Bài giảng Phần cứng & Lắp ráp máy tính

). Bề mặt đĩa được thay đổi khi ghi để có thể phản xạ tia laser tốt hoặc kém. Tia laser được hội tụ vào một điểm rất nhỏ trên mặt đĩa, vì thế đĩa quang có dung tích lưu trữ lớn hơn nhiều lần so với đĩa từ. 
Hai nhược điểm chính của đĩa quang là: 
Chỉ ghi dược một lần (nay đã dược khắc phục với đĩa CD-WR), 
Tốc độ đọc chậm hơn đĩa từ. 
Bộ nhớ ngoài  Tổ chức dữ liệu trên bề mặt đĩa 
Trên CD được khắc các lỗ sâu 0,12 micron và rộng 0,6 micron. Các lỗ này được bố trí theo một track hình xoắn ốc với khoảng cách 1,6 micron giữa các vòng, khoảng 16.000 track/inch. Các lỗ (pit) và nền (land) kéo dài khoản 0,9 đến 3,3 micron. Track bắt đầu từ phía trong và kết thúc ở phía ngoài theo một đường khép kín các rìa đĩa 5mm. 
Dữ liệu lưu trên CD thành từng khối, mỗi khối chứa 2.352 byte. Trong đó, 304 byte chứa các thông tin về bit đồng bộ, bit nhận dạng (ID), mã sửa lỗi (ECC), mã phát hiện lỗi (EDC). Còn lại 2.048 byte chứa dữ liệu. Tốc độ đọc chuẩn của CD-ROM là 75 khối/s hay 153.600 byte/s hay 150KB/s (1X). 
Bộ nhớ ngoài  Cách thức truy cập dữ liệu trên đĩa quang 
Quá trình đọc thông tin dựa trên sự phản chiếu của các tia laser năng lượng thấp từ lớp lưu trữ dữ liệu. Bộ phận tiếp nhận ánh sáng sẽ nhận biết được những điểm mà tại đó tia laser bị phản xạ mạnh hay biến mất do các vết khắc (pit) trên bề mặt đĩa. Các tia phản xạ mạnh chỉ ra rằng tại điểm đó không có lỗ khắc và điểm này được gọi là điểm nền (land). 
Bộ nhận ánh sáng trong ổ đĩa thu nhận các tia phản xạ và khuếch tán được khúc xạ từ bề mặt đĩa. Khi các nguồn sáng được thu nhận, bộ vi xử lý sẽ dịch các mẫu sáng thành các bit dữ liệu hay âm thanh. 
Bộ nhớ ngoài  Đĩa quang 
Ðiểm khác nhau giữa đĩa quang và đĩa từ là đĩa quang cần kiểm tra và sửa lỗi nhiều hơn. Thông tin rất dễ bị nhiễu chẳng hạn khi một hạt bụi nằm giữa nguồn laser và nơi cần đọc trên đĩa. Vì thế đĩa quang cần nhiều thông tin CRC hơn đĩa từ. Lỗi đọc phải được phát hiện và sửa lại dùng mã CRC đi kèm theo dữ liệu 
tốc độ quay của đĩa vào khoảng 200 đến 500 vòng/phút đối với CD-ROM và 350 đến 500 vòng/phút đối với DVD tùy thuộc vào vị trí mắt đọc trên đĩa. Khi mắt đọc các track gần tâm đĩa thì vận tốc quay của đĩa càng cao. 
Bộ nhớ ngoài  Bộ nhớ Flash 
H iện nay, thẻ nhớ là một trong những công nghệ mới nhất được dùng làm thiết bị lưu trữ. 
Tốc độ, yêu cầu về dòng điện cung cấp thấp và đặc biệt với kích thước nhỏ gọn của các loại thẻ nhớ làm cho kiểu bộ nhớ này được dùng rộng rãi trong công nghệ lưu trữ và giải trí hiện nay. 
Bộ nhớ ngoài  Bộ nhớ Flash 
Thẻ nhớ flash là một dạng bộ nhớ bán dẫn EEPROM(công nghệ dùng để chế tạo các chip BIOS trên các vỉ mạch chính), được cấu tạo bởi các hàng và các cột. Mỗi vị trí giao nhau là một ô nhớ gồm có hai transistor, hai transistor này cách nhau bởi một lớp ô-xít mỏng. Một transistor được gọi là floating gate và transistor còn lại được gọi là control gate. Floating gate chỉ có thể nối kết với hàng (word line) thông qua control gate. Khi đường kết nối được thiết lập, bit có giá trị 1. Để chuyển sang giá trị 0 theo một qui trình có tên Fowler-Nordheim tunneling. 
Phần cứng máy tính  Mainboard 
Mainboard: (Còn gọi là motherboard) là một bản mạch đóng vai trò là trung gian giao tiếp giữa CPU và các thiết bị khác của máy tính. 
Bản mạch chính chứa đựng những linh kiện điện tử và những chi tiết quan trọng nhất của một máy vi tính cá nhân như: bộ vi xử lý CPU (central processing unit), hệ thống bus và các vi mạch hỗ trợ. Bản mạch chính là nơi lưu trữ các đường nối giữa các vi mạch, đặc biệt là hệ thống bus. Vì vậy, bản mạch chính cần thoả mãn nhiều điều kiện về cấu trúc và đặc tính điện khắt khe như: gọn, nhỏ và ổn định với nhiễu từ bên ngoài. 
Mainboard Các thành phần chính của Mainboard 
Các thành phần chính: 
Khe cắm CPU: socket, slot 
Chipset & hệ thống BUS 
Khe cắm RAM 
Các khe cắm mở rộng: dùng đề cắm các bộ điều hợp (Card màn hình, âm thanh). Gồm các chuẩn: ISA, PCI, AGP, PCI Express 
Giao tiếp vào ra (I/O): Cổng chuột – bàn phím, cổng COM, cổng máy in 
Khe cắm IDE - Khe cắm Floppy 
Khe cắm điện cho mainboard 
Các ROM chứa các chương trình hỗ trợ khởi động và kiểm tra thiết bị. 
Pin và CMOS lưu trữ các thông số thiết lập cấu hình máy tính gồm cả RTC (Real Time Clock - đồng hồ thời gian thực). Các Jump thiết lập các chế độ. Trong một số mainboard mới, các Jump này được thiết lập tự động bằng phần mềm. 
Mainboard Các thành phần chính của Mainboard 
Các thành phần chính: 
Socket 
Chipset - North Bridge 
DIMM Slot 
Power connector 
FDD 
IDE 
Battery 
Chipset - South Bridge 
Serial ATA Interface 
Front Panel connector 
ROM BIOS 
AGP Slot 
USB 
PCI Slot 
Port (Back Panel) 
Power connector (For Pentium4) 
Mainboard  Kiến trúc của Chipset 
Để chọn được bo mạch chủ (BMC) xử lý nhanh, hoạt động ổn định thì yếu tố quan tâm hàng đầu phải là chipset - đây là trung tâm đầu não quản lý mọi hoạt động của BMC, từ việc giao tiếp CPU, bộ nhớ, đồ họa đến các thiết bị ngoại vi (chuột, bàn phím, âm thanh, mạng, modem, printer...). 
Mainboard  Kiến trúc của Chipset 
Thông thường, chipset gồm 2 thành phần: chipset cầu bắc (North Bridge Chipset) và chipset cầu nam (South Bridge Chipset). Nhiệm vụ của hai chipset này được quy định rõ ràng và hiếm khi thay đổi. Năm 1997, giao tiếp AGP được giới thiệu và chipset cầu bắc có thêm nhiệm vụ kết nối với card đồ họa. 
Chipset cầu bắc sẽ quản lý việc giao tiếp dữ liệu với CPU, RAM và card đồ họa, vì vậy nó rất quan trọng, khả năng xử lý của BMC phụ thuộc chipset này rất nhiều. 
Chipset cầu nam quản lý các thiết bị ngoại vi, thông tin từ ngoài vào chipset cầu nam được đưa lên cầu bắc để xử lý và trả kết quả về. Tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ như chipset Intel 875P lại đưa giao tiếp mạng gigabit lên chip cầu bắc để tránh nghẽn đường truyền từ chip cầu nam lên cầu bắc. 
Mainboard  Hệ thống Bus 
BUS: Là hệ giao thông huyết mạch của cả hệ thống máy tính, bus liên tục được nâng cấp, mở rộng để bắt kịp nhu cầu ứng dụng thực tiễn. Hệ thống máy tính ngày nay vẫn được cấu thành từ 3 bộ phận cơ bản là bộ xử lý, bộ nhớ và thiết bị ngoại vi; không thay đổi nhiều so với kiến trúc máy tính đầu tiên do IBM thiết kế. Để chuyển tải dữ liệu giữa các bộ phận, nhiều tuyến mạch kết nối đã được lập ra. Do có chức năng tương đồng với tuyến xe buýt (bus) trong cuộc sống mà tuyến mạch kết nối này cũng được đặt tên là bus. 
