Tài liệu Bglrbt_tham khao31

Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 1 1 : Cấu trúc cơ bản của máy tính Bài 2 : Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy tính Bài 3 : Tổng quan về phần cứng máy tính Bài 4 : Mainboard và các thành phần trên mainboard Bài 5 : Lắp ráp và cài đặt phần mềm máy tính Bài 6 : Thiết bị ngoại cơ bản máy tính Bài 7 : Kiểm tra, chẩn đoán, sửa chữa máy tính Bài 8 : Bảo trì hệ thống Bài GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 2 Bài 1 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH 1. Khái niệm Máy tính là gì? Máy tính(computer) là thiết bị điện tử có khả năng thực hiện các công việc sau:  Nhận thông tin  Xử lý thông tin theo chương trình được nhớ sẵn trong bộ nhớ máy tính  Xuất thông tin Chương trình là gì? Chương trình(program) là dãy các lệnh được sắp xếp trong bộ nhớ, máy tính có thể dựa vào các lệnh này để thực hiện chức năng nào đó. Phần mềm là gì ? Phần mềm(software) là bao gồm các chương trình và dữ liệu liên quan, đáp ứng lĩnh vực hay ứng dụng thực tế. Phần cứng là gì? Phần cứng(hardware) là bao gồm các thiết bị vật lý cấu thành hệ thống máy tính. Cấu trúc máy tính Cấu trúc máy tính (computer structure) là đề cập các thành phần cấu thành máy tính và những liên kết giữa các thành phần này. Ở mức cao nhất máy tính bao gồm 4 thành phần: ♦ Bộ xử lý trung tâm (CPU : Central Processing Unit) ♦ Hệ thống nhớ (Memery System) ♦ Hệ thống vào/ra (I/O : Input/ Output System) ♦ Liên kết hệ thống (Interconnection, Bus) Chức năng máy tính Chức năng máy tính (computer function) là mô tả hoạt động của hệ thống máy tính hay từng thành phần của hệ thống. Chức năng cơ bản của hệ thống máy tính: ♦ Xử lý dữ liệu ♦ Lưu trữ dữ liệu ♦ Vận chuyển dữ liệu ♦ Điều khiển dữ liệu 2. Qúa trình phát triển của máy tính a. Sơ lược lịch sử máy tính Lịch sử phát triển máy tính chia ra 4 mốc lớn: ♦ Năm 1946 máy tính đầu tiên ra đời có tên gọi ENIAC (Electric Numberial Integrated And Computer) chúng thiết kế nhờ đèn điện tử, là kết quả của một dự án do bộ quốc phòng Mỹ đề xuất 1943. GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 3 ♦ Năm 1956 máy tính điện tử đầu tiên sử dụng transistor có tên gọi TX-0 (Transistoried eXperiment computer) ra đời. ♦ Khoảng năm 1966 sự khám phá ra mạch tích hợp IC (Integerted Circuit). Bắt đầu từ đây máy tính trở nên gọn, nhẹ và chạy nhanh hơn so với máy tính thế hệ trước. ♦ Khoảng cuối những năm 70 và đầu năm 80 thế hệ máy tính dùng vi mạch tích hợp rất lớn VLSI (Very Large Scale Integrated) ra đời. Chấm dứt việc chế tạo thiết bị mạch tích hợp thấp (SSI: Small Scale Integrated). Đây là cuộc cách mạng lớn trong lịch sử phát triển máy tính. Sau đây là bảng thông tin tóm tắt về các bộ vi xử của Intel đã đưa ra thị trường trong giai đoạn này: Năm BXL Reg Data Addr Cache L1 L2 1978 8086 16 16 20 1979 8088 16 8 20 1982 80286 16 16 24 1985 80386SX 32 16 24 1990 80386DX 32 32 32 1991 80486 32 32 32 8KB 1995 P. Pro 32 64 36 16KB 256KB 1997 P MMX 32 64 32 32KB 1998 P II 32 64 36 32KB 128KB 1998 Celeron 32 64 64 32KB 1999 P III 32 64 64 64KB 256KB 2003 P4 32 64 64 128KB 512KB Giải nghĩa: MMX: (MultiMedia eXtented) hỗ trợ thêm các lệnh xử lý dữ liệu đa phương tiện như hình ảnh và âm thanh. Ngoài ra còn có các bộ vi xử lý khác Pentium tương thích với Pentium như AMD, Cyrix,… Ví dụ: Pentium  K5 (AMD) Pentium II  K6-1(2) (AMD)  Cyrix (1997) b. Phân loại máy tính. Phân loại theo phương pháp truyền thống: - Máy tính nhỏ (Microcomputer) hay máy vi tính - Máy tính tầm trung (Minicomputer) hay máy tính mini - Máy tính lớn (Large computer) hay siêu máy tính + Mainframe computer + Super computer Phân loại theo phương pháp hiện đại: - Máy tính cá nhân (Desktop, Laptop, Palm, Pocket,…) hay máy PC - Máy tính trạm (Workstation) - Máy chủ (Server) - Các hệ vi điều khiển (micro controller) được đặt trong thiết bị chuyên dụng khác có chức năng như máy tính gọi là thiết bị nhúng hay máy tính nhúng (Embeded system ). c. Quan hệ giữa phần cứng và phần mềm.  