Epga là gì phần cứng cấu hình lại là gì

1. MTV TM & DV Viễn Đông Baøi 1:GIỚI THIỆU 1.1.GIỚI THIỆU Máy tính là công cụ giúp con người giải quyết các công việc tính toán với tốc độ cao. Về căn bản, máy tính được chia ra làm các loại như sau: •Máy tính lớn (Mainframe computer) •Máy tính con (Mini computer) •Máy vi tính (Micro computer) Máy tính lớn là những loại máy tính có khả năng giải những bài toán lớn với tốc độ nhanh và có thể được sử dụng bởi nhiều người qua các thiết bị đầu cuối. Giá thành máy tính lớn rất cao và chỉ được chuyên dùng cho những ứng dụng trong quân sự, hàng không, ngân hàng, khí tượng… Máy tính con là một dạng thu nhỏ về kích thước cũng như tính năng của máy tính lớn. Nó ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu sử dụng máy tính cho các ứng dụng vừa phải mà nếu dùng máy tính lớn vào đó sẽ gây lãng phí. Máy tính con thường dùng cho các tính toán khoa học kỹ thuật, gia công dữ liệu qui mô nhỏ hay để điều khiển quá trình công nghệ… Máy vi tính bao gồm những máy tính dùng bộ vi xử lý (họ Intel, Motorola, AMD…) làm cốt lõi, các vi điều khiển (microcontroller) và máy vi tính trong một vi mạch (one-chip microcomputer). Máy tính cá nhân PC (Personal Computer) thuộc loại máy vi tính. Nó chỉ được sử dụng bởi một người tại mỗi thời điểm. Giá thành của nó rẻ do cấu hình đơn giản, được chuẩn hóa và được sản xuất hàng loạt với số lượng lớn. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi xử lý, máy tính cá nhân ngày nay đã đạt được những khả năng mà chỉ cách đây vài năm đó là đặc quyền của máy tính lớn. Máy tính hiện đang được phát triển trên cơ sở hai phần: Phần cứng (hardware) là phần vật chất cụ thể tạo nên máy tính như bộ vi xử lý, mainboard, bộ nhớ, màn hình, bàn phím, … Phần mềm (software) gồm các thuật giải và sự thể hiện trên máy tính của nó là các chương trình. Chương trình là một tập hợp các lệnh được mã hóa theo một ngôn ngữ đặc biệt (ngôn ngữ máy) nhằm điều khiển hoạt động của máy tính. Chương trình có thể được lưu trên các thiết bị lưu trữ như RAM, đĩa từ, đĩa quang… 1.2.SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY TÍNH CÁ NHÂN (PC) Sơ đồ khối chức năng của một PC hiện đại có thể được mô tả như hình sau: Processor Bus Memory Bus CPU Chipset Memory I/O Bus I/O Hình 1.1: Sơ đồ khối của một PC hiện đại. 1.2.1. CPU (Central Proccessing Unit)_ Bộ xử lý trung tâm CPU đóng vai trò chủ đạo trong một máy tính. Đây là một mạch vi điện tử có độ tích hợp rất cao (VLSI_Very Large Scale Integration). Khi hoạt động nó đọc mã lệnh từ bộ nhớ, sau đó giải mã các lệnh này thành một dãy các xung điều khiển ứng với các thao tác trong lệnh để điều khiển các khối khác thực hiện từng bước các thao tác đó. 1.2.2. Bộ nhớ (Memory) GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 1
2. MTV TM & DV Viễn Đông Lưu trữ các lệnh và dữ liệu dùng cho bộ xử lý. 1.2.3. Nhập/xuất (Input/Output - I/O) Gồm các thiết bị ngoại vi (peripheral device) dùng để nhập hay xuất dữ liệu. Các thiết bị ngoại vi này liên lạc với hệ thống thông qua các mạch giao tiếp nhập/xuất (I/O interface). -Thiết bị nhập: bàn phím, chuột, máy quét… -Thiết bị xuất: màn hình, máy in… -Thiết bị nhập/xuất: ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng… 1.2.4. Bus Là một tập hợp các đường dây dẫn liên kết các thành phần trong hệ thống. Bus thường bao gồm 3 thành phần: bus địa chỉ (address bus), bus dữ liệu (data bus) và bus điều khiển (control bus). Tùy theo bus được kết nối với thành phần nào mà có các loại bus như : bus bộ xử lý (processor bus, host bus, system bus…), bus bộ nhớ (memory bus) và bus I/O. Bus I/O cũng bao gồm nhiều loại: ISA, PCI, AGP, USB… Các loại bus khác nhau có thể hoạt động ở các tốc độ khác nhau. 1.2.5. Chipset Là thành phần trung tâm điều khiển các đường bus giao tiếp giữa các thành phần khác nhau trong hệ thống. Như vậy, về mặt cơ bản, các PC đều bao gồm các khối chức năng giống nhau như trên. Chúng chỉ khác nhau về mặt kích cỡ và số lượng các thiết bị ngoại vi kết nối vào. Một PC điển hình có cấu hình gồm: -Hộp máy (case) và bộ nguồn cung cấp (power supply) -Board mạch chính (mainboard hay motherboard) -Bộ xử lý trung tâm (CPU) -Bộ nhớ RAM (bộ nhớ làm việc) -Ổ đĩa cứng HDD (Hard Disk Drive) -Ổ đĩa mềm FDD (Floppy Disk Drive) -Card màn hình (VGA card) và màn hình (monitor) -Bàn phím (keyboard) và chuột (mouse) -Hệ thống multimedia (CD-ROM, card âm thanh (sound card), loa (speaker)). 1.3. CÁC ĐƠN VỊ ĐO THƯỜNG DÙNG TRONG MÁY TÍNH 1.3.1. Đơn vị lưu trữ Thông tin trong máy tính được mã hóa dựa trên hai trạng thái: không có xung điện hoặc có xung điện. Để biểu diễn hai trạng thái này người ta sử dụng hệ nhị phân với hai chữ số 0 và 1. Một chữ số trong hệ nhị phân được gọi là bit. Bit là đơn vị nhỏ nhất mà máy tính có thể xử lý được. Tuy nhiên thông tin được lưu trữ trên các thiết bị lưu trữ (RAM, ROM, đĩa từ, …) thường dùng theo đơn vị byte. 1 byte = 8 bit 1 KB (kilobyte) = 210 byte = 1024 byte 1 MB (megabyte) = 210 KB = 1024 KB 1 GB (gigabyte) = 210 MB = 1024 MB 1 TB (tegabyte) = 210 GB = 1024 GB 1.3.2. Đơn vị tốc độ xử lý Tốc độ xử lý thông tin thường được tính theo đơn vị Hz (Hertz). Tốc độ xử lý của các máy tính cá nhân hiện nay thường tính bằng MHz (megahertz) hay GHz (gigahertz). 1 MHz = 106 Hz = 1.000.000 Hz 1 GHz = 103 MHz = 1.000 MHz Đôi khi người ta còn đánh giá tốc độ theo thời gian xử lý. Các đơn vị thời gian thường dùng là: 1 ms (mili giây) = 10 − 3 s (giây) 1 µs (micro giây) = 10 − 6 s GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 2
3. MTV TM & DV Viễn Đông 1 ns (nano giây) = 10 − 9 s 1 ps (pico giây) = 10 − 12 s 1.3.3. Đơn vị tốc độ truyền thông Trong truyền thông, tốc độ được tính theo lượng dữ liệu truyền đi trong mỗi giây. Hiện nay, tốc độ truyền thông thường được tính theo đơn vị MByte/s (MBps) hay GByte/s (GBps). Đối với truyền thông trên mạng, đơn vị thường dùng là Mbit/s (Mbps) hay Gbit/s (Gbps).  GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 3
4. MTV TM & DV Viễn Đông Baøi 2:HỘP MÁY VÀ BỘ NGUỒN 2.1. HỘP MÁY (CASE) Hộp máy là một hộp khung kim loại và nhựa vững chắc chứa các thành phần chính của một máy tính. Ngoài ra hộp máy còn có tác dụng ngăn cách điện từ trường. Để phù hợp với quy định của FCC (Ferderal Communication Commission) hộp máy phải cứng, tất cả các lỗ hổng (tương ứng với vị trí của các khe cắm mở rộng chưa dùng) phải có nắp đậy để che sóng điện từ do các bộ phận bên trong máy tính phát ra bên ngoài trong lúc làm việc. Ngăn cách điện từ trường không tốt thì không gây nguy hiểm cho máy tính hay làm cho quá trình hoạt động trục trặc mà có xu hướng gây nhiễu vô tuyến cho các thiết bị xung quanh mỗi khi máy tính hoạt động. Hình 2.1: Các loại hộp máy. 2.1.1. Phân loại Có 2 loại hộp máy chính: Loại đặt nằm ngang (desktop): được thiết kế để đặt trên bàn làm việc. Loại này có đặc điểm tiện sử dụng do các thao tác điều khiển đều nằm trong tầm tay. Mainboard được đặt nằm ngang, các card mở rộng được cắm thẳng đứng và vuông góc với mainboard. Cấu trúc này rất tiện lợi để thoát nhiệt phát sinh từ các mạch điện bên trong máy. Màn hình được đặt bên trên hộp máy, đặc điểm này rất bất tiện khi màn hình có kích thước lớn và vượt ra khỏi tầm nhìn của người làm việc. Một loại hộp máy khác có kích thước nhỏ hơn được gọi là “desktop slim-line”. Để có được ưu điểm nhỏ gọn, máy slim-line phải chịu một nhược điểm là các card mở rộng được cắm nằm song song với mainboard nên gây khó khăn cho sự thoát nhiệt. Để cắm các card mở rộng, cần phải có một card gốc (riser card) cắm vuông góc với mainboard. Loại đặt đứng (tower): được ưu tiên dùng nếu diện tích làm việc tương đối lớn. Loại này thường được đặt phía dưới hay bên cạnh bàn làm việc. Với ưu điểm kích thước lớn, loại đặt đứng có nhiều chỗ để mở rộng cấu hình. Kích thước lớn thoáng cũng làm cho sự thoát nhiệt dễ dàng hơn. Tuy nhiên, các card mở rộng nằm phía dưới sẽ tỏa nhiệt lên làm nhanh nóng các card phía trên. Máy không nằm trên bàn làm việc nên ngoài bàn phím và màn hình, người sử dụng có nhiều không gian để làm việc. Ngoài ra còn có loại đặt đứng nhỏ (mini-tower), thực ra là một hộp máy nằm ngang đặt ngược lên. Các loại hộp máy mini-tower thường có hai loại chân đế: một loại dành cho tư thế đứng và một loại cho tư thế nằm. Loại này có ưu điểm tiết kiệm diện tích bàn làm việc hơn loại đặt ngang. Tuy vậy, khi dựng đứng các card mở rộng chuyển từ nằm thẳng góc sang nằm song song với mặt bàn, điều này làm cản trở đáng kể sự thoát nhiệt. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 4