Hệ thống máy tính hiện đại xây dựng và phát triển dựa trên hai hệ thống bus chủ đạo: 
System Bus - nối kết từ bộ xử lý đến bộ nhớ chính, cache level 2 
I/O Bus (bus ngoại vi) - nối kết thiết bị ngoại vi với bộ xử lý thông qua cầu chipset. 
Mainboard  Hệ thống Bus 
Trong kiến trúc Dual Independent Bus (DIB - hai tuyến bus độc lập). 
Bus hệ thống: dùng chung được tách thành Frontside Bus và Backside Bus. 
FSB là nhịp cầu quan trọng nối bộ xử lý với bộ nhớ chính và tuyến bus ngoại vi. Đôi lúc, thuật ngữ FSB và system bus được xem là một. 
BSB chỉ tập trung chuyển tải dữ liệu giữa bộ xử lý với bộ đệm thứ cấp. Tách bus hệ thống thành 2 kênh độc lập góp phần tăng hiệu năng xử lý nhờ cho phép bộ xử lý truy xuất đồng thời trên cả hai kênh giao tiếp quan trọng. 
Bus ngoại vi: có nhiều dạng khác nhau và dần dần chuyên biệt hóa theo yêu cầu của ứng dụng. ISA Bus thuộc loại lâu đời nhất và đã bị thay thế hoàn toàn từ giữa năm 2000. PCI Bus được giới thiệu lần đầu trong hệ thống Pentium vào năm 1993. AGP là chuẩn bus được thiết kế để đáp ứng yêu cầu băng thông của xử lý đồ họa. PCI Express mới nhất có khá nhiều ưu điểm, đặc biệt là không gây xáo trộn lớn lên kiến trúc PCI hiện tại. 
Mainboard  Hệ thống Bus - ISA 
ISA : Lần xuất hiện đầu tiên trên máy tính, bus ISA được thiết kế ở dạng 8bit, sử dụng tần số 4,77MHz (bằng với xung bộ xử lý). Sau nhiều năm cải tiến, chuẩn được chính thức công nhận và mang tên Industry Standard Architecture (ISA) vào năm 1982. Trong hệ thống IBM PC/AT 80286, bus ISA được nâng lên 16bit. Vào lúc này, tốc độ bus hệ thống mới chỉ đạt 6MHz; sau đó không lâu thì đạt 8MHz. 
Mainboard  Hệ thống Bus - ISA 
Bus ISA dùng giao tiếp 16bit, xung 8MHz (mức xung chuẩn của bộ xử lý) và đạt tốc độ truyền dữ liệu trên lý thuyết là 16MBps. Tuy nhiên, tốc độ thực tế bị giảm đi một nửa (còn 8MBps) vì cần dành 1 đường bus cho địa chỉ và một đường bus khác cho dữ liệu 16bit. 
Thiết bị dùng khe mở rộng ISA phát triển cho đến cuối thập niên 1990 bởi vì khả năng đáp ứng của thiết bị ngoại vi lúc này mới chỉ ở mức 5MBps. 
Nhưng khi bộ xử lý trở nên nhanh hơn và cần băng thông dữ liệu lớn hơn thì chuẩn ISA không đáp ứng nổi. Cuối thập niên 90, hầu hết card ISA còn lại đều chỉ mang tính đại diện cho công nghệ 8bit. Cái chết của ISA đã được chính thức văn bản hóa trong tài liệu PC99 System Design Guide do Intel và Microsoft biên soạn vào năm 1999. 
Mainboard  Hệ thống Bus - PCI 
PCI (Peripheral Component Interconnect) nguyên thủy dùng xung 33MHz, sau đó nâng lên 66MHz (phiên bản PCI 2.1) để nhân đôi băng thông lý thuyết (đạt 266MBps); nhanh gấp 33 lần bus ISA. PCI còn cho phép thiết lập chuyển đổi bus 32bit hoặc 64bit linh hoạt nên chấp nhận cả card 32bit lẫn 64bit. Việc hiện thực 64bit lên bus tốc độ 66MHz vào năm 99 đã nâng băng thông lý thuyết lên 524MBps. Độ trễ của bus PCI thấp hơn nên tốc độ hệ thống cũng được nâng lên. Từ giữa năm 1995, những thiết bị cần tốc độ chính yếu của máy tính đều chuyển sang sử dụng bus PCI. Phổ biến nhất chính là card điều khiển đĩa cứng và đồ họa; cả lúc tích hợp trên bo mạch chủ lẫn khi cắm trên khe mở rộng. 