Phần cứng của máy tính bao gồm: CPU, bộ nhớ, mainbroad, card,….  Phần mềm của máy tính bào gồm: Chương trình và dữ liệu GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 4  Ý nghĩa lớn nhất của máy tính là khả năng làm việc đa chức năng, mỗi ứng dụng (phần mềm) được thực hiện trên máy là kết quả của sự làm việc hết sức nghiêm túc của các lập trình viên và các nhà làm ứng dụng tin học. Các phần mềm này sẽ được cài đặt trên một hệ thống máy, với cấu hình tối thiểu cần có khi cài đặt và có thể tự chọn tùy ý các chức năng sẽ được cài đặt thông qua tập tin Setup.exe hay Install.exe. Sau khi cài đặt phần mềm sẽ giúp hỗ trợ con trong xử lý công việc.  Phần mềm máy tính chia ra 2 nhóm: - Phần mềm hệ thống : DOS, Windows, Unix, Linux,… - Phần mềm ứng dụng:Microsoft offices, phần mềm học tập, phần mềm gõ tiếng việt, phần mềm xử lý ảnh, âm thanh,… Ví dụ: Mỗi phần mềm được cài đặt lên một hệ thống phần cứng nhất định: Họ Intel Bộ nhớ Đĩa cứng HĐH 286 1MB 40MB DOS 386 4MB 270MB DOS,Win3.11 486 8MB 840MB …,WIN95 Pentium 16MB 2GB …,WIN 2000 Giữa phần mềm và phần cứng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Một số phần mềm chỉ hoạt động tốt trên cấu hình phần cứng này nhưng lại không hoạt động tốt trên cấu hình phần cứng khác. 3. Các thành phần cơ bản của máy tính. 3.1 Mô hình cơ bản của máy tính. Mô hình máy tính hiện nay được thiết kế dựa trên kiến trúc Von Neumann. Các đặc trưng cơ bản của kiến trúc Von Neumann:  Dữ liệu và chương trình chứa trong cùng bộ nhớ đọc ghi  Bộ nhớ được đánh địa chỉ cho từng ngăn nhớ không phụ thuộc vào nội dung chứa gì  Máy tính thực hiện lệnh một cách tuần tự. Memory CPU Liên kết hệ thống (Interconnection) I/O 3.2 Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit) a. Chức năng: Điều khiển toàn bộ hoạt động hệ thống máy tính. Thực các phép toán số học và logic b. Nguyên tắc hoạt động: CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính máy tính. CPU thực hiện lệnh bằng cách nhận từng lệnh từ bộ nhớ, giải mã lệnh và phát ra tín hiệu điều khiển thực thi lệnh yêu cầu. Trong quá trình đó CPU có thể trao đổi thông tin với bộ nhớ hay thiết bị vào ra. c. Các thành phần cơ bản của CPU:  Đơn vị số học và logic( ALU: Arithmetic Logical Unit) thực hiện các phép toán số học và logic. GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 5  Đơn vị điều khiển (CU: Control Unit) giải mã lệnh và điều khiển toàn bộ hệ thống.  Tập thanh ghi (RF: Rigister Files) dùng để lưu trữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU. d. Sơ đồ chân bộ vi xử lý (Processor): CPU được chế tạo trên một chip vi mạch => bộ vi xử lý. Nó bao gồm những nhóm tín hiệu sau: Các chân nguồn nuôi Các chân địa chỉ µP Xung clock Các chân dữ liệu Các chân điều khiển 3.3 Hệ thống nhớ a. Chức năng: chứa chương trình và dữ liệu máy tính. b. Các thao tác bộ nhớ:  Đọc dữ liệu (read)  Ghi dữ liệu (write) c. Các thành phần của bộ nhớ:  Bộ nhớ trong (Internal Memory)  Bộ nhớ ngoài (External Memory) 3.3.1 Bộ nhớ trong Là loại bộ nhớ bán dẫn, là thành phần nhớ mà CPU có khả năng trao đổi thông tin trực tiếp. Bộ nhớ bán dẫn bao gồm hai loại nhớ chính RAM và ROM Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ( RAM: Random Access Memory)  Là bộ nhớ có khả năng đọc/ghi  Là bộ nhớ khả biến  Chứa thông tin tạm thời  RAM có hai loại chính SRAM (Static RAM) và DRAM (Dynamic RAM) Đặc điểm của DRAM (SDRAM, RDRAM, EDO,..) ⇒ Thông tin ghi trong DRAM thường phải làm tươi trong quá trình lưu trữ. ⇒ Dung lượng lớn. ⇒ Giá thành hạ, tốc độ truy xuất chậm ( 60ns – 70ns).  DRAM này được thiết kế làm bộ nhớ chính có kích thước 128, 256, 512MB hay 1GB. Đặc điểm của SRAM ⇒ Thông tin được ghi trong SRAM là ổ định (không phải làm tươi). ⇒ Dung lượng nhỏ. ⇒ Giá thành cao, tốc độ rất nhanh (6ns-10ns).  SRAM thường được thiết kế làm bộ Cache trong máy tính, dung lượng phổ biến 128, 256, 512, 1024KB Bộ nhớ chỉ đọc ROM(Read Only Memory) GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 6 ROM: Bộ nhớ bán dẫn chỉ đọc, bộ nhớ chỉ cho phép máy tính đọc thông tin mà không cho phép cập nhật thông tin. Đặc điểm chính bộ nhớ ROM: ⇒ Thường dùng để lưu thông tin cố định chỉ được đọc bởi máy tính. ⇒ Bộ nhớ không khả biến, tức thông tin trong ROM chúng ta không thể thay đổi được khi ta sử dụng bộ nhớ ROM.  ROM được sử dụng để chứa chương trình và thông tin hệ thống máy tính khi khởi động (ROM BIOS) Thành phần bộ nhớ trong:  Tập thanh ghi(Register)  Bộ nhớ chính (Main memory).  Bộ nhớ đệm nhanh (Cache).  Một số bộ nhớ khác(Video memory, CMOS RAM, ROM BIOS). Bộ nhớ chính: Đặc điểm bộ nhớ chính  Chứa chương trình đang thực hiện và dữ liệu có liên quan.  Bộ nhớ chính được tổ chức thành các ngăn nhớ và mỗi ngăn nhớ được gán một địa chỉ xác định.  Bộ nhớ chính được tổ chức thành các ngăn nhớ, mỗi ngăn nhớ thường lưu một Byte.  Bộ nhớ chính truy cập vào ngăn nhớ dựa vào địa chỉ. Bộ nhớ đệm nhanh(Cache) Thành phần được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ trao đổi thông tin. CPU Cache L1& L2 Memory  Dung lượng Cache << Nộ nhớ chính.  Cache thường chia thành 2 số mức Cache ( L1 và L2).  Hiện nay cache cũng được tích hợp ngay trên chip bộ vi xử lý. Lưu ý: Cache được thiết kế từ bộ nhớ bán dẫn có tốc độ truy xuất nhanh. Ví trị thường được đặt giữa hai thành phần nhớ có chênh lệnh lớn về tốc độ nhằm tăng tốc độ trao đổi thông tin. Một số bộ nhớ khác.  ROM BIOS (BIOS: Basic Input Output System) Chứa chương trình vào ra cơ bản hệ thống như: chương trình điều khiển bàn phím, ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, các cổng nối tiếp và song song,… Chức năng BIOS:  POST (Power On Self Test).  BIOS setup thiết lập cấu hình hệ thống.  Bootstrap loader đọc đĩa để tìm setor khởi động máy tính. CMOS RAM: chứa cấu hình hệ thống, chúng được nuôi bởi một nguồn pin 3v gắn trực tiếp trên main. Chú ý : Phân biệt thành phần BIOS và CMOS RAM chúng là hai thành phần riêng biệt. CMOS RAM được sử dụng để lưu trữ cấu hình thực tế hệ thống mà người sử dụng thiết lập trong khi sử dụng chương trình BIOS setup.  