block, cho dung lượng 533 MB. Cách ghi thông tin trên phức tạp, gây lãng phí dung lượng đĩa, nhưng cho độ tin cậy cao và giá thành chế tạo rất rẻ. 104
  103. 6.2.Cách đọc thông tin Các đĩa CD ROM được đọc bằng một thiết bị giống như máy nghe nhạc CD, dùng một đầu dò đo năng lượng phản xạ từ bề mặt đĩa khi chiếu lên bề mặt một tia laser công suất nhỏ. Dữ liệu được đọc với một vận tốc tuyến tính không thay đổi là 75 inches/sec, cho ta tốc độ đọc dữ liệu là 153,60 kbyte/sec. 105
  104. * Các đĩa quang ghi được 1 lần và nhiều lần Các đĩa quang “thế hệ thứ hai” là WORM (Write Once Read Many), cho phép người sử dụng ghi một lần thông tin lên các đĩa quang này. Các đĩa quang “thế hệ thứ ba” là loại đĩa có thể xoá được, chúng sử dụng công nghệ quang - từ. Đĩa chất dẻo được phủ một lớp hợp kim, hợp kim này có tính chất là ở nhiệt độ thấp chúng không nhạy cảm với từ trường, nhưng ở nhiệt độ cao cấu trúc phân tử của chúng sắp xếp lại theo từ trường tác động vào. Để ghi thông tin, đầu (ghi) của ổ đĩa có một laser và một nam châm. Tia laser chiếu một xung ánh sáng ngắn vào kim loại, nâng nhiệt độ của nó tức thời lên cao, nhưng chưa đủ làm chảy thành hốc (pit), đồng thời nam châm phát ra một từ trường theo một trong hai hướng để sắp xếp lại các phần tử của chất có tính chất quang từ. Khi xung laser hết, chỗ kim loại bị chiếu tia laser đã bị từ hoá theo một trong hai hướng biểu diễn 0 hoặc 1. 106
  105. Ổ đĩa CD-ROM,CDRW Chữ "x" ở đây tượng trưng cho tốc độ dữ liệu 150Kbps, và mỗi con số biểu thị cho một khả năng khác nhau mà chiếc ổ ghi CD có thể thực hiện. Một chiếc ổ CD-R có hai chức năng: ghi và đọc đĩa CD; còn một chiếc ổ CD-RW có ba chức năng: ghi, ghi đè (xoá và ghi dữ liệu chèn lên) và đọc. Khi nhìn vào tốc độ của ổ ghi, con số đầu tiên (số "12" trong ví dụ trên) dùng để chỉ tốc độ mà ổ ghi CD sẽ ghi dữ liệu trên một chiếc đĩa CD-R. Do vậy mà ở trong ví dụ trên, ổ ghi CD sẽ ghi dữ liệu gấp 12 lần so với tốc độ 150Kbps. Con số thứ hai (số "2" trong ví dụ trên) dùng để chỉ tốc độ mà một chiếc ổ ghi CD đạt được khi ghi đè dữ liệu trên đĩa CD-RW. Do vậy trong ví dụ trên, ổ CD sẽ ghi đè dữ liệu trên đĩa CD với tốc độ gấp hai lần tốc độ 150Kbps. 107
  106. Thường thì con số thứ hai (tốc độ ghi đè) thấp hơn con số đầu tiên (tốc độ ghi), bởi quá trình ghi đè thường chậm hơn quá trình ghi dữ liệu. Con số cuối cùng (số "24" trong ví dụ trên) dùng để chỉ tốc độ mà ổ ghi sẽ đọc dữ liệu từ đĩa CD. Do vậy mà trong ví dụ trên, ổ ghi CD sẽ đọc dữ liệu với tốc độ gấp 24 lần 150Kbps. Ổ CD-R chỉ có thể ghi được một lần. Khi dữ liệu đã ghi rồi thì không thể xoá được. Còn ổ CD-RW là ổ có thể ghi rồi lại xoá và ghi đè lên. Hầu hết các thiết bị đầu đọc audio CD (đặc biệt là các model cũ) chỉ có thể đọc được đĩa CD-R, do vậy khi muốn ghi nhạc thì bạn nên ghi vào đĩa CD-R. Trong khi đó, các đĩa CD- RW thường được sử dụng để lưu trữ dữ liệu hoặc để sao lưu dữ liệu. 108
