Giáo trình cấu trúc máy tính trần văn dũng (chủ biên)

TRƯỜNG CĐN CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI Chủ biên: Trần Văn Dũng KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ ­­­­­­­***­­­­­­­­­ GIÁO TRÌNH  CẤU TRÚC MÁY TÍNH  ( Lưu hành nội bộ) Hà Nội 2012 Tun bố bản quyền Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu   giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thơng tin có thể được tham khảo Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành.  Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên đều  bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền Trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thơng tin giúp  cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình LỜI NĨI ĐẦU  Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề  Điện tử cơng nghiệp thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay   nghề cho học sinh. Việc dạy thực hành địi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy   đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với u   cầu thực tế Nội dung của giáo trình “Cấu trúc máy tính” đã được xây dựng trên cơ sở  kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung   mới nhằm đáp  ứng u cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ  sự  nghiệp  cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,.  Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ  hiểu, bổ  sung nhiều kiến thức   mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề  cập những nội dung cơ  bản,   cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều  chỉnh cho thích hợp và khơng trái với quy định của chương trình khung đào tạo  cao đẳng nghề Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc  chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự  tham gia đóng  gúpýkincacỏcbnngnghipvcỏcchuyờngiakthutungnh Xintrõntrngcmn! Bài Đại cơng 1Cỏcchtiờukthutchớnhcamỏyvitớnh 1.1.Phõnloimỏyvitớnh Mỏytớnhintccholcútnhngnm1940,nhngmỏyvitớnhs dụng bộ vi xử lý thì xuất hiện vào khoảng năm 1979 với vi xử lý Intel 8008. Lần  đầu tiên thuật ngữ Personal Computer được IBM sử dụng tháng 11 năm 1981, và  bắt đầu từ đó là thời kỳ phát triển mạnh mẽ của máy vi tính cá nhân IBM PC Có nhiều phương pháp phân loại máy vi tính. Trong tài liệu này, thuật ngữ  máy vi tính chỉ xác định cho các loại máy vi tính dân dụng phổ biến ở thị trường   Việt   nam,   theo     máy   vi   tính   gồm     loại     máy   tính   xách   tay   (Laptop   –  Notebook) và máy để  bàn (Destop). Cũng có thể  phân loại máy vi tính về  cơng  nghệ, theo đó có các dịng máy x86, pentium v.v   1.2. Các chỉ tiêu về nguồn cung cấp Nguồn cung cấp là u cầu kỹ  thuật đầu tiên cần quan tâm, mặc dù với   người sử dụng thì đây là các chỉ tiêu ẩn Máy vi tính có bộ nguồn trong (Power Supply) rất tốt, chỉ tiêu chủ yếu của   nguồn cung cấp chính là các chỉ tiêu cho bộ nguồn này Với destop cần quan tâm đến loại nguồn và cơng suất cung cấp tối đa (gọi   tắt là cơng suất nguồn), loại này ln dùng điện lưới cơng nghiệp AC220V/50Hz  (chỉ  tiêu ghi trên vỏ  hộp nguồn là AC 210 ~ 230V/50–60Hz). Cơng suất nguồn  u cầu phụ  thuộc rất nhiều vào các dịng máy. Các máy từ  trước pentium chỉ  cần    nguồn   có   công   suất   200 250W,   với   pentium    cần  300 350W,  với  pentium 4 có chipset 8xx cần 350 400W, cịn với các pentium 4 chipsset 9xx có  thể cần tới 500 600W, tùy theo cấu hình cụ thể Với laptop thì khác, bản thân laptop sử dụng cơng nghệ tiết kiệm điện và  màn hình tinh thể  lỏng nên tiêu thụ  cơng suất rất nhỏ  so với destop cùng tính  năng, nhìn chung một chiếc laptop tiêu thụ  cơng suất khơng q 120W, với các  loại laptop thơng thường có màn hình 14.1 in thì cơng suất của nó vào khoảng   60 80W Cần rất chú ý với bộ  pin của laptop. Một pin ngun gốc của chính hãng  thường có thời gian sử dụng (khơng cắm điện AC) là 2,5 đến 3 giờ, và thời gian   dùng pin này suy giảm rất nhanh nếu sử dụng pin khơng đúng cách. Một số loại   laptop hiện đại có thời gian dùng pin rất lớn, lên tới 5   6 giờ  hoạt động