5. MTV TM & DV Viễn Đông 2.1.2. Các thành phần của hộp máy Mặt trên Mặt sau Mặt trước Các hộc ổ đĩa Đầu cắm nguồn 5.25 inch Các cổng I/O Các hộc ổ đĩa 3.5 inch Bộ nguồn Các dây cắm Quạt bộ nguồn led, loa, reset … Panel I/O Quạt giải nhiệt Các khe card phụ mở rộng Đầu cấp nguồn cho Các lỗ thông gió quạt Các chân đế Mặt dưới Hình 2.2: Các thành phần của hộp máy. Chú ý: Các kiểu giao tiếp khác nhau tương ứng với các loại hình dạng của mainboard (xem thêm trong phần mainboard): Loại để bàn: LPX và NLX. Loại đặt đứng: AT và ATX. 2.2. BỘ NGUỒN (POWER SUPPLY) Bộ nguồn có chức năng chuyển đổi điện xoay chiều AC (110V hay 220V, 50Hz hay 60Hz) thành điện một chiều DC (± 5V, ± 12V, +3.3V) cung cấp cho các mạch điện tử bên trong máy tính cũng như các thiết bị ngoại vi. Ngoài ra, bên trong bộ nguồn có gắn quạt giải nhiệt để làm mát cho nó cũng như toàn bộ máy. Vì nguồn điện là điều kiện cơ bản cho máy tính hoạt động nên một bộ nguồn làm việc ổn định và cung cấp đủ công suất rất quan trọng đối với một PC. Tùy theo chủng loại và cấu hình, mỗi PC cần công suất nguồn khác nhau. Khi trang bị thêm các card mở rộng hay các thiết bị ngoại vi, cần đảm bảo rằng công suất tiêu thụ của máy tính không được vượt quá công suất cho phép của bộ nguồn. Các PC hiện nay thường dùng bộ nguồn có công suất tối thiểu là 200W. Hình 2.3: Bộ nguồn máy tính cá nhân (loại ATX). 2.2.1. Các mức điện thế DC ngõ ra Bộ nguồn trong PC cung cấp cho mainboard và các thiết bị ngoại vi những mức điện thế sau: GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 5
6. MTV TM & DV Viễn Đông +5V: là điện thế cung cấp chủ yếu cho các mạch điện tử trong máy tính. Dây dẫn mang điện thế này thường có màu đỏ. +12V: là điện thế được dùng chủ yếu cho các động cơ của các ổ đĩa, quạt giải nhiệt… Dây dẫn mang điện thế này thường có màu vàng. –5V và –12V: các điện thế này được các vi mạch thế hệ cũ dùng đến. Các máy tính hiện đại thường không cần đến chúng nhưng các bộ nguồn vẫn cung cấp các điện thế âm này vì lý do tương thích. Do ít được sử dụng nên các điện thế này được thiết kế với định mức dòng điện thấp (thường khoảng 1A). Dây dẫn –5V thường có màu trắng và –12V thường có màu xanh dương. +3,3V: các bộ xử lý cũng như các vi mạch hiện đại được sản xuất bằng công nghệ CMOS mới nên cần điện thế làm việc thấp hơn các thế hệ trước. Những vi mạch này thường làm việc với điện thế +3,3V hay thấp hơn. Một số mainboard tích hợp thêm vi mạch hạ thế để cung cấp nguồn +3,3V từ nguồn +5V. Nhược điểm của vi mạch hạ thế này là tăng thêm lượng nhiệt trên mainboard. Chính vì vậy, bộ nguồn theo chuẩn cấu hình mới ATX (AT eXtended) qui định điện thế +3,3V đến trực tiếp từ bộ nguồn. Dây dẫn mang điện thế này thường có màu cam. GND (Ground): dây đất (mass), thường có màu đen. 2.2.2. Phân loại Hiện nay, về cơ bản, bộ nguồn trong PC có thể được chia thành hai loại: AT và ATX. 2.2.2.1.Bộ nguồn AT Bộ nguồn AT cấp điện cho mainboard thông qua hai đầu cắm, mỗi đầu cắm có 6 4 dây đen ở giữa khi cắm vào P P chân thường được ký hiệu là P8 và P9. Màu Tín hiệu P8 P9 Tín hiệu Màu dây dây Cam Power_Goo P8_1 P9_ GND Đen d 1 Đỏ +5V P8_2 P9_ GND Đen 2 Vàng +12V P8_3 P9_ -5V Trắng 3 Xanh -12V P8_4 P9_ +5V Đỏ 4 Đen GND P8_5 P9_ +5V Đỏ 5 Đen GND P8_6 P9_ +5V Đỏ 6 Hình 2.4: Đầu cắm cấp điện mainboard của bộ nguồn AT. Ngoài các mức điện thế DC, bộ nguồn còn cung cấp một tín hiệu ngõ ra đặc biệt là Power-Good (còn gọi là Power-OK hay PS-OK). Tín hiệu này tích cực ở mức điện thế khoảng từ 3V đến 5V. Nó được tạo ra sau khi bật nguồn và bộ nguồn tự kiểm tra các mức điện thế GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 6
7. MTV TM & DV Viễn Đông DC ngõ ra đã ổn định (quá trình này thường mất khoảng 0,1s đến 0,5s sau khi bật nguồn). CPU sẽ liên tục bị reset cho đến khi có tín hiệu Power-Good từ bộ nguồn mới có thể bắt đầu hoạt động. Điều này nhằm ngăn hệ thống hoạt động dưới các điều kiện nguồn không ổn định. Bộ nguồn AT được bật/tắt bởi một công tắc 4 chấu gắn ở mặt trước của hộp máy. Cáp đưa ra từ bộ nguồn để nối với công tắc này thường có 4 dây với các màu: đen, trắng, nâu và xanh dương (có thể có thêm dây thứ năm với màu xanh lá hay xanh lá có sọc vàng để nối đất với hộp máy). Quy tắc nối dây được trình bày trên hình 2.5. 2.2.2.2.Bộ nguồn ATX Đây là một dạng cải tiến của bộ nguồn AT. Bộ nguồn loại này chỉ có duy nhất một đầu cắm cấp điện cho mainboard gồm 20 chân chia thành 2 hàng chân. Việc bật/tắt nguồn (Black) Đen Nâu (Brown) (White) Trắng Xanh dương (Blue) (Blue) Xanh dương (White) Trắng Nâu (Brown) Đen (Black) Hình 2.5: Quy tắc nối dây nguồn AT với công tắc 4 chấu. được thực hiện thông qua phần mềm hay nút nhấn Power-Switch trên hộp máy nối với mainboard. Các thiết kế này làm cho việc nối dây bộ nguồn trở nên dễ dàng hơn. Ngoài việc bổ sung thêm mức điện thế +3,3V, bộ nguồn ATX còn có hai tín hiệu mới là Power-On (hay PS-On) và +5V Standby (+5VSB). Tín hiệu Power-On là tín hiệu được dùng để bật/tắt nguồn thông qua phần mềm (soft-power), tích cực ở mức điện thế khoảng 0V. Điều này cho phép thực hiện các đặc tính chẳng hạn như Wake on Ring hay Wake on LAN mà cho phép một tín hiệu từ modem hay card mạng có thể bật máy tính lên. Tín hiệu +5V Standby luôn luôn được cung cấp cho mainboard, ngay cả khi tắt máy (miễn là bộ nguồn 1 10 vẫn được nối với nguồn điện AC) và cho phép các đặc tính trên. Màu Tín hiệu Chân Tín hiệu Màu dây dây Cam +3,3V 1 11 +3,3V Cam Cam +3,3V 2 12 −12V Xanh Đen GND 3 13 GND Đen Đỏ +5V 4 14 Power-On Xanh lá Đen GND 5 15 GND Đen Đỏ +5V 6 16 GND Đen Đen GND 7 17 GND Đen Xám Power-OK 8 18 −5V Trắng GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 7
8. MTV TM & DV Viễn Đông Tím +5VSB 9 19 +5V Đỏ Vàng +12V 10 20 +5V Đỏ Hình 2.6: Đầu cắm cấp điện mainboard của bộ nguồn ATX (nhìn từ mặt các chân). Hiện nay, còn có một loại nguồn ATX mới được gọi là ATX12V. Bộ nguồn loại này tăng định mức dòng điện đối với ngõ ra +12V và cung cấp thêm một đầu cắm nguồn +12V với 4 chân như hình 2.7. 1 GND +12V GND +12V 2 4 Hình 2.7: Đầu cắm nguồn +12V của bộ nguồn ATX12V. Đầu cắm cấp điện cho các ổ đĩa cứng, CD-ROM, DVD, quạt giải nhiệt… Đầu cắm cấp điện cho các ổ đĩa mềm. Đầu cắm cấp điện nguồn AC. Đầu cắm cấp điện cho monitor. Chú ý: Do sự hiện diện liên tục của tín hiệu +5V Standby trên mainboard khi bộ nguồn ATX vẫn còn nối với nguồn điện AC (mặc dù đã tắt máy) nên để an toàn khi làm việc bên trong hộp máy, cần tháo bộ nguồn khỏi ổ cắm AC. Ngoài các sự khác biệt trên, các đầu cắm còn lại của hai loại nguồn là giống nhau: GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 8
9. MTV TM & DV Viễn Đông Baøi 3:MAINBOARD Mainboard là một thành phần rất quan trọng trong một máy tính cá nhân. Nếu như bộ xử lý (CPU) là bộ não của máy tính thì mainboard và các thành phần chính của nó (chipset, BIOS, super I/O…) là các hệ thống chính mà bộ não đó dùng để điều khiển các phần còn lại của máy tính. Chính vì vậy mainboard là một trong các yếu tố chính xác định hiệu năng của một hệ thống. Đồng thời mainboard cũng quyết định phạm vi có thể nâng cấp của một máy tính. 3.1. CÁC LOẠI HÌNH DẠNG (FORM FACTOR) CỦA MAINBOARD Loại hình dạng liên quan đến các kích thước vật lý, cách sắp xếp của một board mạch và xác định loại hộp máy (case) nào phù hợp với nó. Một số loại hình dạng của mainboard thông dụng trong các máy tính cá nhân là: -Các hệ thống cũ: Full-size AT, Baby AT, LPX. -Các hệ thống hiện đại: ATX, Micro-ATX, Flex-ATX, NLX. Ngoài ra còn có một số loại hình dạng theo các thiết kế độc quyền của các hãng như: Compaq, Dell, Hewlett-Packard… 3.1.1. AT Hình 3.1: Mainboard Baby AT. Các máy tính cá nhân trước đây dùng các mainboard full-size AT với chiều rộng khoảng 12 inch và chiều dài khoảng 13 inch. Kích thước lớn này gây khó khăn cho việc nâng cấp các máy tính và không dùng được trên các hộp máy slimline. Do đó người ta đưa ra một phiên bản nhỏ hơn, gọi là Baby AT (BAT). BAT giảm kích thước của mainboard xuống với chiều rộng còn khoảng 9 inch và chiều dài khoảng 10 inch. Trên mainboard BAT chỉ hàn sẵn 1 cổng bàn phím AT (đầu nối DIN 5 chân), các cổng giao tiếp còn lại như cổng nối tiếp (serial port), cổng song song (parallel port)… được gắn trên hộp máy và nối xuống các đầu cắm tương ứng trên mainboard thông qua các dây cáp. Bộ xử lý nằm ở mặt trước của mainboard và các card mở rộng dài có thể nằm trên bộ xử lý. Điều này có nghĩa là khi cần di chuyển bộ xử lý thì phải di chuyển một số card mở rộng trước. Mainboard BAT thường dùng nguồn cung cấp loại AT, một số có thể hỗ trợ dùng một trong hai loại AT hay ATX. 3.1.2. ATX Mainboard ATX có kích thước và cách sắp xếp hoàn toàn khác với loại BAT: -Mainboard ATX có chiều rộng 12 inch và chiều dài 9,6 inch. Dạng biến thể mini ATX có chiều rộng 11,2 inch và chiều dài 8,2 inch. -Tích hợp sẵn một số cổng giao tiếp ngoại vi cơ bản như: 2 cổng PS/2, 2 cổng USB, 2 cổng nối tiếp (COM1 và COM2), 1 cổng song song (LPT)… Ngoài ra, còn có thể có các cổng của các thành phần ngoại vi tích hợp sẵn trên mainboard như card màn hình, âm thanh… -Sử dụng nguồn theo chuẩn ATX, cho phép tắt và mở nguồn thông qua một tín hiệu từ mainboard. Đồng thời, bộ nguồn này cũng hỗ trợ sẵn điện thế +3,3V cho mainboard. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 9