  107. * ĐĨA DVD DVD được chia làm hai loại chính: single layer DVD - có sức chứa 4.7 GB và double layer DVD - có sức chứa 4.7 GB x 2 = 9.4 GB. DVD±R (DVD recordable): đĩa DVD chỉ có khả năng ghi được một lần duy nhất. DVD-R: định dạng xuất hiện đầu tiên và có mục đích ban đầu là để lưu lại hình ảnh. DVD+R: giống như -R nhưng cho phép xem mà không cần đĩa hoàn chỉnh. DVD±RW (DVD Read Write): đĩa DVD có khả năng xóa và ghi nhiều lần. Thông thường một đĩa DVD±RW có khả năng ghi, xóa không dưới 1000 lần. Dung lượng của loại đĩa này là 4,7GB. Đĩa DVD+RW thường được dùng để lưu trữ, trong khi DVD-RW thường được dùng đến khi ghi hình. Hiện nay đa số đĩa bán ra trên thị trường đều là dạng DVD±RW chứ không chỉ đơn thuần là DVD+RW hay DVD-RW. 109
  108. 4. MỘT SỐ HỎNG HÓC THƯỜNG GẶP Câu hỏi 1: Làm thế nào để biết một ổ đĩa mềm bị hỏng bộ điều khiển ổ đĩa, bị bẩn hoặc lệch đầu từ; đĩa mềm bị hỏng vật lý bề mặt, bị hỏng logíc? Câu hỏi 2: Làm thế nào để biết một ổ đĩa cứng bị hỏng bộ điều khiển ổ đĩa, bị hỏng vật lý bề mặt, bị hỏng logíc? BÀI TẬP 7.1 Trình bày một số vấn đề về ổ đĩa cứng: Khái niệm, xu thế phát triển, hoạt động. 7.2 Một ổ đĩa cứng muốn lưu trữ dữ liệu được phải qua những khâu chuẩn bị nào. Trình bày nội dung của các bước đó. 7.3 Các thành phần cơ bản của ổ đĩa cứng, cách lắp đặt ổ đĩa cứng vào máy tính. 7.4 Trình bày một số vấn đề cần lưu ý về bảo trì đĩa cứng. 110
  109. AGP Cổng đồ họa tăng tốc 1x: Xung nhịp 66 Mhz tốc độ tối đa 266 Mb/s điện thế 3,3v 2x: Xung nhịp 133 Mhz tốc độ tối đa 533 Mb/s điện thế 3,3v 4x: Xung nhịp 266 Mhz tốc độ tối đa 1066 Mb/s điện thế 1,5v 8x: Xung nhịp 533 Mhz tốc độ tối đa 2133 Mb/s điện thế 0,8v PCI express còn gọi là công nghệ I/O thế hệ thứ 3 là 1 cổng kết nối tuần tự 2 chiều -Tốc độ truyền dữ liệu lên tới 200Mb/s cho mỗi hướng -PCIe 16x có thể đạt tới 6,4Gb/s cho cả 2 hướng -Mỗi PCIe gồm 2 làn truyền dữ liệu lên xuống. Mỗi làn có thể truyền 2,5 gigabit/s 111
  110. Loại 4x, 8x và 12x sử dụng trong thị trường máy chủ Loại 1x, 2x và 16x thì sử dụng cho người dùng thông thường. 112
  111. Các khe PCIe. Từ trên xuống: x4, x16, x1, x16, PCI. 113
  112. CHƯƠNG XIII ĐĨA TỪ 1. CẤU TRÚC LƯU TRỮ THÔNG TIN. Trong chương này chúng ta chỉ xem xét các cấu trúc quản lý đĩa từ theo quan niệm của BIOS, tức là chưa chắc đã phải là cấu trúc vật lý thực sự của đĩa mà là thông số vật lý đã được bộ điều khiển đĩa chuyển đổi (xem chương 7, phần ổ đĩa). Cấu trúc quản lý vật lý của đĩa từ được mô tả như sau: Như vậy đơn vị quản lý lưu trữ thông tin nhỏ nhất trên đĩa từ là sector vật lý. Theo cách đánh địa chỉ ở trên ta thấy rằng mỗi sector sẽ được xác định địa chỉ bằng một vector (H,C,S), với H là địa chỉ mặt, C là địa chỉ rãnh, S là địa chỉ của sector trên rãnh. Các sector vật lý được quản lý bởi các thủ tục trong BIOS. 114