PCI chỉ cho phép thiết kế tối đa 5 cổng nối mở rộng nhưng lại cho phép thay thế mỗi cổng bằng hai thiết bị tích hợp. Kiến trúc này còn cho phép bộ xử lý hỗ trợ thêm một mạch cầu nữa. 
Không chỉ có đặc tả chặt chẽ, chuẩn còn cung cấp được hai mức điện áp khác nhau: 5V và 3,3V. Vì thế, khe cắm được thiết kế thêm một số chân khóa (chân được đúc kín) để tránh trường hợp card 3,3V bị cắm nhầm sang khe 5V và ngược lại. 
Mainboard  Hệ thống Bus – Các loại khe cắm PCI 
Mainboard  Hệ thống Bus – AGP 
AGP (Accelerated Graphic Port) : Chipset AGP hoạt động như một cầu trung gian giữa bộ xử lý và bộ đệm cấp 2. Trong kiến trúc Single Edge Contact Cartridge của Pentium II, chipset AGP được gọi là bộ tăng tốc Quad Port (4 cổng) vì nằm giữa ngã tư nối đến bộ xử lý, bộ nhớ chính, I/O và cổng AGP. 
Ban đầu hoạt động cùng tần số 66MHz với bus bộ xử lý (FSB), gấp đôi tần số PCI và đạt băng thông tối đa là 264MBps. Để hỗ trợ xử lý đồ họa, trong phiên bản AGP 2X, dữ liệu được truyền tại cả cạnh lên và xuống trong một xung nên tần số lên đến 133MHz (gấp đôi xung đồng bộ) và đạt băng thông 528MBps. 
Băng thông của AGP còn được nâng lên gấp bốn (AGP 4X), gấp tám (AGP 8X) xung hệ thống nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu đồ họa và tạo cơ hội triển khai ứng dụng đồ họa cao cấp, nâng cao chất lượng hình ảnh mà không sợ ảnh hưởng đến tốc độ hiển thị. 
Mainboard  Hệ thống Bus – Các loại khe AGP 
Đặc tả AGP hiện có ba phiên bản: 
1.0 (AGP 1X, 2X) 
2.0 (AGP 1X, 2X, 4X) 
3.0 (AGP 4X, 8X) 
1X (266MB/s) 
2X (533MB/s) 
4X (1,07GB/s) 
8X (2,1GB/s). 
Universal AGP slot 
AGP 2x slot (3.3v) 
AGP 4x/ 8x slot (1.5v) 
Mainboard  Hệ thống Bus – Nhận biết các loại khe AGP 
Mainboard  Hệ thống Bus – PCI Express 
PCI Express dùng liên kết nối tiếp. Bus nối tiếp có băng thông/kênh rộng hơn kiến trúc bus song song và dễ mở rộng lên băng thông lớn hơn. Chuẩn cho phép thiết lập mạng theo giao tiếp điểm-điểm giữa các thiết bị, thay thế cho kiểu một-nhiều của kiến trúc song song nên không cần bộ điều khiển bus (tác nhân làm chậm và ngăn cản khả năng thay thế nóng). 
Kiến trúc PCI Express còn giúp thu nhỏ 50% diện tích bo mạch chủ. Một phiên bản khác của PCI Express cũng đang được phát triển để thay thế cho tuyến cầu nam trong chipset. 
Một kết nối điểm-điểm theo kiến trúc PCI Express Architecture với 32 đường dữ liệu có khả năng cung cấp băng thông 16GBps. 
Phần cứng máy tính  Mainboard – Hệ thống Bus 
Phần cứng máy tính  Mainboard – Giao tiếp input/output 
Cổng serial đạt băng thông tối đa 115,2 Kbps 
Cổng parallel đạt khoảng 500 Kbps (tùy dạng). 
Hầu hết PC đều có hai cổng COM và một cổng parallel. Có thế tăng số lượng cổng COM và parallel nhưng hệ thống phải chấp nhận hy sinh IRQ. 