10. MTV TM & DV Viễn Đông -Định lại vị trí của CPU và bộ nhớ so với các card mở rộng để có thể dễ dàng thao tác với chúng mà không phải di chuyển bất kì card mở rộng nào. Đồng thời, CPU và bộ nhớ cũng được đặt gần bộ nguồn để có thể được giải nhiệt thông qua quạt trong bộ nguồn. -Vị trí của các đầu nối ổ đĩa (ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, ổ CD, …) cũng được định lại cho gần các hộc chứa ổ đĩa (drive bays) và tách biệt với các khe cắm mở rộng. Điều này có nghĩa là các cáp nối ổ đĩa với mainboard có thể ngắn hơn và dễ dàng thao tác với các đầu nối mà không cần phải di chuyển các card. Hình 3.2: Mainboard ATX và các cổng tích hợp trên nó. Ngoài ra còn có một số biến thể của ATX: - Micro-ATX: kích thước giảm so với loại ATX chuẩn, chiều dài và rộng chỉ còn 9,6 inch. Do kích thước giảm nên sốù khe mở rộng cũng ít hơn. Tuy nhiên điều này không phải là vấn đề vì nhiều thành phần chẳng hạn như card âm thanh (sound card) và card màn hình (video card) được tích hợp trên mainboard, do đó không cần các khe mở rộng cho chúng. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 10
11. MTV TM & DV Viễn Đông Loại micro-ATX tương thích ngược với loại ATX chuẩn nên có thể lắp được trong các hộp máy full-size ATX. - Flex-ATX: đây là một biến thể nhỏ hơn của loại ATX, kích thước chỉ là 9,0 inch x 7,5 inch. Ngoài kích thước nhỏ hơn, khác biệt chính giữa loại flex-ATX và micro-ATX là flex- ATX chỉ hỗ trợ bộ xử lý loại “socket”. Điều này có nghĩa là mainboard flex-ATX không có slot 1 hay slot 2 dành cho một số phiên bản của các bộ xử lý Pentium II/III và Celeron. Loại này cũng tương thích ngược với loại ATX chuẩn. 3.1.3. LPX Hình 3.3: Hộp máy, mainboard LPX và các cổng tích hợp trên nó. Đây là một biến thể đặc biệt của BAT được dùng trong các hệ thống máy low-profile. Các khe cắm mở rộng không nằm trên mainboard mà được đặt trên một card đặc biệt, được gọi là “riser card”. Card này được gắn vào một khe cắm trên mainboard. Cách sắp xếp này gây khó khăn cho việc di chuyển mainboard và sự thoát nhiệt của các thành phần trong máy. Do đó, các máy loại này thường có thêm một quạt giải nhiệt gắn trên hộp máy (fan case). Mainboard LPX tích hợp sẵn một số cổng giao tiếp ngoại vi cơ bản như : 2 cổng PS/2 (dành cho chuột và bàn phím), 2 cổng nối tiếp (COM1 và COM2), 1 cổng song song (LPT)… Nguồn sử dụng thường là loại AT. 3.1.4. NLX GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 11
12. MTV TM & DV Viễn Đông Hình 3.4: Mainboard NLX và card riser. Đây là một dạng low-profile mới được thiết kế để thay thế loại LPX không chuẩn được dùng trong các hệ thống low-profile trước đó. NLX tương tự với hình dạng ban đầu của LPX nhưng có nhiều cải tiến hơn, cho phép tích hợp đầy đủ các công nghệ mới nhất (AGP, USB, bộ nhớ DIMM hay RIMM…). Về cơ bản, NLX là một phiên bản cải tiến của thiết kế LPX độc quyền và nó được chuẩn hóa hoàn toàn. Điều này có nghĩa là có thể thay thế một mainboard NLX với một mainboard cùng loại của nhà sản xuất khác. Mainboard NLX tiêu biểu rộng 8.8 inch và dài 13 inch. Đặc tính chính của hệ thống NLX là mainboard được gắn vào card riser. Một đặc điểm khác nữa là tất cả các khe mở rộng, cáp nguồn và các đầu nối ổ đĩa đều được đặt trên card riser. Tất cả điều này cho phép mainboard có thể được tháo ra khỏi hệ thống một cách dễ dàng mà không đụng gì đến các card mở rộng và các cáp. 3.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA MAINBOARD 9 8 7 6 5 4 10 11 3 12 13 14 2 15 16 1 17 18 20 19 1. Khe cắm bộ xử lý (socket 11. Cổng bàn phím AT. 7). 2. Bộ nhớ đệm cache. 12. Đầu nối giao tiếp đĩa mềm (FDC, FDD, Floppy, …). 3. Các jumper. 13. Đầu nối cổng nối tiếp (COM1 và COM2). 4. Các chipset. 14. Đầu nối giao tiếp đĩa cứng IDE. 5. Khe cắm bộ nhớ SIMM. 15. Khe cắm AGP. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 12
13. MTV TM & DV Viễn Đông 6. Khe cắm bộ nhớ DIMM. 16. Khe cắm PCI. 7. Đầu nối cổng song song 17. Pin (battery). (LPT, PRN, PRINT, PRINTER, …). 8. Đầu nối nguồn ATX. 18. Khe cắm ISA. 9. Đầu nối nguồn AT. 19. ROM BIOS. 10. Lỗ gắn chân đế. 20. Các bộ ổn áp. Hình 3.5: Các thành phần tiêu biểu của một mainboard AT. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 16 10 11 12 13 14 15 1. Khe cắm bộ xử lý (socket 9. Khe cắm CNR. 370). 2. Các cổng tích hợp. 10. Đầu nối cho các dây tín hiệu từ Case 3. Đầu nối audio. 11. Pin (battery). 4. Khe cắm AGP. 12. Các chipset. 5. Vi mạch Audio Codec. 13. Đầu nối giao tiếp đĩa cứng IDE. 6. Các khe cắm PCI. 14. Đầu nối giao tiếp đĩa mềm (FDC, FDD …) 7. Vi mạch Super I/O. 15. Khe cắm DIMM. 8. ROM BIOS. 16. Đầu nối nguồn ATX. Hình 3.6: Các thành phần tiêu biểu của một mainboard ATX. 3.2.1. Board mạch in (Printed Circuit Board _ PCB) Mainboard được sản xuất bằng công nghệ mạch in nhiều lớp (multi layer PCB). Các lớp xếp chồng nhau tương tự như công nghệ chế tạo vi mạch, do đó làm giảm kích thước của board mạch. Mainboard của máy tính cá nhân hiện nay có 4 hay 6 lớp dây dẫn. Một công nghệ nữa góp phần thu nhỏ kích thước mainboard là công nghệ dán bề mặt SMT GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 13
14. MTV TM & DV Viễn Đông (Surface Mounted Technology). Công nghệ này cho phép dán trực tiếp vi mạch lên board mạch, giảm bớt công đoạn khoan board mạch và giảm đáng kể kích thước vỏ vi mạch. 3.2.2. Khe cắm CPU Board mạch chính có thể có một hay nhiều khe cắm dành cho CPU. Mainboard thường gặp nhất trong máy tính cá nhân có một khe cắm CPU. Máy chủ (server) hay trạm làm việc (workstation) có thể có 2 hay 4 khe cắm CPU trên một mainboard. Có hai loại khe cắm: Socket: khe cắm có dạng hình vuông gồm nhiều hàng chân. Khe cắm này định vị các chân của CPU bằng một cần kéo bên cạnh khe. Các chân sẽ được giữ chặt vào vị trí làm việc khi cần được hạ xuống. Điều này giúp cho việc lắp CPU an toàn, không cần tác dụng lực, tránh nguy cơ chân vi mạch bị gãy hay uốn cong. Hình 3.7: Khe cắm bộ xử lý loại socket. Slot: khe cắm CPU có dạng như hình 3.8. Hình 3.8: Khe cắm bộ xử lý loại slot. 3.2.3. Khe cắm bộ nhớ Mainboard hiện đại có thể có từ 2 đến 8 khe cắm bộ nhớ. Một số loại khe cắm bộ nhớ tiêu biểu trên các mainboard là: -SIMM (Single Inline Memory Module): khe cắm loại này thường có màu trắng, tiếp xúc với các module bộ nhớ theo một hàng chân. SIMM có hai loại: SIMM-30 chân: thường dùng trên các mainboard của các hệ thống 286, 386 và 486. SIMM-72 chân: thường dùng trên các mainboard của các hệ thống 486 hay Pentium. -DIMM (Dual Inline Memory Module): khe cắm loại này thường có màu đen và tiếp xúc với các module bộ nhớ theo hai hàng chân. DIMM bắt đầu xuất hiện từ các mainboard Pentium trở đi. Hiện nay, DIMM cũng có 2 loại: DIMM-168 chân: sử dụng bộ nhớ theo công nghệ SDRAM, được dùng trên các mainboard từ thế hệ Pentium trở đi. DIMM-184 chân: sử dụng bộ nhớ theo công nghệ DDR SDRAM, hiện được dùng trên các mainboard Pentium IV hay AMD K7. -RIMM (Rambus Inline Memory Module): khe cắm loại này có 184 chân, hiện được dùng trên các mainboard Pentium IV sử dụng bộ nhớ theo công nghệ Rambus. 3.2.4. Bộ nhớ đệm cache Cache là bộ nhớ đệm giữa bộ xử lý và bộ nhớ RAM chính nhằm làm tăng tốc độ xử lý của hệ thống. Mọi mainboard cho Intel 486 hay Pentium đều tích hợp sẵn bộ nhớ đệm cache thứ cấp (secondary cache) hay có một khe cắm dành cho nó. Các module cache thường có dung lượng 256 KB hay 512 KB. Các mainboard cho Pentium Pro hay Pentium II trở lên thường không cần bộ nhớ đệm cache thứ cấp vì nó đã được tích hợp trong vi mạch hay trên các thẻ vi mạch (thẻ SEC/SEP). GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 14