  113. 2. CẤU TRÚC QUẢN LÝ ĐĨA LOGIC CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH DOS VÀ WINDOWS 2.1 Phân khu đĩa và Master Boot Một ổ đĩa cứng vật lý có thể phân chia làm nhiều vùng, mỗi vùng có thể quy định thành một ổ đĩa logic (nguyên tắc phân chia các vùng đĩa chúng ta đã tìm hiểu ở chương 7). Một sector vật lý trên đĩa từ được dành ra để ghi các thông số về cách phân chia, sector đó gọi là Master Boot. Một chương trình nhỏ để khởi động đĩa và thông số phân chia đĩa được ghi trên Master Boot gọi là Master Boot Record. Mỗi đĩa cứng có một Master Boot Record, nằm ở ngay sector số 1 của mặt số 0, từ đạo số 0. Trong Master Boot Record có bảng phân chia đĩa. Đây chính là nơi ghi các địa chỉ vật lý của các phân vùng và đĩa logic, cần thiết cho các dịch vụ về đĩa của ngắt 13H của BIOS. BIOS kích hoạt chương trình khởi động trong Master Boot Record. Chương trình này đọc bảng phân chia đĩa, biết phân khu nào là phân khu chủ động, và truy nhập vào phân khu đó để tìm chương trình khởi động của hệ điều hành (DOS Boot Record đối với MS-DOS và Windows). 115
  114. 2.2 Ổ đĩa logic Trên ổ đĩa logic được quản lý bởi hệ điều hành MS-DOS (và các hệ điều hành tương thích với nó), các sector được đánh số địa chỉ từ 0 cho đến hết số sector của ổ đĩa này, ta gọi đây là các sector logic và địa chỉ của nó là địa chỉ logic. Một ổ đĩa logic được hệ điều hành chia làm 4 phần: DOS Boot: Phần này có đúng một sector, nằm ở sector logic địa chỉ 0. FAT (File Allocation Table): Bảng định vị tệp, nằm ngay sau sector 0. Root: Vùng chứa các điểm truy nhập tệp và thư mục con của thư mục gốc. Data: Vùng chứa nội dung tệp và các thư mục con. Vùng này được tổ chức thành các đơn vị chứa dữ liệu gọi là liên cung (Cluster). Mỗi liên cung bao gồm một hoặc nhiều sector, số lượng sector trong liên cung tùy thuộc vào dung lượng đĩa, trên đĩa mềm 1.44 mỗi liên cung là một sector. Địa chỉ liên cung được đánh số từ 2 cho đến hết. 116
  115. 2.2.1. Dos Boot Record Bản ghi khởi động chứa chương trình khởi động máy. Chương trình được chương trình khởi động của Master Boot Record tìm thấy và được nạp lên địa chỉ 7C00:0000 trong RAM và nắm quyền điều khiển máy, sau đó nó tìm các file cần thiết để khởi động. Đối với MS-DOS, đó là IO.SYS; MSDOS.SYS và COMMAND.COM. Đối với PC- DOS thì là các file IBMBIO.COM; IBMDOS.COM và COMMAND.COM. Đối với Windows 95 thì đó là các file IO.SYS; MSDOS.SYS và WINBOOT.SYS. Nếu vì một lý do nào đó không tìm thấy hoặc không đọc được các file trên, chương trình khởi động sẽ báo lỗi Non system disk or disk error Trong bản ghi khởi động còn có các thông tin khác đó là bảng các thông tin của chính phân khu này, được gọi là bảng tham số đĩa của BIOS (Bios Parameter Block - BPB): 117