liên  tục .1.3. Các chỉ tiêu về cơng nghệ Nhóm các chỉ tiêu cơng nghệ gồm rất nhiều chỉ tiêu, và quan tâm đến nó ở  mức độ nào hồn tồn phụ thuộc vào mục đích sử dụng Đầu tiên cần xét đến xuất xứ, đây là yếu tố quyết định chất lượng và độ  ổn định của máy vi tính. Nhìn chung máy vi tính đồng bộ của các hãng tên tuổi có  chất lượng cao, ổn định nhưng giá thành cũng cao. Có thể dung hịa bằng cách sử  dụng các linh kiện chất lượng cao có xuất xứ rõ ràng để giảm giá thành Các chỉ  tiêu cơng nghệ  khác hồn tồn phụ  thuộc vào mục đích sử  dụng,   trong đó chỉ tiêu loại vi xử lý, chipset và card đồ họa là những chỉ tiêu cần chú ý   đầu tiên Tiếp theo là các chỉ tiêu về bộ nhớ trong RAM, về kích thước bus, về khả  năng kết nối LAN, WIFI v.v .2 Biểu diễn thơng tin trên máy vi tính 2.1. Các hệ đếm Một hệ đếm được đặc trưng bởi: số lượng các ký hiệu cơ bản (gọi là cơ  số) và cách biểu diễn các ký hiệu cơ bản (gọi là chữ số) Một số có n + 1 chữ số trong hệ cơ số a được  xn xn-1 x2 x1 x0 ký   hiệu   là  và có giá trị là  A = xnan­1 + xn­1an­2 + … +x2a2 +x1a1 +x0a0  (CT) Ví dụ hệ đếm 10 là hệ đếm thường ngày sử dụng. Hệ đếm 10 (gọi tắt là  hệ 10), thuật ngữ là Decimal viết tắt là DEC có 10 số đếm cơ bản, được ký hiệu  là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; số A=9876543 trong h ệ 10 có 7 chữ số (tức là n = 6)   thì  x0 = 3 x1 = 4 x2 = 5 x3 = 6 x4 = 7 x5 = 8 x6 = 9 Và a = 10 Do đó giá trị  là A = 9x 106  + 8x105  + 7x104  + 6x103  + 5x102  + 4x101  +  3x100  .1 Hệ đếm 2 (binary viết tắt là BIN) Hệ  2 dùng 2 chữ  số  là 0 và 1, cơ  số  là 2, do đó 1   chữ số sẽ có lượng thơng tin là 1 bit. Hiểu một cách đơn   giản số bit là số chữ số được dùng để biểu diễn một con  số hệ 2. Ví dụ số x = 1 trong hệ 2, nếu viết dạng 1 bit sẽ  Hệ 10 (dec) Hệ (bin) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 10 1010 11 1011 12 1100 13 1101 14 1110 15 1111 là x = 1b (chữ b biểu thị là số hệ 2), nếu viết dạng 2 bit sẽ là x = 01b. Bảng sau  đối chiếu giá trị 16 số hệ 10 đầu tiên với các số hệ 2 dạng 4 bit tương ứng .a Đổi số hệ 10 sang hệ 2 Quy tắc: để đổi số  A hệ  10 thành số  hệ  2 thì thực hiện phép chia số  nguyên A  cho 2, số dư được viết riêng sang tận cùng bên phải, kết quả lại chia tiếp cho 2,  số  dư được viết sang bên trái của số  dư trước, và cứ  làm như  vậy cho đến khi  0  Dãy số dư là 1 1 0 0 1 chính  được kết quả là  là số hệ 2 cần tìm 25 12 1 đã    dãy     số  dư   nhận   được  chính là số  hệ 2  đổi     Ví   dụ:  đổi   số   A=25  sang hệ 2  b Đổi số hệ 2 sang hệ 10: thực chất là tính giá trị của số hệ 2 theo cơng   thức CT  ở trên. Ví dụ  số  A = 11001101 đổi sang hệ  10 có là A = 1x27 + 1x26 +  0x25 + 0x24 + 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20 = 128 + 64 + 0 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = 205 .2 Hệ 16 (Hexa – Decimal gọi tắt là hệ HEX, ký hiệu là h hay H) Hệ  HEX có 16 số đếm, ký hiệu bằng 10 chữ số hệ 10 và 6 chữ  cái A, B,   C, D, E, F, trong bảng sau là đối chiếu của 16 số  đầu tiên trong các hệ  2,10 và  16 Hệ 10 Hệ 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 Hệ 16 Hệ 10 10 11 12 13 14 15 Hệ 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Hệ 16 A B C D E F Như vậy trong hệ HEX, 10 số đếm đầu tiên (0   9) giống như trong hệ 10, còn  số  đếm thứ  11 được ký hiệu là A (tức là Ah = 10 d), các số  đếm còn lại như  trong bảng .a Đổi số hệ 2 sang hệ 16 và ngược lại Số  hệ  2 và số  hệ  16 có liên quan đặc biệt là 16 = 24, do đó việc chuyển  đổi rất dễ  dàng, đó là mỗi chữ  số  hệ  16 tương  ứng với bộ  4 chữ  số  hệ 2 như  trong bảng. Ví dụ số 5A2h = 0101.1010.0010b .b Đổi số hệ 10 sang hệ 16 Để đổi số hệ 10 sang hệ 16 có thể làm tương tự như quy tắc đối với hệ 2  tuy nhiên làm như  vậy phức tạp và mất thời gian, có thể  áp dụng quy tắc như  sau: Quy tắc: để đổi số X hệ 10 sang hệ 16 hãy đổi nó sang hệ 2, sau đó đổi số  hệ 2 sang hệ 16. Ví dụ số 325d = 1.0100.0101b =145h c Đổi số hệ 16 sang hệ 10 Để đổi số hệ 16 sang hệ 10 hãy áp dụng cơng thức CT (trang 4). Ví dụ  145h = 1x 162 + 4x161 + 5x160 = 256 + 64 + 5 = 325d  5A2h = 5x162 + Ax161 +2x160 , do Ah =10d  nên 5A2h  = 5x256 + 10x16 + 2 = 1442 .3 Phép tốn số a Cộng hệ 2: Phép tốn số  cơ  bản nhất là phép cộng cơ  số  2, theo  TổngKết quả1+1101+010+110+00Ví dụ1001+ 101110100 quy tắc trong bảng. Cần chú ý rằng phép cộng hệ 2 vẫn có nhớ như trong hệ 10  với 1+1 = 0 nhớ 1 (“nhớ” có thuật ngữ là carry) Ví dụ : 1001b + 1011b =  10100b Phép trừ hệ 2 được quy về phép cộng với số bù 2. Số bù 2 là số đối hệ 2, ví dụ  số bù 2 của 0110 (= 6) là (­6) và được quy   Cộng Ah+1 Bh+1 Ch+1 Dh+1 Eh+1 Ah+6 ước   viết     1110   (số     đứng   đầu   tiên  được hiểu là dấu âm, bit này được gọi là  bit dấu) Kết Bh Ch Dh Eh Fh 10h Cộng 9h+1 19h+1 Fh+1 FFh+1 Ah+Bh Fh+Fh Kết Ah 1Ah 10h 100h 15h 18h b Cộng hệ 16: Phép cộng hệ 16 cũng được tiến hành như trong hệ 10 với chú ý theo một  số  quy tắc trong bảng. Phép cộng hệ  16 có thể  tạo ra một số  “cảm giác” khác  thường, tuy vậy nếu quen với nó sẽ  thấy hồn tồn giống như  cộng hệ  10 (là  phép cộng thơng thường) Cần chú ý rằng trong máy vi tính mọi loại dữ liệu đều được dùng với mã   hệ  2, nhưng để đơn giản trong ghi chép nên nó thường được viết ra dưới dạng   số hệ 16 .4 Phép tốn logic Phép tốn logic gồm phép and, or, xor, not, các ngơn ngữ lập trình gọi các  phép tốn này là thao tác bit Các phép tốn này đã xét đến trong mơn học kỹ thuật số, có thể tham khảo   ở phần phụ lục .2.2. Đơn vị thông tin Đơn vị  thông tin nhỏ  nhất được dùng trong thông tin là bit. Bit là độ  đo  thông tin của 1 ký hiệu nhị phân (binary) Đơn vị Bit Bai (byte) Ký hiệu b B Giá trị  Log2 2 8 bit Kilôbai (kilobyte) Mêgabai  KB 210 = 1024 B (megabyte) Ghigabai  MB 210 = 1024 KB = 220 B (gigabyte) GB 210 = 1024 MB = 220 KB = 230 B Têrabai (terabyte) TB 210 = 1024 GB = 220 MB = 230 KB = 240 B Đơn vị lưu trữ trong máy vi tính là file, cịn đơn vị thơng tin là bit .2.3. Bảng mã  Để  thuận tiện cho việc lưu trữ, trao  đổi thơng tin trên máy vi tính, các  thơng tin cần được mã hóa sao cho phù hợp với các thiết bị nhập là các thiết bị  sử dụng ký tự, vì vậy sử dụng các bảng mã ký tự Bảng mã ASCII ban đầu chỉ là bảng 7 bit (dùng 7 chữ số hệ 2), nên mã hóa  được 128 ký tự  gọi là bảng mã ASCII chuẩn (standard). Về  sau do u cầu bổ  sung các ký tự  châu Âu nên nó được mở  rộng thành bảng mã 8 bit (256 ký tự)  gồm các ký tự riêng của tiếng Pháp, Tây Ban Nha, Hy Lạp và các ký tự đồ họa Trong máy vi tính, theo ngầm định thì bảng mã ASCII ln được đặt trong  ROM; khi mới khởi động, hệ  điều hành chưa nạp thì ROM tự  động sử  dụng  bảng mã ASCII, ngồi ra hệ  điều hành DOS cũng sử  dụng bảng mã này và   Windows sử dụng ASCII trong các file text (*.txt) Sau một thời gian, khoảng năm 1984 xuất hiện bảng mã ANSI là bảng mã  tổng hợp của nhiều trang mã (code page), mỗi trang mã ngồi các ký tự  ASCII   chuẩn cịn có phần mở  rộng gồm các ký tự  và xác lập địa phương cho nhiều   nước trên thế giới .1 Dữ liệu kiểu số (numeric) Trong máy vi tính dữ liệu kiểu số được lưu theo 3 dạng: – Số ngun khơng dấu – Số ngun có dấu – Số thực dấu chấm động 10 Ban đầu các đầu in chỉ có 7  Cuộn dây Búa kim xếp thành một hàng dọc, bộ  điều  khiển    thực  hiện  in  theo  Đầu kim từng cột điểm, về  sau đã cải tiến  thành các máy in có 24 kim, xếp  thành 2 hàng dọc và so le làm cho  Băng mực máy   có   thể   in   với   độ     xác  Tín hiệu điều khiển cao và ký tự in ra có hình thức mịn  Hình vẽ sơ lược cấu tạo đầu in kim đều, rất đẹp Do cấu tạo và cách làm việc như  vậy nên máy in kim có nhiều nhược  điểm, đó là tiếng ồn khi làm việc (do búa đập), tốc độ in thấp (so với các máy in   hiện đại), u cầu cao về độ  dày của giấy (nếu mỏng dễ  thủng), nhưng bù lại   nó có giá thành và chi phí bảo trì thấp nên vẫn được ưa chuộng ở nhiều lĩnh vực .4.2. Máy in khơng tiếp xúc Hiện nay các máy in khơng tiếp xúc phổ  biến có 2 loại là máy in laser và   máy in phun. Mỗi loại đều có những  ưu điểm và nhược điểm, nên được dùng  tùy theo phạm vi u cầu .1 Máy in phun Trong một chừng mực nhất định máy in phun có thể  coi như  là một dạng  đặc biệt của máy in ma trận điểm, vì ngun lý cơ  bản của nó là bắn mực ra  khỏi đầu in thành tia có tốc độ cao để mực bám vào mặt giấy in Điểm khác biệt là mực in phun là mực được đặc chế để có thể điều khiển   dịng tia mực, cả về lượng mực lẫn về hướng di chuyển tạo ra chấm mực trên  mặt giấy. Các máy in phu hiện đại có 4 loại mực: đen, đỏ, xanh và lơ, các loại  mực được điều khiển để phối hợp in, tạo ra hiệu ứng màu sắc rực rỡ.  