15. MTV TM & DV Viễn Đông 3.2.5. Các khe cắm bus mở rộng (bus I/O) Mọi mainboard đều có một hay nhiều khe cắm bus mở rộng. Các khe cắm này cho phép cắm thêm các card chức năng (card màn hình, âm thanh, modem, TV Tuner…) để mở rộng hệ thống máy tính. Phần lớn các máy tính cá nhân hiện đại có 3 loại khe cắm sau: -Khe cắm ISA (Industry Standard Architecture): mỗi máy tính cá nhân có từ 3 đến 4 khe cắm này. ISA là chuẩn bus cũ nhất và chậm nhất. Nó có bus dữ liệu rộng 8 hay 16 bit và tốc độ làm việc tối đa là 8,33 MHz. Khe cắm ISA thường có màu đen và được dành cho các card mở rộng không đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu quá cao. Theo qui định PC99, khe cắm ISA đã được loại ra khỏi các máy tính cá nhân từ sau năm 1999. -Khe cắm PCI (Peripheral Component Interconnect): xuất hiện trên các mainboard từ khi có Intel 486 trên thị trường. Khe cắm PCI thường có màu trắng và ngắn hơn khe cắm ISA. Bus PCI tiêu biểu có bus dữ liệu 32 bit và tốc độ làm việc 33 MHz. Đây là loại khe cắm chủ yếu trên các máy tính cá nhân hiện đại. Ngoài ra cũng có phiên bản PCI với bus dữ liệu có thể là 64 bit và tốc độ lên đến 133 MHz (PCI-X). -Khe cắm AGP (Accelerated Graphics Port): đây không thực sự là một bus mở rộng. Mỗi mainboard chỉ có một khe cắm AGP duy nhất được dành riêng cho card màn hình tốc độ cao. Khe cắm AGP có hình dạng gần giống với khe cắm PCI nhưng nó thường có màu nâu và nằm xa vỏ máy hơn so với khe PCI. AGP cũng có bus dữ liệu 32 bit nhưng tốc độ làm việc nhanh hơn bus PCI (tốc độ cơ bản (1x) là 66 MHz). Hiện nay, AGP có các loại: AGP 1x, 2x, 4x và 8x. Loại bus Thông số AGP ISA PCI 1x 2x 4x 8x Tốc độ bus (MHz) 8,33 33 1x 2x 4x 8x 66 66 66 66 Bus dữ liệu (bit) 8/1 32 32 32 32 32 6 Băng thông cực đại 16 133 266 533 106 213 (MB/s) 6 3 Bảng 3.1: Bảng tóm tắt các thông số của một số loại bus I/O tiêu biểu. Ngoài ra trên các mainboard hiện đại còn có một khe cắm nhỏ màu nâu, đó là khe cắm theo kiến trúc riser mới. Các khe cắm này hỗ trợ các card riser đặc biệt có thể bao gồm nhiều chức năng truyền thông. Hình 3.9: Khe cắm CNR và card CNR. Một số chuẩn cho các khe cắm này là: AMR (Audio/Modem Riser): hỗ trợ cả hai chức năng audio và modem. CNR (Communication and Networking Riser): hỗ trợ audio, modem, các giao diện LAN và xDSL. CNR không tương thích với AMR. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 15
16. MTV TM & DV Viễn Đông ACR (Audio Communication Riser): hỗ trợ audio, modem, các giao diện LAN và xDSL. ACR tương thích ngược với AMR. 3.2.6. ROM BIOS (Basic Input Output System) Bất cứ mainboard nào cũng có một vi mạch ROM (thường là loại EEPROM hay Flash ROM) chứa các chương trình nhập xuất cơ bản. Các chương trình này cần thiết để khởi động máy và cài đặt chế độ làm việc cho các thành phần phần cứng (bộ nhớ, bàn phím, ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng…). Đồng thời BIOS cũng cung cấp các thủ tục (hàm) cho phép điều khiển các thiết bị ngoại vi. Các thành phần tiêu biểu bên trong BIOS hệ thống nằm trên mainboard là: -POST (Power On Self Test): chương trình này sẽ kiểm tra các thành phần phần cứng mỗi khi bật máy như CPU, bộ nhớ, chipset, card màn hình, các bộ điều khiển đĩa (disk controllers), các ổ đĩa (disk drives), bàn phím… Nếu có lỗi xảy ra, chương trình có thể báo thông qua các tiếng bip hay các thông điệp lỗi trên màn hình. -CMOS Setup (BIOS Setup): chương trình này cho phép người sử dụng cài đặt ngày giờ hệ thống, mật mã (password), định cấu hình cho các thành phần phần cứng (các ổ đĩa, bộ nhớ, cache, chipset…)… Các thông tin sau khi thiết lập được lưu giữ trong bộ nhớ CMOS RAM. Bộ nhớ này được nuôi bởi một nguồn pin khi tắt máy. Khi khởi động POST sẽ kiểm tra cấu hình phần cứng và so sánh với bản ghi trong RAM CMOS, nếu không khớp nhau thì máy tính sẽ thông báo: “CMOS checksum error” hay “CMOS checksum failure” Lỗi này cũng có thể xuất hiện khi nguồn pin nuôi CMOS RAM bị hỏng. -Bootstrap loader: chương trình này sẽ tìm và nạp hệ điều hành từ ổ đĩa khởi động hợp lệ, sau đó chuyển điều khiển cho hệ điều hành. Trình tự tìm ổ đĩa khởi động có thể được thiết lập trong chương trình CMOS Setup. Nếu không có ổ đĩa nào khởi động được, chương trình sẽ báo một thông điệp lỗi, chẳng hạn như: “Missing operating system” hay “No boot device available” … -BIOS: đây là một tập hợp các trình điều khiển đóng vai trò giao tiếp giữa hệ điều hành và phần cứng khi hệ thống khởi động và chạy. Khi chạy DOS hay Windows trong chế độ safe mode, hầu như máy chỉ sử dụng các trình điều khiển từ BIOS vì chúng không được nạp từ đĩa. ROM BIOS được đặt trong một khe cắm trên mainboard và có thể dễ dàng nhận dạng nó thông qua một tấm nhãn với tên của nhà sản xuất, phiên bản BIOS… được dán trên bề mặt của nó. Có ba hãng sản xuất BIOS chủ yếu: Award, Phoenix và American Megatrends (AMI). Hình 3.10: ROM BIOS. 3.2.7. Vi mạch tổng hợp (chipset) và các bộ điều khiển (controllers) Chipset là một vi mạch tích hợp nhiều chức năng bên trong. Nó điều khiển việc giao tiếp giữa các thành phần chính trong một máy tính cá nhân. Chính vì vậy, chipset là một trong các yếu tố quyết định đến chất lượng, tính năng và tốc độ của một máy tính cá nhân. Trên các mainboard hiện đại, thường có hai chipset: một điều khiển các thành phần tốc độ cao như bộ xử lý, bộ nhớ đệm cache, bộ nhớ RAM chính, AGP và thường được gọi là cầu bắc (North Bridge) hay bộ điều khiển bộ nhớ-đồ họa GMCH (Graphics Memory Controller Hub) và một điều khiển các thành phần tốc độ thấp hơn như giao tiếp đĩa cứng IDE, bus PCI, USB… GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 16
17. MTV TM & DV Viễn Đông và thường được gọi là cầu nam (South Bridge) hay bộ điều khiển I/O ICH (I/O Controller Hub). Một số nhà sản xuất chipset tiêu biểu là: INTEL, VIA, SIS, ALI… Tuy nhiên, chipset không tích hợp tất cả các chức năng cần thiết cho một mainboard. Một số chức năng được thực hiện trên các vi mạch điều khiển khác như: -Bộ điều khiển bàn phím (keyboard controller): điều khiển bàn phím và cổng chuột PS/2 (thí dụ như vi mạch 8042). Trên các mainboard hiện đại, bộ điều khiển này được tích hợp vào vi mạch điều khiển I/O (Super I/O controller). -Bộ điều khiển I/O (Super I/O controller): điều khiển các cổng nối tiếp (serial port), cổng song song (parallel port), ổ đĩa mềm, cổng hồng ngoại... Ngoài ra, trên các mainboard hiện đại thường có thêm các chức năng như đồng hồ thời gian thực RTC (Real-Time Clock), bộ điều khiển bàn phím và trong một số trường hợp có thể có cả các bộ điều khiển giao tiếp đĩa cứng IDE. Tuy nhiên các bộ điều khiển IDE thường được tích hợp trong các chipset. Chú ý: Trên các mainboard cũ không có vi mạch điều khiển I/O. Các chức năng này được thực hiện trên một card điều khiển I/O (I/O controller card). 3.2.8. Đồng hồ thời gian thực (Real Time Clock-RTC) và CMOS RAM Hai chức năng này thường được tích hợp trong một vi mạch được gọi là vi mạch RTC/NVRAM (chẳng hạn như vi mạch MC146818 của hãng Motorola). Vi mạch này giữ thông tin về ngày, giờ hệ thống cũng như các cài đặt cấu hình phần cứng trong một bộ nhớ, đó là CMOS RAM. Nó được cung cấp năng lượng bởi một nguồn pin (battery). Trên các mainboard hiện đại, các chức năng này thường được tích hợp vào vi mạch điều khiển I/O hay chipset. 3.2.9. Nguồn pin (battery) Máy tính cá nhân dùng một pin nhỏ để giữ thông tin trong CMOS RAM và duy trì sự hoạt động của đồng hồ thời gian thực. Pin có thể có nhiều dạng khác nhau: -Trong các máy tính cũ, pin có dạng hình khối lớn nối với mainboard bằng dây dẫn. -Pin được hàn trực tiếp lên mainboard. -Pin hình tròn được gắn vào một ổ hình tròn trên mainboard. -Trên một số mainboard, pin được tích hợp cùng với đồng hồ thời gian thực và CMOS RAM trong một vi mạch duy nhất (thí dụ như vi mạch của hãng Dallas). Pin được nạp mỗi khi máy hoạt động. 3.2.10. Các cầu nối (jumpers) Các jumper là các chân cắm trên mainboard dùng để cài đặt cấu hình phần cứng chẳng hạn như tốc độ và điện áp hoạt động của bộ xử lý, tốc độ các bus, hệ số nhân, xóa CMOS… Trên mỗi mainboard có thể có nhiều jumper để cài đặt nhiều chức năng khác nhau. Các jumper thường được đánh số là JP1, JP2… Các mainboard khác nhau có cách cài đặt các jumper khác nhau. Việc cài đặt cụ thể cần dựa vào tài liệu hướng dẫn đi kèm với mainboard. ← Jumper cap ← Jumper Hình 3.11: Jumper và jumper cap. Một số hình dạng tiêu biểu của jumper: 2 chân: 1 2 1 2 1 2 3 1 2 3 Off (open …) On (short, close …) GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT(1-2) Hình 3.12 : Jumper 2 chân. PHẦN CỨNG (2-3) Trang 17 Hình 3.13 : Jumper 3 chân.