  116. 2.2.2. Bảng định vị file (FAT) * Cấu trúc FAT FAT là một dãy các ô nhớ dùng để lưu trữ địa chỉ của chuỗi các liên cung chứa nội dung của một tệp. Độ lớn các ô nhớ tùy thuộc vào ta dùng kiểu FAT nào trên đĩa từ. Nếu ta dùng FAT12 độ lớn ô nhớ là 12 bit, FAT16 độ lớn ô nhớ là 16 bit, FAT32 độ lớn ô nhớ là 32 bit. Với ổ đĩa dung lượng lớn ta nên dùng FAT32, điều đó sẽ nâng cao được hiệu suất lưu trữ trên đĩa từ. Để đảm bảo an toàn lưu trữ sẽ có hai bảng FAT giống nhau gọi là FAT copy 1 và FAT copy 2. Khi cập nhật địa chỉ của một tệp thì cả hai bảng này cùng được cập nhật, khi một bảng bị hỏng thì dữ liệu của bảng thứ hai sẽ được dùng để sửa lỗi. Nguyên tắc hoạt động của FAT là ánh xạ tuyến tính địa chỉ của các liên cung trong phần Data sang các ô nhớ của FAT. Như vậy mỗi liên cung sẽ tương ứng với một ô nhớ trong FAT, liên cung đầu tiên có địa chỉ 2 sẽ tương ứng với ô nhớ thứ hai trong FAT, liên cung có địa chỉ 3 tương ứng với ô nhớ thứ 3 trong FAT, 118
  117. * Chuỗi địa chỉ tệp. Mỗi tệp lưu trữ trên đĩa từ đều có một điểm truy nhập (entry), điểm truy nhập này nằm trên thư mục chứa tệp đó. Trong cấu trúc của điểm truy nhập có dành không gian để chứa địa chỉ đầu vào của tệp, đó chính là liên cung đầu tiên trong chuỗi các liên cung chứa têp. Các liên cung trong chuỗi liên cung chứa tệp sẽ được đánh dấu bởi các ô nhớ tương ứng của nó trong bảng FAT. Cách đánh dấu như sau: Ô nhớ tương ứng của liên cung đó sẽ chứa địa chỉ của liên cung kế tiếp trong chuỗi, ô nhớ của liên cung cuối cùng sẽ có một kí hiệu kết thúc tệp (EOF – End Of File). 119
  118. 2.2.3. Vùng Root Vùng ROOT là vùng thư mục gốc của một ổ đĩa lôgíc, chứa các entry của tệp và thư mục con của thư mục gốc. Độ lớn của vùng này tuỳ thuộc vào dung lượng của đĩa và của hệ điều hành. Trên các đĩa cứng hiện nay, số các entry thường là 512. Mỗi entry chiếm 16 byte, ứng với 1 tệp hoặc 1 thư mục. 2.2.4. Vùng dữ liệu (Data) Vùng dữ liệu được chia thành các liên cung, các liên cung này được phân phối chứa dữ liệu của tệp tin hoặc được dùng chứa các entry của các thư mục con (khi đó nó có cấu trúc giống hệt như Root). 120
  119. 3. TRUY CẬP DỮ LIỆU TRÊN ĐĨA 3.1. Truy cập mức vật lý Để truy xuất thông tin được ghi trên các sector theo địa chỉ vật lý ta phải dùng các thủ tục của BIOS, nếu dùng ngôn ngữ lập trình thì dùng các thủ tục gọi ngắt 13 (Hexa). Truy xuất theo cách này ngay cả khi không có cấu trúc quản lý logic của hệ điều hành trên đĩa từ. Truy cập mức vật lý thường được dùng để khôi phục các cơ cấu tổ chức thông tin trên đĩa, chẳng hạn như Master Boot Record, DOS Boot Record, FAT, Root, 121
  120. 3.2. Truy cập tệp qua hệ điều hành Bất cứ hệ điều hành nào cũng cung cấp các khả năng cập nhật đĩa từ. Ta xem xét một số chức năng chủ yếu. * Xóa tệp. Khi xóa tệp trên đĩa, hệ điều hành chỉ ghi kí hiệu giải phóng entry của tệp (mã E5 Hexa) vào byte đầu tiên trong bản ghi, sau đó xóa toàn bộ chuỗi địa chỉ của tệp đó trên FAT. Với cách làm đó hệ điều hành đã giải phóng môt entry, bản ghi đó sẵn sàng được sử dụng cho một tệp hoặc một thư mục khác, đồng thời giải phóng luôn chuỗi ô nhớ trong FAT. Chuỗi ô nhớ trong FAT được giải phóng đồng nghĩa với việc giải phóng các liên cung tương ứng, chúng cũng sẵn sàng được dùng cho những tệp khác. 122