USB 1.1 đạt tốc độ 12 Mbps 
USB 2.0: Hi-Speed đạt băng thông 480 Mbps; 12 Mbps và 1,5 Mbps. 
Firewire - IEEE 1394: hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu là 12,5, 25, 50 Mbps, còn tốc độ giao tiếp cáp đạt 100, 200, 400 Mbps. Cổng nối cáp IEEE 1394 có sẵn đường dẫn điện bên trong nhưng được thiết kế an toàn, không gây giật. 
Phần cứng máy tính  Bộ nguồn (PSU) 
Nguồn điện máy tính có chức năng chuyển đổi nguồn điện 110V/220V thành nguồn điện một chiều ±3, 3V, ±5V và ±12V cung cấp cho toàn bộ hệ thống máy tính. Công suất trung bình của bộ nguồn hiện nay khoảng 200W. Công suất tiêu thụ một số thành phần như sau: 
Mainboard : 20W - 35W. 
CD-ROM : 20W - 25W 
Ổ đĩa mềm : 5W - 15W. 
Ổ đĩa cứng : 5W - 15W. 
Ram : 5W /MB. 
Card : 5W - 15W. 
CPU : Tùy theo mức độ làm việc nhiều hay ít. 
Các số liệu trên đây chỉ mang tính chất tham khảo, bởi vì hiện nay xu thế các hãng sản xuất đưa ra các thiết bị tiêu thụ điện năng nhỏ. Bên cạnh đó, tùy thuộc vào số lượng thiết bị mà máy tính sử dụng nhều hay ít điện năng. 
Phần cứng máy tính  Bộ nguồn (PSU) 
Ðầu cắm ATX có 20 chân 
Ðể kiểm tra nhanh bộ nguồn có hoạt động hay không, bạn có thể kích nối tắt đường tín hiệu 14 và 15 (chập rồi nhả liền) hay chắc ăn nhất là cắm đầu nối nguồn vào Mainboard rồi kích nối tắt 2 chấu của Jumper PowerSw trên mainboard (khi thử chỉ cần có bộ nguồn và mainboard ATX là đủ, không cần thêm gì nữa). 
Chân 
Tín hiệu 
Chân 
Tín hiệu 
1 
+3.3v 
11 
+3.3v 
2 
+3.3v 
12 
-12v 
3 
Ðất (Ground) 
13 
Ðất (Ground) 
4 
+5v 
14 
PW_ON (mở nguồn) 
5 
Ðất (Ground) 
15 
Ðất (Ground) 
6 
+5v 
16 
Ðất (Ground) 
7 
Ðất (Ground) 
17 
Ðất (Ground) 
8 
PWRGOOD (nguồn tốt) 
18 
-5v 
9 
+5vSB 
19 
+5v 
10 
+12v 
20 
+5v 
Phần cứng máy tính  Bộ nguồn (PSU) 
Do có 1 số tính năng điều khiển từxa nên về nguyên tắc bộ nguồn phải luôn luôn được cấp điện. Ta sẽ không thấy công tắc Power tự giữ theo kiểu AT nữa (Sau khi bấm, công tắc sẽ tự giữ trạng thái đó cho đến khi bấm lần nữa để thay đổi trạng thái), thay vào đó là 1 nút bấm kích (tự động trở về vị trí ban đầu sau khi ngưng bấm) tương tự như nút Reset. 
Khi bấm nút nầy, đường tín hiệu thứ 14 của đầu cắm nguồn (PW_ON) sẽ được nối đất để tạo ra tín hiệu mở máy nếu máy đang trong tình trạng tắt (hay tắt máy nếu máy đang trong tình trạng mở). 
Chú ý: Khi mở máy bạn chỉ cần kích nút Power (bấm rồi nhả ngay) nhưng đặc biệt khi tắt, tùy theo mainboard có thể ta phải bấm rồi giử sau 4 giây mới được nhả (do xác lập trong Bios). 
Khi trong tình trạng tắt, thực sự bộ nguồn vẫn tiêu thụ 1 lượng điện rất nhỏ để duy trì sự hoạt động cho mạch điều khiển tự động mở máy (theo xác lập trong Bios hay chương trình điều khiển). Chỉ khi nào bạn rút dây cắm nguồn hay tắt điện bằng công tắt phía sau bộ nguồn thì máy mới ngắt điện hoàn toàn. 
KẾT THÚC NỘI DUNG