Máy in phun hiện nay có giá thành khá thấp (so với các loại khác), nhưng  chi phí duy trì hoạt động và bảo trì cao (ví dụ  máy in C40 có giá dưới 100USD,   155 nhưng bộ hộp mực lên tới 50   60 USD) .2 Máy in laser Loại máy in này sử  dụng chùm tia laser chiếu lên mặt trống in làm thay  đổi khả năng bám mực sau đó ép mặt giấy in vào trống để mực bám vào giấy Về cấu tạo, máy in laser gồm một bộ phát tia laser chiếu tia laser lên một  gương quay. Tia laser sau đó được đưa qua hệ  thống thấu kính hội tụ  động, do  đó nó sẽ qt nhiều lần lên mặt trống in. Trống in được chế tạo đặc biệt để khi  có tia laser chiếu vào thì nó thay đổi khả  năng tích điện, sau đó được phủ  bằng   lớp mực bột mịn đã được tích điện, mực bột sẽ chỉ bám vào chỗ nào đã thay đổi   điện tích. Tiếp theo giấy được sấy nóng và tích điện trái dấu được áp vào mặt  trống, làm cho mực từ  mặt trống bám sang giấy. Do được gia nhiệt nên mực   chảy ra và bám chắc vào mặt giấy. sau mỗi vịng quay, mặt trống lại được giải   điện tích nhờ hệ thống cao áp làm cho mặt trống được tích điện đều nhau Máy in laser là thiết bị cơng nghệ cao, hệ thống điện tử bên trong rất phức   tạp, bao gồm từ mạch phát tia laser, mạch điều khiển các mơ tơ bước, hệ thống   tạo cao áp, và bộ  nhớ  riêng. Trong các máy in laser đắt tiền, bộ  nhớ riêng dùng   RAM có thể  lên tới 32MB, cho phép nhớ  trước khi thực sự  in,   tạo ra khả  năng in với tốc độ  rất cao, độ  chính xác cao. Nhược   điểm của máy in laser là tiêu thụ  nguồn điện lớn (chủ  yếu là ở  bộ phận sấy nóng) và hạn chế khi in trên các giấy cứng (muốn in trên giấy cứng   phải dùng máy đặc dụng) vì có thể làm hỏng – xước trống in .4.3. Giao tiếp với máy vi tính Các loại máy in giao tiếp với máy vi tính thơng qua cổng LPT (song song   25 chân), các loại máy hiện đại cịn cho phép giao tiếp qua cơng USB Cổng LPT song song có 25 chân, truyền dữ liệu song song 8 bit (chân 2 9  ứng với D0 D7), 4 chân điều khiển từ máy vi tính là  156 – Chân 1 Strob: báo cho máy in là có dữ liệu chuyển sang – Chân 14 LF:  báo hết dịng (line feed) – Chân 16 Init: tín hiệu xác lập máy in – Chân 17 sel: tín hiệu chọn máy in Và 5 chân tín hiệu nhận từ máy in là – Chân 10 ACK: máy in phát tín hiệu này khi đã được xác lập tốt, sẵn sàng  nhận in – Chân 11 busy: báo hiệu máy in đang bận (in tài liệu trước đó hoặc ) – Chân 12 PE: báo hết giấy – Chân 13 select: tín hiệu trả lời khi nhận được tín hiệu chọn máy in – Chân 15 Error: báo có lỗi của máy in Tất cả các tín hiệu trên đều dùng với mức logic 0 là 0,7V và mức 1 là 2,4  V Máy in có thể được nối sang máy vi tính qua cổng USB.  Cáp máy in cổng USB Đầu nối này có dạng như hình vẽ trên. Cổng USB có 4 đường  dây, trong đó có 2 đường tín hiệu truyền nối tiếp, một đường cho dữ  liệu, một  đường truyền 2 chiều cho tín hiệu điều khiển. khi dùng máy in qua cổng USB   cần chú ý ln ln bật máy tính trước, bật máy in sau, nếu khơng máy tính sẽ  khơng thể xác lập được máy in, nên khơng thể in được .5 Màn hiển thị (Monitor) 5.1. Khái quát Các vấn đề  kỹ  thuật chi tiết sẽ  được xét đến một cách tỷ  mỉ  trong môn  học “sửa chữa monitor” nên   đây chỉ  nêu các vấn đề  có tính ngun tắc mà  khơng đi sâu .1 Các loại màn hiển thị Cho đến nay, đã có nhiều loại màn hiển thị  dùng cho máy vi tính. Đơn  157 giản nhất là có thể sử dụng màn hình TV nhưng có chất lượng rất thấp. Hai loại   màn hình phổ  biến hiện nay là LCD và CRT cho phép tạo hình  ảnh ngày càng   trung thực và sinh động Màn hình LCD có giá thành cao và cho tới nay vẫn chưa đạt được chất  lượng như  các loại CRT tốt nhất, bù lại nó  có các  ưu điểm