  121. * Ghi tệp, truy xuất tệp. Khi ghi tạo tệp mới, hệ điều hành sẽ tìm một bản ghi còn trống (có thể là trống hoặc có mã E5H ở byte đầu tiên) để làm entry cho tệp tin đó, đồng thời tìm một ô nhớ đầu tiên còn trống trong FAT để làm điểm bắt đầu tệp. Dung lượng tệp sẽ được so sánh với số lượng liên cung còn trống để xem có đủ chỗ trên đĩa cho tệp hay không. Khi cập nhật, truy xuất một tệp tin đã có trên đĩa, hệ điều hành sẽ căn cứ vào entry của nó và chuỗi địa chỉ để tiến hành cập nhật hoặc truy xuất. 3.3.2. Khôi phục dữ liệu bằng cách sử dụng các phần mềm công cụ 123
  122. BÀI TẬP THỰC HÀNH VÀ CÂU HỎI. 9.1. Hãy trình bày cấu trúc lưu trữ thông tin trên đĩa từ? Hãy phân biệt địa chỉ vật lý và địa chỉ logic? Ổ đĩa vật lý và ổ đĩa logic? 9.2. Trình bày các cấu trúc quản lý tệp trên đĩa từ của hệ điều hành MS-DOS và các hệ điều hành tương thích với nó. 9.3. Trình bày về nguyên lý hoạt động của các chức năng truy nhập tệp, cập nhật tệp, xóa tệp. Ứng dụng của các kiến thức này trong hoạt động bảo trì thông tin trên đĩa từ. 9.4. Trình bày nguyên lý của hoạt động dồn đĩa, tìm các tệp bị lạc, các tệp bị liên kết chéo. Thực hành các phần mềm ứng dụng có chức năng dồn đĩa, tìm tệp bị lac và liên kết chéo. 124
  123. Chuẩn kết nối: IDE và SATA IDE (EIDE) SATA (Serial ATA) Nhanh chóng trở thành chuẩn kết nối mới trong công nghệ ổ cứng nhờ vào những khả năng ưu việt hơn chuẩn IDE về tốc độ xử lý và truyền tải dữ liệu. SATA là kết quả của việc làm giảm tiếng ồn, tăng các luồng không khí trong hệ thống do những dây cáp SATA hẹp hơn 400% so với dây cáp IDE. Tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa lên đến 150 - 300 MB/giây. Đây là lý do vì sao bạn không nên sử dụng ổ cứng IDE chung với ổ cứng SATA trên cùng một hệ thống. Ổ cứng IDE sẽ “kéo” tốc độ ổ cứng SATA bằng với mình, khiến ổ cứng SATA không thể hoạt động đúng với “sức lực” của mình. Ngày nay, SATA là chuẩn kết nối ổ cứng thông dụng nhất và cũng như ở trên, ta có thể áp dụng card PCI SATA Controller nếu bo mạch chủ không hỗ trợ chuẩn kết nối này. 125
  124. Ổ cứng PATA (IDE) với 40-pin kết nối song song, phần thiết lập jumper (10-pin với thiết lập master/slave/cable select) và phần nối kết nguồn điện 4-pin, độ rộng là 3,5-inch. Có thể gắn 2 thiết bị IDE trên cùng 1 dây cáp, có nghĩa là 1 cáp IDE sẽ có 3 đầu kết nối, 1 sẽ gắn kết vào bo mạch chủ và 2 đầu còn lại sẽ vào 2 thiết bị IDE. 126