Video RAM: bộ nhớ màn hình chứa thông tin về các trang màn hình sẽ hiển thị. Kích thước mỗi trang phụ thuộc vào độ phân giải và số màu mỗi điểm ảnh khi hiển thị. GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 7 3.3.2 Bộ nhớ ngoài Chứa chương trình và tài nguyên của hệ thống như OS(Operating System), các chương trình ứng dụng. Đặc điểm chung:  Tốc độ chậm dung lượng lớn  Bộ nhớ ngoài được kết nối với máy tính như một thiết bị ngoại vi Phân loại bộ nhớ ngoài • Bộ nhớ từ(FDD, HDD) • Bộ nhớ quang(CD,DVD) • Bộ nhớ khác(Card, Flash,…) Bộ nhớ từ (Đĩa cứng, đĩa mềm,..) Bộ nhớ từ là bộ nhớ dựa trên tính chất từ tính để lưu trữ thông tin: Đặc điểm của bộ nhớ từ: ⇒ Có khả năng đọc và ghi. ⇒ Bộ nhớ khả biến, tức là nó có khả năng lưu trữ thông tin khi hệ thống không có điện. ⇒ Có khả năng lưu trữ thông rất lớn. Dựa trên đặc điểm của chúng, đĩa từ được dùng làm bộ nhớ ngoài của máy tính sử dụng để lưu trữ tài nguyên máy tính (HĐH, chương trình và dữ liệu). Đĩa từ được chia thành hai loại: đĩa mềm và đĩa cứng ♦ Đĩa mềm(Floppy Disk): Đĩa hình tròn được làm bằng chất dẻo trên mặt được phủ lớp bụi ôxit sắt có khả năng nhiễm từ. ♦ Đĩa cứng (Hard disk): Bao gồm nhiều đĩa được làm bằng thuỷ tinh hay kim loại trên phủ lớp bụi ôxit sắt có khả năng nhiễm từ. ♦ Một đĩa cứng thường nhiều đĩa xếp chồng lên nhau, mỗi đĩa có 2 mặt (gọi là side) được đánh số: 0,1,2,3,…. ứng với mỗi mặt đĩa có một đầu từ ( gọi là header) dùng để đọc ghi dữ liệu trên mặt đó. Trên mỗi mặt đĩa lại được chia thành nhiều những vòng tròn đồng tâm (gọi là Track), trên mỗi vòng lại được chia thành nhiều cung ( gọi là sector) trên mỗi cung này có khả năng lưu trữ 512byte hay 512*8 bit hay nói cách khác trên cung này có 4096 chấm từ. Bộ nhớ quang(CD, CD-RW, DVD,… ) 1. Cấu tạo của đĩa CD-ROM Khác với đĩa mền và đĩa cứng hoạt động bằng phương pháp nhiễm từ, đĩa CD hoạt động bằng phương pháp quang học. Nó được sản xuất bằng cách người ta tạo từng mẫu pit và land lên trên những đường chỉ polycarbonate của đĩa. Dữ liệu CD: GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 8 CD không được phân chia thành những track đồng tâm và sector như đĩa từ. Mà thay vào đó CD được ghi dưới dạng những track có đường xoắn ốc liên tục nhau chạy dài từ trục đến lớp ngoài cùng. Trong suốt quá trình hoạt động, CD sẽ sử dụng chùm tia laser và máy dò laser để cảm nhận được sự hiện diện hoặc sự vắng mặt của pit. Cặp laser/ máy dò sẽ được gắn lên trên bộ phận quay, làm bộ phận sẽ theo dấu các track xoắn ốc của đĩa CD. Chùm tia laser sẽ chiếu lên mặt bên dưới của đĩa CD, nơi đây sẽ được phủ một lớp nhựa trong dày khoảng 1mm trước khi nó chiếu lên bề mặt phản xạ. Khi chùm laser chiếu sáng vào land, ánh sáng sẽ được phản xạ về hướng một máy dò và sẽ tạo ra một tín hiệu xuất rất mạnh. Khi chùm tia laser chiếu sáng vào pit, ánh sáng sẽ vượt ra ngoài tiêu cự, kết quả là hầu hết năng lượng đến của tia laser sẽ được tán xạ ra mọi hướng và vì đó có rất ít tín hiệu xuất sẽ được một máy dò tạo ra. Việc biến đổi từ pit sang land và ngược lại sẽ ứng với hai nút tín hiệu đó là có hoặc không có pit hoặc land. Tín hiệu ánh sáng tương tự do máy do máy dò trả về sẽ được giải mã. Quá trình giải mã là cần thiết để chuyển chuỗi các pit và land thành những thông tin nhị phân có ý nghĩa. Dữ liệu người dùng, thông tin sửa sai, thông tin địa chỉ, các mẫu đồng bộ đều được chứa trong một chuỗi bit do pit và land đại diện, nhưng các số nhị phân không tương ứng với pit hoặc land. Pit 1 thường biểu diễn nơi có trạng thái chuyển tiếp xảy ra ( từ pit sang land hoặc từ land sang pit ). Chiều dài pit hoặc land được biểu diễn bằng số lượng các bit 0. CD-ROM được ghi dưới hình thức các stack hình xoắn ốc nối tiếp với nhau chạy hết bề mặt của đĩa. Một đĩa CD-ROM có thể lưu trữ 79 phút dữ liệu. Tuy nhiên, có nhiều đĩa CD-ROM đã giới hạn con số này đến mức 60 phút bởi vì 14 phút dữ liệu cuối cùng sẽ được mã hóa ở phần ngoài không gian đĩa 50mm ngoài cùng, phần đĩa này là phần rất khó sản xuất và rất khó giữ sạch trong khi sử dụng. Với 60 phút chúng ta có 270000 khối dữ liệu, một khối có 2048 byte dữ liệu thì dung lượng đĩa sẽ là 553 MB. Nếu chúng ta sử dụng hết 79 phút thì sẽ có 681MB. Hầu hết các đĩa CD-ROM đều được sản xuất với dung lượng từ 553MB đến 650MB. Bảo quản đĩa CD:  Không bẻ cong đĩa. GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 9  Không đốt nóng đĩa.  