18. MTV TM & DV Viễn Đông Một dãy các jumper 2 hay 3 chân tạo thành một jumper đơn (thí dụ như trong hình vẽ 3.14). Hình 3.14: Jumper có dạng một dãy. Ngoài ra, còn có một dạng khác của jumper đó là các chuyển mạch (switch) với 2 trạng thái on và off. 1 2 3 ON … OFF Hình 3.15 : Switch. 3.2.11. Các đầu nối (Headers/Connectors) Các đầu nối được dùng để nối mainboard với các cổng và các thiết bị ngoại vi. Các mainboard theo chuẩn ATX, NLX thường tích hợp sẵn các cổng cơ bản như: 2 cổng PS/2 dành cho bàn phím và chuột, 2 cổng USB, 2 cổng nối tiếp và 1 cổng LPT. Các mainboard theo chuẩn AT chỉ tích hợp sẵn 1 cổng bàn phím AT, các cổng còn lại thường gắn trên hộp máy và được nối xuống các đầu nối trên mainboard thông qua các cáp. Những đầu nối thường thấy trên mainboard là: -Cổng nối tiếp: thường có hai đầu nối tương ứng với hai cổng COM1 và COM2. Mỗi đầu nối có 9 hay 10 chân cắm ( thực sự chỉ có 9 chân được dùng). -Cổng song song (thường ký hiệu là LPT, PRN, PRINT, PRINTER…): đầu nối này có 26 chân cắm (chỉ có 25 chân được dùng). -Cổng chuột PS/2 (PS/2 mouse): đầu nối này thường có 5 chân cắm. -Cổng USB (Universal Serial Bus): mỗi đầu nối thường có 4 chân cắm. -Giao tiếp IDE/ATA: thường có hai đầu nối, tương ứng là sơ cấp ( Primary IDE) và thứ cấp (Secondary IDE). Mỗi đầu nối có 40 chân cắm và có thể hỗ trợ hai thiết bị với cấu hình là master và slave. Đầu nối này được dùng cho các thiết bị theo chuẩn IDE như ổ đĩa cứng, ổ CD-ROM, ổ DVD… -Giao tiếp đĩa mềm (FDC, FDD, Floppy…): đầu nối này có 34 chân cắm, dùng để kết nối mainboard và ổ đĩa mềm. -Giao tiếp SCSI: một số mainboard tích hợp sẵn đầu nối cho giao tiếp SCSI. Đầu nối này có 50 hay 68 chân cắm tùy theo loại SCSI được sử dụng. -Đầu nối cấp nguồn cho mainboard: thường có hai loại: Nguồn AT: 12 chân, 1 hàng chân. Nguồn ATX: 20 chân, 2 hàng chân. -Các đầu nối cho các tín hiệu từ hộp máy: Đèn báo nguồn ( Power-led, PWR-led…): đèn xanh, sáng mỗi khi bật nguồn cho máy. Đầu nối này thường có 3 chân nhưng chỉ dùng 2 chân. Các chân này có phân biệt cực tính. 1 3 1 3 4 5 + − Hình 3.16: Đầu nối đèn báo nguồn. + − Power led Keylock GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 18 Hình 3.17: Đầu nối đèn báo nguồn và ổ khoá.
19. MTV TM & DV Viễn Đông Đèn báo ổ cứng (IDE-led, HDD-led, …): đèn đỏ, sáng mỗi khi hệ thống phát hiện ổ cứng đang hoạt dộng. Đầu nối này thường có 2 chân, có phân biệt cực tính. 1 2 + − Hình 3.18: Đầu nối đèn báo ổ cứng. Công tắc khởi động ( Reset, RST, …): dùng để khởi động lại hệ thống, 2 chân của đầu nối này không phân biệt cực tính. Loa ( Speaker, SPK, …): đầu nối này thường có 4 chân nhưng chỉ sử dụng 2 chân bên ngoài. 1 4 + − Hình 3.19: Đầu nối speaker. Công tắc nguồn ( Power-Switch, PWR-Switch, …): mainboard theo chuẩn ATX nối công tắc nguồn với bộ điều khiển nguồn trên mainboard mà không nối trực tiếp vào bộ nguồn. Bộ điều khiển nguồn này sẽ gián tiếp bật và tắt máy. Đầu nối này có 2 chân, không phân biệt cực tính. Công tắc Turbo và đèn báo Turbo: hai chức năng này hiện không được sử dụng nhưng một số mainboard vẫn có đầu nối dành cho chúng. 3.2.12. Các bộ ổn áp Các vi mạch hiện đại làm việc với điện áp nhỏ hơn chuẩn 5V và 3,3V nên trên các mainboard cần có các bộ ổn áp hạ áp để cung cấp các mức điện áp thấp hơn. Các bộ ổn áp này thường được gắn tấm nhôm tản nhiệt phía sau hay được tản nhiệt ngay trên bề mặt mainboard.  Câu hỏi ôn tập 1.Nêu các đặc điểm chính để nhận dạng mainboard AT, ATX, LPX và NLX? 2.Hãy kể tên các thành phần cơ bản trên mainboard? 3.Các dạng khe cắm CPU? Đặc điểm nhận dạng từng loại? 4.Các loại khe cắm bộ nhớ? Đặc điểm nhận dạng từng loại? 5.Các loại khe cắm mở rộng? Đặc điểm nhận dạng từng loại? 6.Nêu tóm tắt vai trò của ROM BIOS trên mainboard? 7.Nêu tóm tắt vai trò của chipset trên mainboard? 8.Hãy kể tên các loại đầu nối (header/connector) có thể có trên mainboard? Đặc điểm nhận dạng từng loại? 9.Sự khác nhau cơ bản giữa các đầu nối và các cầu nối (jumper)? 10.Công dụng của nguồn pin trên mainboard? GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 19
20. MTV TM & DV Viễn Đông Baøi 4:BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) 4.1. GIỚI THIỆU CPU là bộ não của PC đúng như tên gọi “bộ xử lý trung tâm”. Nó điều khiển hầu hết các hoạt động trong hệ thống máy tính. CPU được phát triển trên cơ sở công nghệ chế tạo vi mạch có độ tích hợp rất lớn VLSI (Very Large Scale Integration) với các phần tử cơ bản là transitor trường CMOS có độï tiêu hao công suất rất nhỏ. Các CPU hiện đại có thể chế tạo từ vài triệu transitor nằm trên một lớp bán dẫn nền nhỏ hình vuông. CPU là một trong những thành phần đắt nhất của PC mặc dù nó là một trong những thành phần nhỏ nhất. Hãng sản xuất CPU dùng cho PC hàng đầu thế giới hiện nay là Intel. Ngoài ra cũng có nhiều hãng khác đang cạnh tranh quyết liệt về tính năng và giá cả, trong đó nổi bật là hãng AMD và Cyrix. Các bảng sau trình bày một số đặc tính kỹ thuật của các thế hệ CPU của hãng Intel và các CPU tương thích của hãng AMD và Cyrix. B ộ Bus n Tốc Tốc dữ h độ Tỷ số độ liệu ớ Cach Điện CPU bus core/b Cache L2 cac trong c e L1 áp lõi (MHz us he /ngo ự ) L2 ài c đ ại 8086 4,77- 1 16/16 1 No No _ 5V 8088 8 1 bit M ,, ,, ,, ,, 4,77- 16/8b 1 8 it M 80286 6-20 1 16/32 1 ,, ,, ,, ,, bit 6 M 80386DX 16-33 1 32/32 4 ,, ,, ,, ,, 80386SX 16-33 1 bit G ,, ,, ,, ,, 32/16 ,, bit 80486DX 25-50 1 32/32 ,, 8K ,, ,, ,, 80486SX 25-50 1 bit ,, 8K ,, ,, ,, 80486DX2 25-40 2 ,, ,, 8K (1) Bus ,, 80486DX4 25-40 3 ,, ,, 8+8K (1) Bus 3,3V ,, Pentium 60/66 1 32/64 ,, 8+8K (1) Bus 5V 60/66 60/66 1,5-3 bit ,, 8+8K (1) Bus 3,3/3,5 Pentium 66 2,5-3,5 ,, ,, 16+1 (1) Bus V 75-200 ,, 6K 2,8V Pentium MMX Pentium Pro 60/66 2-3 ,, 6 8+8K 256/512K/ Cor 3,3V Pentium II 66/10 3,5-4,5 ,, 4 16+1 1M e 1,8-2,8 Pentium II 0 4-4,5 ,, G 6K 512K ½ V Xeon 100 3,5-4,5 ,, ,, ,, 512K/1M/2 Cor 1,8-2,8 GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 20
21. MTV TM & DV Viễn Đông Celeron 66 3,5-13 ,, ,, ,, M e V Celeron 66/10 4,5-8,5 ,, ,, ,, No Cor 2V Pentium III 0 5-8,5 ,, ,, ,, 128/256K e 1,5-2V Pentium III 100/1 ,, ,, 256K _ 1,65/1, Xeon 33 ,, 512K/1M/2 Cor 7V 100/1 M e 1,65-2V 33 Cor e Cor e Pentium IV 400/5 Từ 3,5 ,, ,, 12+8 256K/512K Cor 1,5-1,7 33 K e 5V B ộ Bus n Tốc Tốc dữ h độ Tỷ số độ liệu ớ Cach Điện CPU bus core/b Cache L2 cac trong c e L1 áp lõi (MHz us he /ngo ự ) L2 ài c đ ại AMD K5 66 1,5-1,7 32/64 4 16+8 (1) Bus 3,5V AMD K6 66 5 bit G K (1) Bus 2,2-3,2 AMD K6-II 100 2,5-5 ,, ,, 32+3 (1) Bus V AMD K6-III 100 3,5-5,5 ,, ,,2K 256K Cor 2,2-2,4 Cyrix 66-10 4-5,5 ,, ,, 32+3 (1) e V 6x86MX/MII 0 2-3,5 ,, ,,2K Bus 2,2-2,4 32+3 V 2K 2,9V 64K (1): cache L2 nằm trên mainboard nên dung lượng tùy thuộc vào từng mainboard (thường có các dung lượng 64/128/256/512KB) . Bảng 4.1: Một số đặc tính kỹ thuật của các CPU của hãng Intel, AMD và Cyrix. 4.2. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT 4.2.1. Tốc độ xử lý CPU hoạt động dựa trên sự kích hoạt của xung nhịp clock (clock pulse) của hệ thống. Xung nhịp này được tạo ra từ một mạch dao động nằm trên mainboard (thường được tích hợp trong chipset trên các hệ thống sau này). Tốc độ xung nhịp thường được tính bằng đơn vị MHz (một triệu xung nhịp mỗi giây) hay GHz (một tỉ xung nhịp mỗi giây). Thời gian dành cho một xung nhịp (chu kỳ) càng ngắn thì tốc độ xung nhịp của CPU càng nhanh, dẫn đến việc truyền/nhận dữ liệu của CPU càng nhanh. Tuy nhiên, tốc độ xung nhịp càng cao sẽ làm CPU càng mau nóng vì tỏa ra một lượng nhiệt nhiều, nếu quạt (fan) và tấm giải nhiệt (heatsink) cho CPU không tốt sẽ làm giảm tuổi thọ của CPU. Khi xét đến tốc độ xử lý của CPU, cần quan tâm hai yếu tố: tốc độ xử lý bên trong lõi CPU (CPU Speed, CPU Clock, Internal Clock, …) và tốc độ giao tiếp với các thành phần trên mainboard (system bus, host bus, external clock, Front-Side Bus (FSB)…) còn gọi là tốc độ bus hay tốc độ mainboard. Các CPU thế hệ cũ (từ 80486SX/DX trở về trước) có các tốc độ này là bằng nhau. Các CPU hiện đại đều có tốc độ lõi lớn hơn tốc độ bus, thường là theo một tỷ số (multiplier, ratio…) nào đó (lớn hơn 1). Một mainboard hiện đại thường hỗ trợ nhiều tốc độ bus và tỷ số khác nhau. Các thông số này có thể được cài đặt thông qua các GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 21