là kích thước nhỏ, tiêu thụ  điện năng ít, thời gian đáp  ứng chậm nhưng  Qt hình ảnh càng ngày càng được cải tiến và trong tương  lai gần sẽ  thay thế  hồn tồn cho màn hình  CRT CRT là loại màn hình cổ điển, cho chất lượng hình ảnh rất tốt trong điều  kiện bình thường, nhưng nhược điểm của nó là kích thước lớn, tiêu thụ  điện  nhiều, sinh nhiệt. Tuy vậy, do giá thành phù hợp nên vẫn đang được sử  dụng  rộng rãi và ưa chuộng .2 Ngun lý tạo hình ảnh Chúng ta đều biết rằng các hình  ảnh được tạo thành từ  các chi tiết rất  nhỏ, có thể  coi như  một điểm (gọi là điểm  ảnh). Trên màn hình các điểm  ảnh  được sắp xếp thành các hàng ngang gọi là dịng, các dịng tập hợp lại thành một  khung hình (frame). Để  tạo nên được một hình  ảnh, màn hình phải “qt” hiện  hình tại từng điểm theo thứ tự từ trái qua phải (gọi là qt ngang hay qt dịng –   Horizontal H) và từ trên xuống dưới (gọi là qt dọc hay qt mành – Vertical V).  Q  trình qt như vậy là q trình thuận (đường liền nét trong hình). Khi qt   hết dịng trên, phải bắt đầu qt từ đầu dịng dưới, q trình từ cuối dịng trước   trở về đầu dịng sau gọi là qt ngược dịng, q trình tương tự khi qt dọc gọi  là qt ngược mành (đường đứt nét trong hình) Cách qt như nêu trên gọi là qt liên tục, cịn một cách qt khác gọi là  qt xen dịng chỉ được dùng trong truyền hình dân dụng nên khơng xét ở đây 158 Đối với hình ảnh truyền hình dân dụng, trong một mành có 525 dịng (theo   tiêu chẩn NTSC) và có 60 mành trong 1 giây nên tần số  qt mành là f V  = 60Hz,  tần số qt dịng là fH =15750Hz Đối với hình  ảnh của máy vi tính, áp dụng tiêu chuẩn NTSC cho tín hiệu  số nên các giá trị có khác Tần số  cơ  sở  là fH  =15750Hz, fV  =29,97Hz. Ngồi ra để  đảm bảo chất  lượng hình ảnh đáp ứng với các ứng dụng đồ họa chất lượng cao nên tần số làm   việc thực tế (được gọi là refresh rate) cao hơn nhiều so với tần số cơ sở và phụ  thuộc vào chế  độ  làm việc của màn hình, thơng thường chế  độ  ngầm định là fV  =60Hz, cịn fH ≥ 60KHz Trên màn hình màu, mỗi điểm  ảnh được cấu tạo từ  3 điểm màu có kích  thước rất nhỏ, tạo ra cảm giác như là chỉ có 1 điểm. Các màu được sử dụng là R  (Red – màu đỏ), G (Green – màu xanh) và B (Blue – màu lơ), tùy theo mỗi màu   được mã hóa bao nhiêu bit mà tạo ra các độ sâu màu khác nhau Những     hình   màu   đầu   tiên     sử  dụng mã hóa màu theo 1 bit (2 trạng thái tắt –  mở) tương  ứng với việc có sáng hay khơng có  sáng, do đó có thể  tạo ra được 8 sắc độ  khác  nhau theo bảng R 0 0 1 1 G 0 1 0 1 B 1 1 Màu Đen (black) Lơ (blue) Xanh (green) Da trời (cyan) Đỏ (red) Tím (violete) Vàng (yellow) Trắng (white) Sau đó các bảng mạch điều khiển hiển thị  cho phép sử  dụng các màu đó   với 2 bậc độ sáng, tạo ra được 15 sắc độ Sự  ra đời của các bảng mạch hiển thị  (là các mạch chuyển đổi đồ  họa  Adapter Graphic) đã cho phép nâng cao khả  năng hiển thị  của màn hình. Các  điểm màu được mã hóa với 32 bit (true color), tần số qt mành có thể nâng lên   tới 85Hz (một số  monitor cao cấp có thể  qt lên tới 120Hz) cho phép hiển thị  hình ảnh rất trung thực và sinh động 159 .5.2. Ngun lý của màn hiển thị 1 Màn hình LCD (Liquid Crystan Display LCD) LCD dựa trên cơ  sở  cơng nghệ  tinh thể  lỏng, được Otto Lehman phát minh từ  năm 1904. Theo phát minh này một số loại tinh thể lỏng có khả năng phát ra ánh   sáng màu khi được cấp một điện áp nhất định Màn hình LCD được tạo nên từ  tập hợp các tinh thể  có khả  năng phát ra   một trong 3 màu R, G, B, các tinh thể của từng màu được bố trí xen kẽ theo hàng   ngang, với trình tự các điểm màu (điểm màu được gọi là dot) R, G, B, mỗi bộ 3   điểm màu đó tạo thành 1 điểm  ảnh  (pixel = picture element). Việc điều khiển   các dot do một ma trận đảm nhận.  