Không làm trầy xước bề mặt đĩa.  Không sử dụng hóa chất trên bề mặt đĩa. 2. Đĩa CD-R (CD recordable): CD-R gần giống như CD-ROM nhưng có hai điểm khác biệt quan trọng là: Lớp polycarbonat của CD-R được chế tạo bằng hình xoắn ốc mà trong đó dữ liệu sẽ được ghi trong suốt quá trình ghi. Lớp này sau đó sẽ được áo lên nó một lớp màu xanh lục và mặt dưới là một lớp phản xạ ánh vàng trước khi nó đã áp một lớp bảo vệ lên trên lớp vàng này. Khi tương tác với tia laser lớp này sẽ bị đốt nóng để tạo nên các pit và các land trên đĩa CD-R. Các pit và land được ghi đó sẽ được đọc trở lại sau khi quá trình ghi được hoàn tất. Việc truy xuất dữ liệu của CD-R giống như đối với CD-ROM. Bảo quản CD-R: Không nên bóc trần đĩa dưới ánh sáng mặt trời hoặc dưới một nguồn sáng mạnh nào đó với khoảng thời gian dài. Không nên để độ ẩm quá cao hoặc quá nóng. Giữ đĩa ở một hộp sạch để bảo vệ một cách tốt nhất. Không viết lên đĩa. Không sử dụng nhãn để dán lên đĩa. Chú ý đối với việc ghi CD-R: Đầu ghi CD-R có khả năng ghi gấp 2 đến 4 lần so với tốc độ phát chuẩn 150KB/giây (75 secter/s). Tốc độ ghi làm một nhân tố khá đơn giản dùng để đo độ nhanh các bit được đọc bởi chùm tia laser trên bề mặt đĩa. Bộ đệm không được trống rỗng trong quá trình ghi. Đảm bảo trong quá trình ghi dữ liệu không có ngắt nào được thực hiện. 3. Đĩa CD-RW: a. Cấu tạo đĩa CD-RW: Đĩa CD-RW cũng được cấu tạo bởi chất dẻo tổng hợp làm nền, một lớp mỏng kim loại có tính phản chiếu, lớp bảo vệ bên ngoài. Phân lớp chính lưu trữ dữ liệu được làm từ chất hữu cơ trùng hợp (polycarbonat). Đối với đĩa CD-R, lớp chất này chỉ thay đổi một lần rồi trở nên bền vững. Ngược lại, đối với đĩa CD-RW, phân lớp lưu trữ được thay thế bằng một loại hợp kim có khả năng trong suốt khi bị đốt nóng với một nhiệt độ thích hợp và mờ đi khi bị đốt nóng ở nhiệt độ cao hơn. Các vùng trong suốt sẽ cho phép lớp kim loại trên đĩa phản chiếu tốt hơn trong khi các vùng mờ sẽ không phản chiếu tia laser do mắt đọc phát ra. Nhờ cấu trúc linh hoạt có thể thay đổi của lớp lưu trữ dữ liệu mà đĩa CD-RW có thể được tái cấu trúc lại (xóa dữ liệu cũ và thay thế bằng dữ liệu mới). b. Đọc và ghi dữ liệu trên đĩa CD-RW: Ghi dữ liệu lên đĩa thực chất là tái cấu trúc lại bề mặt của phân lớp lưu trữ dữ liệu trên đĩa.Trong suốt quá trình ghi, mắt đọc sẽ phát ra tia laser có bước sóng thấp nhất (mức năng lượng cao nhất) để ghi đĩa. Tia laser này phát ra chùm tia có công suất cao, làm cho tại điểm hội tụ tia có nhiệt độ đủ làm nóng chảy phân lớp lưu trữ dữ liệu (khoảng 500 đến GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính 700 độ C). Sau khi nguội trong khoảng thời gian rất ngắn, chúng tạo thành các vùng phản chiếu (biểu diễn trạng thái 1) và vùng không phản chiếu (biểu diễn trạng thái 0). Các vùng này (mang thông tin dữ liệu mới) khác với các vùng trước khi ghi dữ liệu (mang thông tin dữ liệu cũ). Khi ở chế độ đọc, mắt đọc sử dụng tia laser có mức năng lượng thấp nhất để đọc đĩa. Nó có thể dễ dàng nhận ra cấu trúc mới đã được thay đổi trên bề mặt đĩa. Trang 10 Hình 3.2 4. Đĩa DVD: a. Đặc điểm của đĩa DVD: Thời gian truy xuất là thời gian để ổ đĩa tìm được thông tin trên đĩa. Ở ổ đĩa CD và ổ đĩa DVD thời gian truy xuất tương đối chậm và có thể nhu cầu của nó lên đến hàng trăm mili giây để truy xuất thông tin. Đối với ổ đĩa DVD thì thời gian truy xuất là 470ms (khoảng ½ giây ) trông khi đó thời gian truy xuất bất kỳ một đĩa CD nào chỉ là 180ms. Nguyên nhân khiến DVD cần nhiều thời gian truy xuất hơn là vì mật độ tích hợp của dữ liệu cao hơn.  