22. MTV TM & DV Viễn Đông jumper tương ứng trên mainboard hay thông qua phần mềm (thường là trong chương trình CMOS Setup). Do đó, cần phải thiết lập một cấu hình thích hợp cho loại CPU được sử dụng trên mainboard. Hiện nay, các mainboard có thể tự động định cấu hình cho CPU. Việc đánh giá tốc độ của một hệ thống không đơn thuần chỉ dựa vào tốc độ CPU mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như cấu trúc xử lý lệnh bên trong, số lệnh có thể thực thi đồng thời, bộ nhớ cache, chipset, bộ nhớ làm việc, … 4.2.2. Bus dữ liệu (Data bus) Bus dữ liệu là các đường dây để truyền dữ liệu đến và đi từ CPU. Số lượng đường dây của bus này cho biết số bit dữ liệu có thể truyền tại một thời điểm. Do đó, bus càng rộng thì tốc độ truyền dữ liệu của bus càng nhanh. Băng thông của bus chính là tích số giữa tốc độ bus và độ rộng bus. Ví dụ: Hệ thống Pentium II có tốc độ bus 100 MHz, độ rộng 64 bit → băng thông là 800 Mbyte/s. Ở đây cũng cần quan tâm đến hai loại bus: bus dữ liệu trong và bus dữ liệu ngoài. Bus dữ liệu ngoài được kết nối với mainboard và bus dữ liệu trong liên quan đến các thanh ghi bên trong CPU. Chỉ một số loại CPU có bus dữ liệu ngoài nhỏ hơn bus dữ liệu trong (ví dụ: 8088, 80386SX), còn lại hầu hết các loại CPU đều có bus dữ liệu ngoài là lớn hơn. 4.2.3. Bus địa chỉ (Address bus) Bus địa chỉ là các đường dây truyền thông tin về địa chỉ ô nhớ mà CPU cần truy xuất. Độ rộng của bus cho biết khả năng quản lý bộ nhớ tối đa của CPU. Ví dụ: - Pentium có bus địa chỉ là 32 bit → có thể quản lý 232 byte = 4 GB bộ nhớ - Pentium II/III có bus địa chỉ là 36 bit → có thể quản lý 236 byte = 64 GB bộ nhớ 4.2.4. Bộ nhớ cache Với các CPU có tốc độ nhanh cần phải xen vào các trạng thái đợi khi truy xuất dữ liệu tới bộ nhớ chính (DRAM) có tốc độ chậm hơn. Điều đó làm giảm hiệu suất của máy tính. Các nhà thiết kế đã dùng một loại bộ nhớ đặc biệt (SRAM) có tốc độ nhanh hơn làm bộ nhớ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính, gọi là bộ nhớ cache, nhằm làm tăng tốc độ xử lý của hệ thống. Kỹ thuật này bắt đầu xuất hiện từ các CPU 486. Dưới sự điều khiển của bộ điều khiển cache Bộ nhớ cache Bộ điều Bộ nhớ CPU khiển chính cache Hình 4.1: Bộ nhớ cache (thường được tích hợp trong chipset hệ thống), bộ nhớ này lưu trữ tạm thời các thông tin thường được gọi và cung cấp cho CPU trong thời gian ngắn nhất. Cache thường được chia làm hai mức: cache mức 1 (L1 cache) hay cache sơ cấp (primary cache), và cache mức 2 (L2 cache) hay cache thứ cấp (secondary cache). Cache mức 1: là bộ nhớ nhanh nhất trong PC. Nó được tích hợp bên trong CPU. Cache này có dung lượng rất nhỏ, thường từ 8KB đến 64KB, nhưng có tốc độ rất nhanh, bằng với tốc độ CPU. Cache mức 1 thường được chia làm hai phần riêng biệt: cache mã lệnh (code cache) và cache dữ liệu (data cache). Cache mức 2: cache mức 2 có dung lượng lớn hơn cache mức 1, thông thường là từ 64KB đến 2MB. Nó có thể nằm trên mainboard hay trên cùng một board mạch nhỏ với CPU hoặc nằm ngay trong các CPU hiện đại. Các CPU thế hệ thứ 4 và 5 của Intel cũng như các loại tương thích của các hãng khác đều có bộ nhớ cache L2 nằm trên mainboard. Bắt đầu từ các CPU thế hệ thứ 6, bộ nhớ cache L2 được đưa lên một board mạch nhỏ cùng với GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 22
23. MTV TM & DV Viễn Đông CPU (dạng vỏ SEC/SEP) hay được tích hợp ngay bên trong CPU và được dành riêng một đường bus tốc độ cao để truy xuất cache được gọi là Back-Side Bus (BSB). Trường hợp cache L2 nằm trên board mạch SEC/SEP, tốc độ truy xuất nó bằng ½ tốc độ CPU. Trường hợp cache L2 tích hợp trong CPU thì tốc độ truy xuất bằng chính tốc độ CPU. Ngoài ra, trên các mainboard dành cho các bộ xử lý AMD K6-III, AMD K7 của hãng AMD còn hỗ trợ cache mức 3. 4.2.5. Điện áp hoạt động Xu hướng hiện nay của các nhà sản xuất là càng ngày càng giảm điện áp hoạt động của CPU. Điều này thực sự mang lại nhiều lợi ích. Thứ nhất, giảm điện áp hoạt động sẽ làm giảm năng lượng tiêu tốn, điều này đặc biệt hữu ích đối với các hệ thống xách tay. Thứ hai, giảm điện áp cũng làm giảm lượng nhiệt phát sinh, do đó CPU hoạt động ít nóng hơn và có thể đặt trong các hệ thống nhỏ gọn hơn. Thứ ba, CPU hoạt động ít nóng hơn, công suất tiêu tán ít hơn có thể làm cho nó chạy nhanh hơn. Giảm điện áp là một trong những yếu tố chính cho phép tốc độ xung đồng hồ của các CPU càng ngày càng cao. Cho đến các phiên bản của Pentium, hầu hết các CPU đều chỉ dùng một mức điện áp (single voltage) cho cả phần lõi và phần mạch I/O. Ban đầu, các CPU dùng điện áp 5V, sau đó giảm xuống còn 3,5V hay 3,3V. Bắt đầu từ Pentium MMX và các CPU tương thích của các hãng khác, người ta dùng hai mức điện áp khác nhau (dual voltage) cho hai phần trên, trong đó phần mạch I/O thường dùng điện áp 3,3V, còn phần lõi bên trong thì dùng một mức điện áp thấp hơn (tùy thuộc vào từng loại CPU). Chú ý: Một mainboard có thể hỗ trợ nhiều loại CPU khác nhau mà sử dụng các mức điện áp khác nhau (đặc biệt là các mainboard với socket 7). Do đó phải thiết lập mức điện áp thích hợp cho loại CPU cụ thể được sử dụng trên mainboard. Nếu sai mức điện áp CPU có thể không hoạt động hay bị hỏng (trường hợp điện áp quá cao so với định mức). Tuy nhiên, từ các CPU thế hệ thứ 6 (như Pentium Pro, Pentium II/III…), trên CPU có các chân nhận dạng điện áp (Voltage ID_VID) dùng để báo cho mainboard các yêu cầu điện áp chính xác. Điều này cho phép các bộ ổn áp trên mainboard có thể tự động thiết lập các mức điện áp thích hợp cho CPU. CPU Điện áp Điện áp I/ lõi O Intel Pentium 3,5/3,3V 3,3V Intel Pentium MMX 2,8V 3,3V AMD K5 3,5V 3,5V AMD K6 3,2/2,9/2,2 3,3V V AMD K6-II 2,4/2,2V 3,3V AMD K6-III 2,4/2,2V 3,3V Cyrix 6x86 3,5V 3,5V Cyrix 6x86MX/MII 2,9V 3,3V Bảng 4.2: Các mức điện áp của các loại CPU dùng socket 7. 4.2.6. Các kiểu vỏ CPU (CPU packages) Hiện nay, có hai kiểu vỏ CPU phổ biến, đó là: PGA (Pin Grid Array) và thẻ cắm SEC (Single Edge Contact) hay SEP (Single Edge Processor). 4.2.6.1.PGA CPU là một chip rời, có nhiều hàng chân, được gắn vào một khe cắm trên mainboard gọi là ZIF Socket (Zero Insertion Force Socket). Bảng 4.3 trình bày một số loại socket tiêu biểu và các loại CPU mà chúng hỗ trợ. Loại Socket Số Loại CPU được hỗ trợ chân GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 23
24. MTV TM & DV Viễn Đông Socket 7 321 Pentium 75-200 MHz Pentium MMX AMD K5, K6, K6-II, K6-III Cyrix 6x86, 6x86MX/MII Socket 370 (PGA 370 Celeron, Pentium III 370) Socket 423 (µPGA 423 Pentium IV (dùng với 423) chipset Intel 850, bộ nhớ RDRAM) Socket 478 (µPGA 478 Pentium IV (dùng với 478) chipset Intel 845, bộ nhớ SDRAM– PC133 hay DDR SDRAM) Socket A 462 AMD K7 (Duron/Thunderbird) Bảng 4.3: Một số loại Socket tiêu biểu. Hình 4.1: CPU dạng PGA. 4.2.6.2.SEC/SEP CPU được tích hợp trên một board mạch nhỏ cùng với một số thành phần (cache L2, quạt giải nhiệt, …) và được gắn vào một khe cắm trên mainboard gọi là Slot. Bảng 4.5 trình bày một số loại Slot tiêu biểu và các loại CPU mà chúng hỗ trợ. Loại Slot Số Loại CPU được hỗ chân trợ Slot 1 (SC 242 Pentium II/III 242) Celeron Slot 2 (SC 330 Pentium II/III Xeon 330) Slot A (SC 242 AMD K7 (Athlon) 242) Bảng 4.4: Một số loại Slot tiêu biểu. Hình 4.2: CPU dạng thẻ cắm SEP/SEC. 4.2.7. Bộ giải nhiệt Bộ giải nhiệt cho CPU bao gồm một tấm giải nhiệt (heatsink) bằng nhôm và quạt (fan). Đầu cắm cấp điện cho quạt có thể được nối với bộ nguồn hay nối với chân cắm FAN1 hay CPU FAN trên mainboard. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 24
25. MTV TM & DV Viễn Đông Hình 4.3: Bộ giải nhiệt cho CPU.  Câu hỏi ôn tập 1.Quan hệ giữa tốc độ bên trong (tốc độ CPU) và tốc độ bên ngoài (tốc độ bus) của CPU? 2.Vai trò của bộ nhớ cache trong hệ thống? Có bao nhiêu mức cache trong hệ thống? 3.Bộ nhớ cache L2 có thể nằm ở các vị trí nào? Tốc độ của nó ứng với từng vị trí? 4.Nêu sơ lược đặc điểm của hai kiểu vỏ CPU: PGA và SEC/SEP? GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 25