Nhờ cấu tạo như vậy nên LCD tiêu thụ điện năng rất ít và có hiệu suất sử  dụng điện rất cao. Tuy nhiên nhược điểm của nó là độ sáng và độ nét cịn thấp   Ngày nay, do cơng nghệ  phát triển, người ta đã có thể  nâng cao các chỉ  tiêu này   bằng cách thêm đèn nền, nhưng so với màn hình CRT thì vẫn chưa đạt được   Ngồi ra, do các tinh thể phát sáng cần có thời gian để phát sáng và hồi phục, nên   màn hình LCD có một thơng số bổ sung là thời gian đáp ứng. Thời gian đáp ứng   là khoảng thời gian mà các tinh thể phát sáng cần có để có thẻ biến đổi độ sáng   từ  mức này sang mức khác, thời gian đáp  ứng càng nhỏ  thì màn hình có chất  lượng càng cao; các màn hình LCD tốt nhất hiện nay (2007) có thời gian đáp ứng   là khoảng 8 ÷ 12 ms. Ngồi ra do các điểm màu nằm sâu trong mặt màn hình nên   góc nhìn của LCD thường bị hạn chế (màn hình CRT khơng bị hiện tượng này) Màn hình LCD có những đặc tính  ưu việt, nên mặc dù cịn nhiều nhược  điểm nhưng vẫn được đầu tư  nghiên cứu và phát triển. Theo dự  báo (trên thị  trường quốc tế), giá của màn hình LCD sẽ giảm dần trong năm 2007 và khoảng   năm 2008 sẽ có giá xấp xỉ 150% giá màn hình CRT.  2 Màn hình Ống tia âm cực (Cathode Ray Tube CRT): 160 Loại này sử dụng cơng nghệ đèn điện tử (có xuất phát từ những năm đầu thế kỷ  20), tạo nên từ 3  ống CRT đơn sắc phát xạ  lên cùng một màn hình có bố trí các  điểm phát sáng màu khác nhau. Vì là cơng nghệ cũ nên có một số hạn chế khơng   tránh khỏi, đó là tiêu thụ điện năng lớn, độ  méo hình ảnh lớn và đặc biệt là độ  khơng đồng đều lớn Ban đầu, các katốt được bố trí thành hình tam giác đều (nên thường được   gọi là đèn hình đenta – delta), theo đó là các điểm màu cũng được bố trí thành tam   giác đều. Làm như  vậy, đèn hình đenta có độ  nét rất cao và đồng đều theo các  hướng trên màn hình; nhưng nhược điểm lớn nhất của loại này là khả năng hội   tụ  rất kém, ngồi ra bị   ảnh hưởng rất lớn của từ  trường ngồi, nên hệ  thống  điều chỉnh hội tụ rất cồng kềnh, phức tạp. Vì lý do đó mà loại đèn hình này hiện  nay khơng được phát triển Tiếp theo, hãng Sony đưa ra loại đèn hình Trinitron là loại cải tiến từ đèn   hình đenta. Ở loại này, đã có thêm cơ cấu tự hội tụ nhờ một anốt phụ có điện áp   gần bằng cao áp Anốt chính, nhờ  đó cải thiện rõ rệt chất lượng của đèn hình  nhờ khả năng hội tụ tốt, độ nét rất cao Sau đèn hình Trinitron, người ta phát triển loại đèn hình khác mà ngày nay  đã trở thành tiêu chuẩn của màn hình TV màu thơng thường và cũng là loại màn  hình phổ  biến cho máy vi tính, gọi là đèn hình loại PIL (người Việt Nam gọi   nơm na là đèn hình 3 tia ngang). Loại đèn hình này có nhiều  ưu điểm vượt trội,   đặc biệt là tính kinh tế nên được dùng rất phổ biến Trong bài sẽ tập trung vào nghiên cứu màn hình loại PIL .a Cấu tạo:  Màn hình loại PIL (từ đây sẽ  gọi đơn giản là đèn  hình) được tạo nên từ  3  ống tia âm cực (gọi là 3 súng  điện tử) có cấu tạo giống nhau, và giống như một súng  điện tử trong đèn hình đen trắng 161 Katơt K  mỗi tín hiệu màu cơ bản (R, G, B) được đưa đến một K. Các K   (KR, KG ,KB) được phủ  lớp oxit bary trộn với một hợp chất đặc biệt nhằm kéo   dài tuổi thọ và khả năng phát xạ của K, kéo dài tuổi thọ chung của đèn hình Sợi đốt (H_H: heater) sợi đốt của 3 súng điện tử  được nối với nhau  ngay trong đi đèn hình Các cực lưới: cực điều khiển G1, cực gia tốc G2, cực hội tụ G3 được   nối chung từng loại tương ứng cho cả 3 súng điện tử Anốt A được dùng chung cho cả 3 súng điện tử Ngồi các thành phần trên là những thành phần chính cịn có các thành  phần quan trọng tham gia trong cấu tạo nhưng khơng thể  hiện rõ đối với kỹ  thuật viên, mà chỉ liên quan đên cơng nghệ chế tạo nên khơng nêu ra ở đây .b Ngun lý làm việc:  Ngun lý làm việc của đèn hình màu liên quan đến 2 vấn đề:  – Ngun lý điều khiển tia điện tử – Ngun lý tổng hợp màu tại từng điểm ảnh Điều khiển tia điện tử: Khi làm việc thì điện áp tín hiệu màu cơ  bản được đặt vào katốt K. Khi  sợi đốt được cấp điện thì đồng thời katốt K được đốt nóng. Lúc đó, K bắt đầu  phát xạ điện tử tạo thành các điện tử tự do. Các điện tử này bị điện trường tạo   bởi A và K (chênh lệch vài chục KV) hút về phía Anốt A tạo thành dịng điện tử  iA.  