Định dạng dữ liệu: Tập tin chứa trên DVD cũng dựa trên cấu trúc sector như CD. Mỗi sector chứa 2048B cộng thêm 12B dữ liệu đầu vào. Cứ một chuỗi 16 sector liên tục sẽ được dùng cơ chế nhận diện lỗi RSPC (Reed Solomon Product Code).  DVD đọc và ghi dữ liệu giống như CD-RW.  Cấu tạo đĩa DVD: DVD được xem là tương đương với CD-ROM,dữ liệu được ghi thành các mẫu hình xoắn ốc bao gồm một loạt các pit và land được ấn vào lớp nhựa bên trong. Kích thước và chiều dài thực của một đĩa DVD tương đương với một đĩa CD. Tuy nhiên, có một vài điểm khác biệt là: dữ liệu được tập trung cao độ trên đĩa. Trong khi đĩa CD sử dụng các track hình xoắn ốc với một phần tương đương với 1.6*m thì các track trên đĩa DVD chỉ là các phần 0.74*m. Pit trên CD là 0.83*m nhưng pit trên đĩa DVD chỉ là 0.4*m. (Bảng 4.1 chỉ ra sự khác biệt này.) Các Thông Số Kỹ Thuật Đường kính (mm) Bề dày của đĩa (mm) Bề dày của lớp bên dưới (mm) Khoảng cách các track (*m) Kích thước pit tối thiểu (*m) Bước sóng (nm) Dung lượng trên một lớp (GB) DVD 120 1.2 0.6 CD-ROM 120 1.2 1.2 0.74 0.40 635/650 4.7 1.6 0.83 780 0.65 Bảng 4.1 Các đặc điểm kỹ thuật của đĩa DVD, CD GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 11 Để có thể thấy được những hình học nhỏ xíu này, tia laser được dùng trong đầu đĩa DVD sẽ hoạt động với một bước sóng ngắn hơn nhiều (ánh sáng đỏ của bước sóng ngắn). Tia laser hoạt động tại một bước sóng nhất định, và nhiều ổ đĩa DVD-ROM có hai đầu đọc laser được gắn vào cơ cấu, vì thế chúng có thể đọc được nhiều khuôn dạng đĩa quang khác nhau. DVD có thể sử dụng nhiều lớp pit và land (từng thành phần bên trong nó sẽ tạo thành một lớp phản xạ riêng), vì vậy một đĩa có thể ghi nhiều lớp dữ liệu có cùng giá trị. Thành phần điều khiển tiêu cự của chùm tia laser trong ổ đĩa DVD có thể chọn lớp để đọc. Một đĩa CD thông thường chỉ sử dụng loại đĩa một mặt, nhưng cả hai mặt của đĩa DVD đều có thể sử dụng được. Kết hợp kĩ thuật nhiều lớp này, DVD có thể hỗ trợ lên đến 4 lớp dữ liệu cho một đĩa DVD. Một đĩa DVD có thể lưu trữ đến 8.5GB dung lượng dữ liệu trên một đĩa một mặt hai lớp hoặc lên đến 17GB dung lượng dữ liệu trên một đĩa hai mặt hai lớp. Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.9  Ổ đĩa CD-ROM, CD-R,CD-RW phải có khả năng quay đĩa với tốc độ tuyến tính (CLV- constant linear velocity ). Khi đến mép ngoài của đĩa tốc độ mép ngoài sẽ chậm xuống. Mục đích là nhằm đảm bảo dữ liệu xoắn ốc trên CD đang quay một cách chính xác.  Tốc độ đọc hiện nay của ổ đĩa CD là 52X (1X= 150KB/s), của ổ đĩa DVD là 16X (1X=1,385MB/s).  Ổ đĩa CD không thể đọc được các đĩa DVD,nhưng ổ đĩa DVD có thể đọc được các đĩa định dạng CD. 3.4 Hệ thống vào ra. GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 12 a. Chức năng: Trao đổi thông tin giữa bên trong máy tính với môi trường bên ngoài và ngược lại. b. Thao tác dữ liệu + Vào dữ liệu (Input). + Ra dữ liệu (Output). c. Các thành phần cơ bản của hệ thống vào ra:  Các thiết bị vào ra (Peripheral Devices) Chức năng: Chuyển đổi thông tin giữa bên trong và bên ngoài máy tính và ngược lại. Thiết bị ngoại vi được chia 4 loại: Thiết bị vào, thiết bị ra, thiết bị nhớ, thiết bị truyền thông.  