26. MTV TM & DV Viễn Đông Baøi 5:BỘ NHỚ 5.1. PHÂN LOẠI Bộ nhớ là nơi máy tính dùng để lưu trữ các chương trình và dữ liệu dùng cho CPU. Trong máy tính, bộ nhớ có thể được chia ra làm hai loại: bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài. Bộ nhớ trong được chế tạo từ các vi mạch nhớ bán dẫn như ROM và RAM, còn bộ nhớ ngoài dùng môi trường nhớ là từ (băng từ, đĩa mềm, đĩa cứng, …), quang (đĩa CD_ROM, DVD, …) hay cũng có thể là bán dẫn (ổ đĩa Flash). 5.1.1. ROM (Read Only Memory) Chỉ có thể đọc thông tin từ bộ nhớ này trong quá trình hoạt động bình thường của máy tính. Thông tin lưu trữ trong ROM là cố định, không bị mất ngay cả khi tắt điện. Chính vì vậy, ROM được dùng để lưu trữ các chương trình không thay đổi, chẳng hạn như BIOS. ROM được chia ra làm nhiều loại, trong đó loại dùng phổ biến trong các PC hiện nay là Flash ROM mà cho phép ghi lại (cập nhật) thông tin trong nó nhiều lần. 5.1.2. RAM (Random Access Memory) Là loại bộ nhớ cho phép đọc hoặc ghi thông tin bất kỳ lúc nào trong quá trình hoạt động. Thông tin trong RAM chỉ tồn tại trong khi làm việc, có nghĩa là khi tắt điện thông tin trong nó sẽ bị mất hết. RAM được chia làm hai loại chính: RAM tĩnh (Static RAM – SRAM) và RAM động (Dynamic RAM – DRAM). SRAM: có tốc độ truy xuất nhanh, giá thành đắt hơn DRAM. SRAM thường được dùng làm bộ nhớ cache. DRAM: có tốc độ truy xuất chậm, giá rẻ, có thể tích hợp với dung lượng lớn. Thông tin trong DRAM không tồn tại như trong SRAM mà sẽ bị rò rỉ mất sau một thời gian, do đó cần có quá trình làm tươi (refresh) định kì để giữ nội dung trong DRAM trong khi làm việc. DRAM thường được dùng làm bộ nhớ làm việc chính trong máy tính hay bộ nhớ trên card màn hình. DRAM liên tục được cải tiến cách thức truy xuất cũng như tốc độ để theo kịp tốc độ ngày càng cao của các loại CPU. Sau đây là một vài công nghệ DRAM tiêu biểu: Tốc độ bus tiêu Hệ thống sử Công nghệ DRAM biểu dụng 286, 386, 486, FPM (Fast Page Mode) 16-66 MHz Pentium EDO (Extended Data Out) 33-75 MHz 486, Pentium SDRAM (Syncronous Từ Pentium trở 60-133 MHz DRAM) đi DRDRAM (Direct Rambus 600-800 MHz Pentium IV DRAM) DDR SDRAM (Double Data Pentium IV 200-400 MHz Rate SDRAM) AMD K7 Bảng 5.1: Các công nghệ DRAM tiêu biểu. Máy tính có dung lượng bộ nhớ làm việc càng lớn thì có thể hoạt động càng nhanh, nhất là khi chạy nhiều chương trình ứng dụng cùng lúc (trong môi trường Windows chẳng hạn). 5.2. CÁC MODULE BỘ NHỚ Trong các PC ban đầu, bộ nhớ là các chip rời đặt trên maiboard. Hiện nay, bộ nhớ đều ở dạng module gồm nhiều chip nhớ tích hợp trên một board mạch nhỏ và gắn vào một khe cắm trên mainboard. Trong máy tính, bộ nhớ được quản lý theo từng bank. Một bank bộ nhớ có thể gồm một hay vài module kết hợp lại sao cho có độ rộng bus dữ liệu tương ứng GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 26
27. MTV TM & DV Viễn Đông với bus dữ liệu của CPU. Các loại module bộ nhớ thông dụng hiện nay là SIMM, DIMM và RIMM. 5.2.1. SIMM (Simple Inline Memory Module) Module loại này tiếp xúc với khe cắm trên mainboard theo một hàng chân. SIMM thường dùng công nghệ FPM hay EDO. Có hai loại SIMM: 30 chân (30 pin) và 72 chân (72 pin). SIMM-30 chân là một chuẩn cũ hơn, phổ biến trên các mainboard 286, 386, và 486. Nó thường có dung lượng từ 1 đến 16MB và có bus dữ liệu rộng 8 bit, do đó khi sử dụng với các CPU có bus dữ liệu 32 bit (386 hay 486) phải dùng cùng lúc 4 thanh mới đủ tạo thành 1 bank bộ nhớ. SIMM-72 chân thường được dùng trên các mainboard 486 hay Pentium. Nó thường có dung lượng 4, 8, 16, 32, hay 64MB và cung cấp một đường dẫn dữ liệu rộng 32 bit nên khi dùng với các bộ xử lý Pentium 64 bit thì phải dùng 2 thanh cho mỗi bank bộ nhớ. Chú ý: Các module SIMM trên cùng một bank bộ nhớ phải đồng nhất (cùng loại, dung lượng, tốc độ). Hình 5.1: Module SIMM-72 chân (trên) và SIMM-30 chân (dưới). SIMM có thể ở dạng một mặt (single-sided) hay hai mặt (double-sided). Hầu hết tất cả SIMM-30 chân đều là một mặt, còn các SIMM-72 chân thì có thể có một mặt hay hai mặt. Đối với các loại hai mặt cần phải có sự hỗ trợ của mainboard. Cả hai loại SIMM đều sử dụng điện áp 5V. 5.2.2. DIMM (Dual Inline Memory Module) DIMM là một loại module bộ nhớ mới hơn, được dùng từ các mainboard Pentium trở đi. DIMM tiếp xúc với khe cắm trên mainboard theo hai hàng chân trên hai mặt và có đường dẫn dữ liệu 64 bit nên chỉ cần một module cho mỗi bank bộ nhớ đối với các CPU 64 bit. Hiện nay, DIMM có hai loại phổ biến: một loại dùng công nghệ SDRAM, có 168 chân, sử dụng điện áp 3,3V và một loại dùng công nghệ mới DDR SDRAM (hay còn gọi là DDRAM), có 184 chân, sử dụng điện áp 2,5V. Các module DIMM có thể có dung lượng lên đến 512 MB hay hơn nữa và cũng có thể là 1 mặt hay 2 mặt . Bảng sau trình bày một số module DIMM tiêu biểu và băng thông cực đại tương ứng theo lý thuyết. Loại Băng thông cực đại (theo lý thuyết) SDRAM 100 MHz (PC100) 100 MHz x 64 bit = 800 MB/s SDRAM 133 MHz (PC133) 133 MHz x 64 bit = 1064 MB/s DDR SDRAM 200 MHz 2 x 100 MHz x 64 bit = 1600 (PC1600) MB/s DDR SDRAM 266 MHz 2 x 133 MHz x 64 bit = 2100 (PC2100) MB/s DDR SDRAM 333 MHz 2 x 166 MHz x 64 bit = 2656 (PC2700) MB/s DDR SDRAM 400 MHz 2 x 200 MHz x 64 bit = 3200 (PC3200) MB/s Bảng 5.2: Một số module DIMM tiêu biểu. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 27
28. MTV TM & DV Viễn Đông Hình 5.2: Module SDRAM-168 chân (trên) và DDRAM-184 chân (dưới). 5.2.3. RIMM (Rambus Inline Memory Module) RIMM thường sử dụng công nghệ DRDRAM với bus dữ liệu (kênh Rambus) hẹp (16 bit) nhưng hoạt động ở tốc độ rất cao (tốc độ bus hiệu dụng có thể lên đến 800 MHz). Module loại này có 184 chân, tiếp xúc với khe cắm trên mainboard theo hai hàng chân, hoạt động ở điện áp 2,5V và thường được bao bởi một lớp vỏ nhôm bên ngoài. RIMM được dùng trên các mainboard Pentium IV với các chipset đặc biệt hỗ trợ nó (Intel 820, 850…). Bộ nhớ RIMM thường có hiệu suất cao hơn các loại khác. Hình 5.3: Module RIMM-184 chân. Chú ý: -Do kênh Rambus là một đường dẫn liên tục xuyên qua mỗi chip DRDRAM và mỗi module trên kênh nên bất kì khe cắm nào không có bộ nhớ đều phải gắn một module RIMM nối (Continuity RIMM - CRIMM) để đảm bảo đường dẫn được toàn vẹn. -Có thể ghép nhiều kênh song song (2 hay 4 kênh) để tăng băng thông bộ nhớ. Bảng sau trình bày một số module RIMM tiêu biểu và băng thông cực đại tương ứng theo lý thuyết. Loại Băng thông cực đại (theo lý thuyết) DRDRAM 600 MHz 600 MHz x 16 bit = 1200 MB/s DRDRAM 700 MHz 700 MHz x 16 bit = 1400 MB/s DRDRAM 800 MHz 800 MHz x 16 bit = 1600 MB/s Bảng 5.3: Một số module RIMM tiêu biểu.  Câu hỏi ôn tập 1.Chức năng của bộ nhớ trong PC? Kể tên các loại bộ nhớ và ứng dụng của nó trong PC? 2.Có mấy loại module bộ nhớ? Đặc điểm nhận dạng và tốc độ bus của từng loại? Hệ thống có thể sử dụng chúng? GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 28
29. MTV TM & DV Viễn Đông Baøi 6:CÁC CỔNG & THIẾT BỊ I/O CƠ BẢN 6.1. CỔNG NỐI TIẾP (SERIAL PORT) Cổng này truyền và nhận dữ liệu theo từng bit đơn. Cổng nối tiếp có thể được nối với các thiết bị như : chuột (mouse), modem ngoài (external modem), máy quét (scanner)… Nó có hai dạng đầu nối: đầu nối dương (Male) 9 chân (DB-9) và đầu nối dương 25 chân (DB-25), trong đó loại DB-9 được sử dụng phổ biến hiện nay. Cổng nối tiếp được máy tính quản lý thành 4 cổng logic: COM1, COM2, COM3 và COM4. Hình 6.1: Cổng nối tiếp (DB-9M). 6.2. CỔNG SONG SONG (PARALLEL PORT) Cổng này cho phép máy tính truyền và nhận dữ liệu với thiết bị ngoại vi mỗi lần 8 bit, do đó có tốc độ cao hơn cổng nối tiếp. Nó có thể được nối với các thiết bị như: máy in (printer), các ổ đĩa gắn ngoài (external storage)… Cổng song song có dạng đầu nối âm (Female) 25 chân (DB-25). Hình 6.2: Cổng song song (DB-25F). Ngoài cổng song song chuẩn SPP (Standard Parallel Port) thường gặp ở những máy tính trước đây, các nhà sản xuất đã cho ra đời thêm các tiêu chuẩn cổng song song: -EPP (Enhanced Parallel Port): có khả năng truyền dữ liệu hai chiều với tốc độ có thể lên đến 2 MB/s, vượt xa tốc độ 150 KB/s của các cổng trước đây. -ECP (Enhanced Capabilities Port): hoàn thiện hơn về tốc độ cũng như khả năng liên lạc hai chiều. Hầu hết các mainboard hiện nay đều hỗ trợ cả hai chuẩn trên. 6.3. CỔNG USB (UNIVERSAL SERIAL BUS) USB là một chuẩn bus cho các thiết bị gắn ngoài được phát triển bởi các nhà sản xuất PC và viễn thông hàng đầu thế giới. USB làm đơn giản việc kết nối và cài đặt thiết bị. Nó cho phép thiết bị được gắn vào khi máy đang hoạt động và tự động định cấu hình thiết bị mà không cần phải khởi động lại máy. Cổng USB cho phép ghép nối lên đến 127 thiết bị đồng thời và có thể cấp nguồn cho thiết bị (khoảng 0,5A). Để mở rộng đầu cắm USB cho thiết bị, có thể dùng các hub USB. Trên một số thiết bị USB chẳng hạn như monitor và bàn phím, thường có các đầu cắm USB bổ sung. Hình 6.3: Hub USB rời và trên bàn phím USB. Hiện nay, có rất nhiều thiết bị được sản xuất theo chuẩn USB, chẳng hạn như bàn phím, chuột, máy in, máy quét, máy ảnh số (digital camera), Webcam… Các thiết bị được gắn trực tiếp vào một khe cắm 4 chân trên PC hay hub, đó là khe cắm loại A. Tất cả các cáp gắn liền với thiết bị đều có một đầu cắm loại A. Các thiết bị dùng cáp rời có một khe cắm loại B và cáp nối sẽ có một đầu là loại A và đầu kia là loại B. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 29