Dịng điện iA  được điều khiển cường độ  nhờ  điện áp UG1K  = UG1  – UK,  trong CRT có UG1 ≈ 0V nên cực điều khiển có tác dụng hạn chế dịng điện tử tự  do và điều khiển nhờ – UK. Sau đó, iA được tăng tốc nhờ UG2, nhưng dịng điện  tử này vẫn có kích thước lớn (tiết diện lớn) được điều khiển hội tụ nhờ UG3, do  đó khi qua cực hội tụ  dịng điện tử  trở  thành một tia điện tử  có tốc độ  cao (≈   162 5000m/s), dịng điện tử  sẽ  có kích thước nhỏ, rất mảnh, tiết diện bằng kích  thước của một điểm màu, cường độ phụ thuộc vào điện áp U K,  tức là phụ thuộc  giá trị  điện áp tín hiệu màu cơ  bản. Dịng điện tử  này đập vào màn hiện hình,   làm từng điểm màu phát sáng với cường độ sáng theo giá trị của điện áp màu cơ  bản đặt vào K Trong q trình bay đến anơt, dịng điện tử  tạo ra xung quanh nó một từ  trường Bd.  Ở  cổ  đèn hình (gần với anơt) có hệ  thống lái (hệ  thống làm lệch –  deflection) là các cuộn dây từ  trường, từ trường này tác động lên từ  trường Bd,   làm lệch đường di chuyển của dịng tia điện tử, làm tia điện tử lệch hướng và có  thể đập vào bất kỳ điểm nào trên mặt đèn hình Từ trường trên hệ thống làm lệch được tạo ra nhờ hệ thống qt dịng và   qt mành, do đó điều khiển tia điện tử đập vào đúng điểm màu trên màn hình Tổng hợp màu: Mỗi điểm  ảnh bao gồm 3 điểm màu, mỗi điểm màu  được điều khiển theo súng điện tử tương ứng, nên độ sáng mỗi điểm màu chính   xác là giá trị  tức thời của điện áp màu cơ  bản tương  ứng. Tổng hợp các giá trị  đó, tại mỗi điểm ảnh sẽ có ánh sáng màu với độ màu và độ sáng đúng như mong   muốn Do ngun lý làm việc như  vậy, nên nếu (vì một lý do nào đó) có từ  trường  ngồi tác  động lên đèn hình (ví dụ  loa cơng suất lớn hoặc nguồn từ  trường lớn của biến áp v.v ) thì tia điện tử  sẽ  bị  di chuyển sai và tạo nên các  vùng màu bị  loang trên mặt màn hình. Gặp trường hợp này cần cách ly ngay   nguồn từ trường, tiếp theo là tắt bật màn hình vài lần để màn hình tự khơi phục .3 Qt dịng và cao áp (High Voltage – HV) Để hoạt động, CRT cần có độ  chênh lệch điện áp lớn giữa anơt và catơt,   theo tỷ  lệ  thơng thường là 1,8 KV/ 1in đường chéo (có nghĩa là màn hình 14 in   cần cao áp 1,8KV x 14 ≈ 25KV) Ngồi ra, các cực khác của CRT cũng cần có điện áp cao, do đó trên CRT  163 mạch nguồn của nó cũng có đặc điểm riêng Xung dịng được tạo ra từ  mạch dao động dịng mành, tạo ra dãy xung  vng có tần số chính xác theo u cầu Xung qt dịng là dãy xung vng, có tần số là fH, biên độ  rất âm và hẹp  được tạo ra từ dãy xung tần số dịng CRT cần có cao áp anode khoảng 25KV cho màn hình loại 14 in, và mạch   điện như hình vẽ D2 Đến cuộn lái tia dịng Cao áp 25KV Điện áp sợi đốt D3 T1 Q1 D1 Các điện áp chiều L1 C1 Xung quét H 1H Xung quét H +V + _ Mạch điện tầng tạo cao áp quét dòng   Khi xung qt H âm thì Q1 tắt, khi dương thì Q1 thơng bão hịa, tạo ra một    đột biến của dịng điện ic của Q1. Dịng điện thay đổi nhanh tạo ra trên biến   áp dịng một điện áp rất lớn, đưa đến đầu D2, được nắn thành điện áp cao áp.  Điện áp này được tạo ra trong khoảng thời gian xung qt dịng âm tương  ứng   với thời gian qt ngược,  nên   biến   áp   dòng   còn  Điện áp Uc Q1   gọi     FBT   (Fly  Back Transformer) Khi xung qt dương thì  dịng (1H) Qt thuận 164 Lược đồ thời gian qt dịng Q1 thơng bão hịa trong tồn bộ khoảng thời gian qt thuận, đột biến dịng điện   của Q đã mất, nên điện áp Uc của Q là khơng đổi, dịng điện chạy qua cuộn dây  lái tia dịng tạo ra một từ  trường cảm  ứng, chính từ  trường này làm cho dịng  điện qua cuộn dây giảm dần Như vậy dãy xung qt dịng là xung vng đã tạo ra dịng điện qt dịng   răng cưa trên cuộn lái tia, làm cho cuộn qt dịng điều khiển tia điện tử  trong  đèn hình qt theo chiều ngang Vì tần số qt mành thấp (60   85 Hz) nên hệ thống qt mành có khác so   với hệ  thống qt dịng và khá giống với một hệ thống khuếch đại tần số  thấp   thơng thường .4 Xử lý tín hiệu video Bảng sau là chức năng từng chân của đầu cắm dẫn tín hiệu hình từ máy vi  tính sang màn hình Tín hiệu hình ảnh hiện trên màn hình là các tín hiệu video, nó bao gồm các   tín hiệu màu cơ bản R, G, B và các tín hiệu đồng bộ. Trong các máy vi tính thế  hệ  cũ, ngồi các tín hiệu kể trên cịn có tín hiệu Y (gọi là tín hiệu chói) để  xác   định độ sáng cho từng điểm