  125. Các chuẩn không dây ⚫ Bluetooth Bluetooth không chỉ được dùng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị di động và kết nối tai nghe với điện thoại mà còn xuất hiện trong một loạt thiết bị khác nhau như máy ảnh số, laptop, PC và đầu máy chơi game. Chip Bluetooth sử dụng tín hiệu sóng radio để truyền dữ liệu trong phạm vi hẹp, thường là khoảng 30 mét. Bluetooth 2.0, phiên bản được tích hợp nhiều nhất trong các thiết bị hiện nay, có thể trao đổi những gói thông tin đòi hỏi băng thông thấp hoặc trung bình với tốc độ 3 Mb/giây. Công nghệ này sử dụng lượng điện năng tương đối thấp. 127
  126. ⚫ Wibree Công nghệ do Nokia phát triển có thể gửi một lượng dữ liệu nhỏ với tốc độ vài kilobit mỗi giây giữa 2 thiết bị mà chỉ cần rất ít năng lượng. Nó sẽ được ứng dụng trong các sản phẩm như đồng đồ, bộ cảm biến game, thiết bị y tế SIG, tổ chức chuyên về chuẩn Bluetooth, đã chấp thuận Wibree và đang phát triển để nó tương thích các thiết bị Bluetooth. Sản phẩm đầu tiên dự kiến sẽ xuất hiện trong năm 2008. 128
  127. ⚫ Zigbee Zigbee cho phép truyền thông tin tới nhiều thiết bị cùng lúc (mesh network) thay vì chỉ có 2 sản phẩm tương tác với nhau như Bluetooth và Wibree. Phạm vi hoạt động của Zigbee đang được cải tiến từ 75 mét lên đến vài trăm mét. Công nghệ này đòi hỏi năng lượng thấp hơn Bluetooth, nhưng tốc độ chỉ đạt 256 Kb/giây. Nó sẽ được ứng dụng trong hệ thống tự động tại các hộ gia đình như chiếu sáng và sưởi ấm. 129
  128. ⚫ USB không dây Wireless USB có tính năng tương tự USB nói chung nhưng không cần dây cáp. Nó hỗ trợ máy in, máy ảnh, ổ cứng rời kết nối không dây với máy tính. Wireless USB sử dụng nền tảng UWB (ultra-wideband) với tốc độ lên đến 2 Gb/giây, cho phép gửi video độ phân giải cao mà không tiêu tốn quá nhiều điện. Những sản phẩm Wireless USB đầu tiên cũng mới chỉ bắt đầu được giới thiệu ra thị trường. 130
  129. ⚫ Wi-Fi Công nghệ kết nối Internet không dây này đã rất phổ biến trong gia đình, văn phòng, quán cafe và một số trung tâm thành phố lớn. Ngoài ra, Wi-Fi còn được dùng để nối những thiết bị gia dụng như TV, đầu DVD với máy tính. Chuẩn Wi-Fi 802.11b/g có thể truyền dữ liệu 54 Mb/giây trong khi phiên bản đang chờ phê duyệt 802.11n đạt tốc độ 200 Mb/giây. Tuy nhiên, Wi-Fi ngốn khá nhiều điện khi so với Bluetooth hay Zigbee. 131
  130. FireWire FireWire còn được gọi là IEEE 1394, là chuẩn kết nối xử lý cao cấp cho người dùng máy tính cá nhân và thiết bị điện tử. Giao diện kết nối này sử dụng cấu trúc ngang hàng và có 2 cấu hình: FireWire 400 (IEEE 1394a) truyền tải môt khối lượng dữ liệu lớn giữa các máy tính và những thiết bị ngoại vi với tốc độ 400 MB/giây. Thường dùng cho các loại ổ cứng gắn ngoài, máy quay phim, chụp ảnh kỹ thuật số FireWire 800 (IEEE 1394b) cung cấp kết nối tốc độ cao (800 MB/giây) và băng thông rộng cho việc truyền tải nhiều video số và không nén, các tập tin audio số chất lượng cao. Nó cung ứng khả năng linh hoạt trong việc kết nối khoảng cách xa và các tuỳ chọn cấu hình mà USB không đáp ứng được. 132