30. MTV TM & DV Viễn Đông Hình 6.4: Hai loại đầu cắm USB. Hai phiên bản USB được dùng phổ biến hiện nay là: -USB1.1: tốc độ truyền tối đa 12Mbit/s. -USB 2.0: tốc độ truyền tối đa 480 Mbit/s. 6.4. BÀN PHÍM (KEYBOARD) Là thiết bị cho phép người sử dụng nhập dữ liệu và các điều khiển vào máy tính. Bàn phím được nối với mainboard thông qua một đầu cắm, thường có hai dạng sau: -Đầu cắm DIN 5 chân (cổng AT): dùng trên các mainboard AT. -Đầu cắm mini DIN 6 chân (cổng PS/2): dùng trên các mainboard ATX, LPX và NLX. Hình 6.5: Đầu cắm DIN 5 chân và mini DIN 6 chân. Ngoài ra, còn có loại bàn phím giao tiếp qua cổng USB. Các loại bàn phím thông dụng hiện nay: -Bàn phím 101 phím. -Bàn phím 104 phím (thêm ba nút chức năng cho Windows). -Bàn phím multimedia (thêm các nút điều khiển multimedia). -Bàn phím không dây (sử dụng sóng hồng ngoại hay vô tuyến). Hình 6.6: Bàn phím 104 phím. 6.5. CHUỘT (MOUSE) Là thiết bị điều khiển máy tính thông qua con trỏ hiển thị trên màn hình, giúp thao tác các công việc nhanh hơn bàn phím, đặc biệt là với các chương trình có giao diện đồ họa. Mouse có thể được nối với máy tính thông qua cổng nối tiếp (COM1), cổng PS/2 (PS/2 Mouse) hay cổng USB. Hình 6.7: Mouse. Lưu ý: Đừng nhầm lẫn giữa cổng PS/2 dành cho bàn phím và mouse. Các loại mouse phổ biến hiện nay: -Mouse 2 nút. -Mouse 3 nút. -Mouse có nút cuộn (scroll). -Mouse quang (optical mouse). GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 30
31. MTV TM & DV Viễn Đông -Mouse không dây (sử dụng sóng hồng ngoại hay vô tuyến) 6.6. CARD MÀN HÌNH – MÀN HÌNH (VIDEO CARD – MONITOR) Hệ thống hiển thị hình ảnh của PC bao gồm: card màn hình và màn hình. Card màn hình giao tiếp với hệ thống và nhận các thông tin cần hiển thị rồi phát ra các tín hiệu điều khiển màn hình hiển thị các thông tin đó. Hiện nay có hai loại màn hình thông dụng: CRT và LCD. Màn hình LCD nhỏ gọn hơn, tạo cảm giác dễ chịu hơn cho người sử dụng nhưng thường có giá thành đắt hơn nhiều so với loại CRT cùng kích cỡ và có góc nhìn hạn chế hơn CRT. Màn hình được nối với card màn hình qua một dây cáp. Có hai dạng đầu nối thông dụng: cổng VGA (DB-15) dùng cho các màn hình tương tự (analog) như loại analog CRT, và cổng DVI dùng cho các màn hình kỹ thuật số (digital) như LCD hay digital CRT. Hình 6.8: Màn hình CRT và LCD. Các card màn hình thông thường chỉ có duy nhất một cổng VGA, các card màn hình cao cấp thường hỗ trợ cả cổng VGA và cổng DVI, ngoài ra còn có thể thêm các cổng như TV-out, AV In/Out, S-Video… Hình 6.9: Card màn hình và các cổng nối. Card màn hình được gắn vào mainboard qua một khe cắm mở rộng, có thể là loại ISA, PCI hay AGP. Card màn hình AGP là loại được sử dụng phổ biến hiện nay. Trên mỗi card màn hình thường chứa các thành phần cơ bản như: bộ xử lý đồ họa (graphic processor), bộ nhớ RAM màn hình (video memory), bộ chuyển đổi số-tương tự RAM DAC và ROM BIOS. Một số thông số liên quan đến chất lượng hình ảnh: -Độ phân giải (Resolution): hình ảnh trên màn hình được chia thành nhiều điểm sáng nhỏ có thể được điều khiển riêng lẻ gọi là các pixel. Mỗi pixel có thể được thiết lập màu sắc và cường độ khác nhau. Độ phân giải chính là mật độ pixel được phân bố trên màn hình, thường được biểu diễn dưới dạng ma trận A x B, với A là số pixel trên hàng và B là số pixel trên cột. Độ phân giải càng lớn thì ảnh càng sắc nét. Chú ý: Độ phân giải càng lớn thì lượng thông tin có thể hiển thị trên màn hình càng nhiều nên các đối tượng trên màn hình sẽ trở nên nhỏ hơn. Do đó, cần chọn độ phân giải cho phù hợp với kích cỡ của màn hình. Bảng sau trình bày một số kích cỡ màn hình và độ phân giải phù hợp với chúng. Độ phân Số Tiêu Kích cỡ màn giải pixel chuẩn hình 640 x 480 307.200 VGA 14” 800 x 600 480.000 SVGA 15”, 17” 1024 x 768 786.432 XGA 17”, 19” GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 31
32. MTV TM & DV Viễn Đông 1152 x 864 995.328 XGA 17”, 19”, 21” 1280 x 1024 1.310.72 SXGA 19”, 21” 0 1600 x 1200 1.920.00 UXGA 21” hay lớn hơn 0 Bảng 6.1: Các độ phân giải màn hình. -Độ sâu màu (Colour depth): mỗi pixel ảnh màn hình được hiển thị bởi sự kết hợp của 3 tín hiệu màu sắc khác nhau: đỏ (Red), xanh lá (Green) và xanh dương (Blue). Sự biểu hiện của mỗi pixel được điều khiển bởi cường độ của 3 tia sáng và lượng thông tin lưu trữ về mỗi pixel xác định độ sâu màu của nó. Càng nhiều bit được dùng cho mỗi pixel, chi tiết màu sắc của hình ảnh càng đẹp. Độ sâu Số màu Chế độ màu 4 bit 16 Standard VGA 8 bit 256 256 colors 16 bit 65356 High color 24 bit 16.777.216 True color Bảng 6.2: Độ sâu màu. Dung lượng RAM màn hình càng nhiều thì card màn hình hỗ trợ độ phân giải và độ sâu màu càng cao. Chú ý: Các card màn hình onboard (tích hợp sẵn trên mainboard) sử dụng một phần bộ nhớ chính của hệ thống làm bộ nhớ màn hình. -Khoảng cách điểm (dot pitch): là khoảng cách giữa các hạt màu hay dải màu (đối với màn hình trinitron) trên bề mặt màn hình, đơn vị đo là milimet (mm). Chỉ số này nói lên độ trung thực của hình ảnh trên màn hình, giá trị càng nhỏ càng tốt. -Tốc độ làm tươi (refresh rate): còn gọi là tốc độ quét (scan rate), là số lần lặp lại toàn bộ hình ảnh trên màn hình trong thời gian 1 giây. Nếu tốc độ làm tươi thấp, hình ảnh có thể nhấp nháy gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng. Thông số này cần phải được chọn phù hợp với định mức của màn hình. 6.7. CARD ÂM THANH (SOUND CARD) Là thiết bị xử lý các tín hiệu âm thanh trong máy tính. Âm thanh có thể được đưa vào máy tính qua các thiết bị như CD-ROM, micro… hay từ máy tính phát ra loa (speaker). Để phát âm thanh, sound card chuyển tín hiệu âm thanh được lưu trữ trong các tập tin trên đĩa ở dạng số (digital) sang dạng tương tự (analog) nhờ bộ chuyển đổi DAC (Digital to Analog Converter). Để thu âm thanh, sound card chuyển tín hiệu tương tự đưa vào thành tín hiệu số và lưu trên đĩa hay xử lý nhờ bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter). Các đầu nối thường gặp trên sound card là: -Cổng Game (đầu nối âm 15 chân DB-15) -Line-out/Speaker -Line-in -Microphone -CD Audio-in (đầu nối 4 chân đối với âm thanh analog và 2 chân đối với âm thanh digital). Ngoài ra, với các sound card hỗ trợ các chuẩn âm thanh 4.1 hay 5.1, ngõ ra loa gồm 2 đường (Front-out + Rear-out với 4.1) hay 3 đường (Front-out + Rear-out + Subwoofer/Center với 5.1). Hình 6.10 mô tả cách nối dây giữa sound card và loa trong hệ thống âm thanh 5.1. Sound card được gắn vào mainboard qua khe cắm ISA hay PCI tùy thuộc vào chuẩn giao tiếp của card. Hiện nay, các sound card thường theo chuẩn PCI. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT PHẦN CỨNG Trang 32

là ai Hỏi Đáp Là gì Fpga la gì Lập trình FPGA Asic la gì Socket la gì Vhdl là gì Main Socket 1151 Socket 1150

Epga là gì phần cứng cấu hình lại là gì

Bài Viết Liên Quan

Quảng Cáo

Có thể bạn quan tâm

Toplist được quan tâm

Quảng cáo

Xem Nhiều

Quảng cáo

Chúng tôi

Điều khoản

Trợ giúp

Mạng xã hội