Modul ghép nối vào ra (I/O Module)  Để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính.  Trong module vào ra có các cổng vào ra, mỗi cổng như một ô nhớ có địa chỉ xác định.  Thiết bị ngoại vi sẽ được nối ghép trao đổi dữ liệu thông qua cổng. 3.5 Liên kết hệ thống (InterConnection) a) Khái niệm chung về BUS Bus là tập hợp các đường dây dùng để vận chuyển thông tin từ thành phần này tới thành phần khác bên trong máy tính.  Độ rộng của BUS: là số đường dây có khả năng vận chuyển thông tin đồng thời.  Phân loại BUS • BUS địa chỉ • BUS dữ liệu • BUS điều khiển CPU Module memory Module I/O BUS ĐỊA CHỈ BUS DỮ LIỆU BUS ĐIỀU KHIỂN BUS địa chỉ : Chức năng: dùng để vận chuyển địa chỉ từ CPU đến các bộ nhớ hay các Module vào ra, nhằm xác định ngăn nhớ hay cổng vào ra CPU cần truy xuất trao đổi thông tin. Độ rộng của BUS địa chỉ (A0, A1,…, An-1) Cho biết khả năng quản lý cực đại số các ngăn nhớ. Nếu sử dụng độ rộng bus địa chỉ n đường, dung lượng cực đại của bộ nhớ có thể quản lý là 2n ngăn nhớ. Thông thường mỗi ngăn nhớ lưu trữ 1B. Ví dụ: Bus địa chỉ của các bộ VXL sau: 8088/8086 n=20 => không gian nhớ quản lý tối đa 220( 1MB) 80286 n=24 224(16MB) 80386…Pentium n=32 232(4GB) Pentium II,III,IV n=36 236(64GB) BUS dữ liệu: GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 13 Chức năng: vận chuyển lệnh từ bộ nhớ → CPU, vận chuyển dữ liệu giữa CPU, bộ nhớ và cổng vào ra. Độ rộng của Bus dữ liệu (D0,D1,….Dm-1) Cho biết số byte có khả năng trao đổi đồng thời m = 8, 16, 32, 64, 128 bit Ví dụ: 8088 -> m=8 8086 -> m=16 80386 -> m=32 Pentium -> m=64 BUS điều khiển: Vận chuyển tập hợp các tín hiệu:  Tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển Module nhớ và Module vào ra.  Tín hiệu từ Module nhớ, Module vào ra gởi đến CPU yêu cầu.  Ngoài ra còn là BUS cung cấp nguồn tín hiệu xung nhịp (clock) với các BUS đồng bộ, tín hiệu ngắt, chuyển nhượng, … b) Phân cấp BUS trong máy tính. Nhược điểm của cấu trúc đơn BUS. Một là có nhiều thành phần nối vào một BUS chung, nên tại một thời điểm chỉ phục vụ được một yêu cầu trao đổi dữ liệu. Hai là các thành phần nối vào BUS máy tính có thể có tốc độ khác nhau. Vì thế bus phải được thiết kế cho Module có tốc độ nhanh nhất trong hệ thống, nhưng lại phục vụ cho tất cả các module có tốc độ chậm hơn.  Khắc phục nhược điểm này người ta xây dựng cấu trúc đa BUS bao gồm các hệ thống BUS khác nhau về tốc độ. Các bus được phân theo các cấp độ khác nhau.  Trong hầu hết các máy PC bus được phân 3 cấp và các bus nối với nhau thông qua cầu nối BUS GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 14 Sơ đồ phân cấp BUS trong máy tính Bộ VXL BUS tốc độ cao Cầu nối BUS BUS tốc độ trung bình Cầu nối BUS BUS tốc độ chậm Cấu trúc hệ thống Pentium II điển hình Inter Pemtium Cache L1 BUS VXL 133MHz AGP 66MHz North Brigde 66MHz SIMM DIMM (SDRAM, DDR) BUS PCI 33Hz Khe cắm PCI USB1 USB2 CMOS & RTC IDE1 South Bridge IDE2 BUS ISA 8MHz Khe cắm ISA Đĩa mềm Bàn phím Chuột Super I/O LPT COM1 COM2 ROM GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 15 Cấu trúc hệ thống của Pemtium 4 Inter Pemtium 4 Processor 4.2 or 3.2 GB/s RDRAM AGP 4X >1 GB/s North Bridge Inter Hub RDRAM 4.0 GB/s RDRAM Architecture South Bridge RDRAM 6 Channel Audio PCI ATA 100MB/s 2 IDE Dual chanel 133MB/s 4 USB Ports LAN Interface Flash BIOS GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 16 Bài 2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH Máy tính chạy được nhờ có chương trình, chương trình bao gồm các lệnh. Vì vậy máy tính chạy được nhờ thực hiện các lệnh trong chương trình. 1. Thực hiện lệnh trong chương trình Thực hiện lệnh trong chương trình là hoạt động cơ bản của máy tính. Máy tính thực hiện lệnh bằng cách lặp đi lặp lại hai bước cơ bản: Begin Nhận lệnh Thực hiện lệnh End  Nhận lệnh (Fetch)  Thực hiện lệnh (Excute) Quá trình thực hiện là dừng khi: - Ngắt nguồn điện ra khỏi hệ thống - Gặp lệnh dừng (Shutdown) - Gặp tình huống không xử lý được - Gặp lỗi phần cứng Nhận lệnh (Fetch) Bắt đầu mỗi chu kỳ lệnh CPU nhận lệnh từ bộ nhớ chính. Trong quá trình nhận lệnh 2 thanh ghi tham gia trực tiếp đó là thanh ghi PC (Program Counter) và thanh ghi IR (Instruction Register) Thanh ghi PC có chức năng chứa địa chỉ của lệnh sẽ được nhận. Thanh ghi IR có chức năng chứa lệnh được nhận từ ngăn nhớ được trỏ bởi thanh ghi PC. Sau mỗi lệnh được nhận thì nội dung của thanh ghi PC tự động tăng để trỏ tới lệnh kế tiếp sẽ được nhận. Thực hiện lệnh Bộ xử lý giải mã lệnh đã được nhận trong thanh ghi IR và phát tín hiệu điều khiển thực hiện thao tác tương ứng mà lệnh yêu cầu. GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 17 Các kiểu thao tác của lệnh có thể:  Thực hiện trao đổi thông tin giữa CPU và bộ nhớ chính  Thực hiện trao đổi giữa CPU và Module I/O  Xử lý dữ liệu thực hiện các phép toán số học và logic  Điều khiển rẽ nhánh  Kết hợp các thao tác trên 2. Ngắt (Interrupt) - Khái niệm chung về ngắt: Ngắt là cơ chế cho phép CPU tạm dừng chương trình đang thực hiện chuyển sang thực hiện một chương trình khác, chương trình khác đó được gọi là chương trình con phục vụ ngắt. - Các loại ngắt  Ngắt do lỗi thực hiện chương trình  Ngắt do lỗi phần cứng  Ngắt do module I/O phát ra tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi dữ liệu - Hoạt động của ngắt Sau khi hoàn thành một lệnh, bộ xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt. Nếu không có ngắt thì bộ xử lý tiếp tục nhận lệnh tiếp theo. Nếu có tín hiệu ngắt bộ xử lý tạm dừng chương trình đang thực hiện, cất giữ ngữ cảnh hiện tại (ngữ cảnh là thông tin có liên quan đến chương trình đang thực hiện). Thiết lập bộ đếm chương trinh PC trỏ đến chương trình con phục vụ ngắt. Thực hiện chương trình con phục vụ ngắt. Cuối chương trình con phục vụ ngắt. Khôi phục lại ngữ cảnh và tiếp tục chương trình đang bị tạm dừng. Chu kỳ lệnh với ngắt Bắt đầu Nhận lệnh Thực hiện N - Ngắt? Dừng Y Chương trình con phục vụ ngắt Xử lý tín hiệu ngắt  Cấm ngắt: Bộ xử lý bỏ qua các ngắt tiếp theo trong khi đang xử lý ngắt.  Cho phép ngắt: Bộ xử lý sẽ xử lý các ngắt tuần tự nếu cùng thứ tự ưu tiên.  Mỗi ngắt trong máy tính được gán một số hiệu ngắt và được gán mức độ ưu tiên khác nhau.  Ngắt có mức ưu tiên thấp có thể bị ngắt bởi các ngắt có ưu tiên cao hơn. Vì vậy trong hệ thống xảy ra tình trạng ngắt lồng nhau. GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 18 3. Chu kỳ thực hiện lệnh máy tính Nhận lệnh Tính Ðịa chỉ lệnh Cất toán hạng Nhận toán hạng Giải mã thao tác Lệnh tiếp theo Tính ðịa chỉ toán hạng Thao tác dl Tính ðịa chỉ toán hạng Dữ liệu mảng hay chuỗi 4. Các ví dụ minh họa GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin KT ngắt và ngắt Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 19 GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin Bài giảng cấu trúc, lắp ráp và bảo trì máy tính Trang 20 GV: Đinh Đồng Lưỡng – Bộ môn: Công nghệ Tri thức – Khoa: Công nghệ Thông tin