ảnh Hệ  thống khuếch đại video là một hệ  thống phức tạp bao gồm các mạch  khuếch đại cho các tín hiệu cơ  bản (một cách độc lập), mạch khuếch đại tín  hiệu đồng bộ và mạch khuếch đại tín hiệu Y. Chú ý rằng các mạch khuếch đại  video đều hoạt động như các mạch khuếch đại xung, có dải thơng rất rộng Mạch đồng bộ  nhận tín hiệu đồng bộ  dịng mành từ  máy vi tính, nó phải  xác định được tần số  qt dịng mành để  tạo tín hiệu điều khiển cho bộ  dao   động tại chỗ tạo dãy xung qt dịng và dãy xung qt mành chính xác như  máy   vi tính thực hiện Trong các hệ  thống máy vi tính hiện nay, một phần nhiệm  vụ của hệ thống hiển thị được giao cho bảng mạch giao tiếp màn  165 hình (Video Card). Điều này làm cho các nhà sản xuất có thể tiêu chuẩn hóa các   bảng mạch mở rộng cũng như các monitor Các hệ  thống hiển thị  thường được nối sang máy vi tính thơng qua 1 cáp   với đầu cắm loại 15 chân, các tín hiệu được nêu trong bảng sau, cáp này cũng  được dùng để nối với máy chiếu Chân Tín hiệu Hướng 1  RED  Mt  Mh 2  GREEN  Mt  Mh 3  BLUE  Mt  Mh 4  5  6  7  8  9  10  11  12  ID2  GND  RGND  GGND  BGND  KEY  SGND  ID0  ID1  HSYNC  13  or  Mơ tả tín hiệu Trở  kháng/Mức 75 Ω/ 0.7 V  Tín hiệu màu đỏ (Red Video) p­p  75 Ω/ 0.7 V  Tín hiệu màu xanh (Green Video) p­p  75 Ω/ 0.7 V  Tín hiệu màu lơ (Blue Video) Mt  Mh Nhận dạng màn hình (Monitor ID Bit 2) Ground  Red Ground  Green Ground  Blue Ground  ­  Key (No pin)  Sync Ground  Mt  Mh Nhận dạng màn hình (Monitor ID Bit 0) Mt  Mh Nhận dạng màn hình (Monitor ID Bit 1) p­p  Mt  Mh Đồng bộ dòng (Horizontal Sync or  CSYNC  Composite Sync)  14  VSYNC  Mt  Mh Đồng bộ mành (Vertical Sync) ID3 or  15  Mt  Mh SCL  Nhận dạng màn hình (Monitor ID Bit 3) Một ký tự  được tạo nên trong chế độ  văn bản (text) của DOS là một tập  hợp của các điểm ảnh như là một ma trận điểm (giống như với máy in ma trận   điểm). Ma trận điểm này được lưu trong ROM dưới dạng bảng mã ký tự, gọi là  166 bảng ký tự ROM (hay font ký tự ROM), bình thường trong ROM có nhiều bảng   ký tự như vậy với kích thước khác nhau cho ký tự là 8x8, 8x14, 8x16 Trong chế độ đị họa thì khác. Tùy theo các hãng phần mềm và phần cứng  mà sử dụng các cách thể hiện ký tự (đồ họa) khác nhau. Có 2 phương pháp chính   để  vẽ  các ký tự  là vector và raster, tà đó có các loại font tương  ứng. Với MS –   Windows thường dùng ký tự kiểu True Type cho các văn bản .6 Các hệ thống vào ra hiện đại Cùng với sự phát triển của cơng nghệ, các hệ thống vào ra cũng có những  thay đổi lớn. Trước tiên là các phương thức giao tiếp nối tiếp (serial) dần thay    giao tiếp song song (parallel), tiếp theo là giao tiếp khơng dây (cơng nghệ  bluetooth) thay thế  cho giao tiếp qua cáp truyền thống. Đặc  điểm nổi bật của giao tiếp nối tiếp là tạo ra băng thơng rộng   trên cơ  sở  độ  rộng bus nhỏ, do đó giảm được giá thành. Tuy  ChânTênMơ tả1VBUS+5 nhiên một số giao tiếp địi hỏi băng thơng rộng đồng thời tốc   +4GNDGround VDC2D-Data -3D+Data độ  cao (như  giao tiếp đồ  họa) hiện nay vẫn cịn đang trong  giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm .6.1. USB (Universal Serial Bus): USB là loại giao tiếp nối tiếp, tồn bộ đường nối sử dụng 4 dây như trong   bảng bên.  Về  tiêu chuẩn, có các chuẩn USB 1.0, 1.1 và 2.0, 2.1; các chuẩn 1.x được   dùng trong các máy vi tính với chip cầu nam là loại ICH 1, 2, 3 dành cho Pentium   2 hoặc 3. Chuẩn 2.x được dùng cho các máy vi tính cao cấp hơn Sự khác nhau cơ bản của các chuẩn 1.x và 2.x là các chân data của chuẩn   2.x được nối với VBUS và GND qua các điện trở, tạo ra sự  khác biệt cơ  bản  trong tốc độ truyền. Các USB có 3 chế độ làm việc: – Full speed : 480 Mbps (riêng cho 2.x) 167 – High speed: 12 Mbps  – Low speed: 1.5 Mbps 6.2. HDMI (High Definition Multimedia Interface) HDMI là loại giao tiếp rất mới, dự kiến khoảng giữa năm 2008 sẽ được đưa ra   thị  trường. Đây là loại giao tiếp dùng cho tất cả  các loại tín hiệu multimedia   Hình bên là dạng bên ngồi của jack HDMI, cịn các chân của nó mơ tả như hình   Chân Pin 1 Pin 2 Pin 3 Pin 4 Pin 5 Pin 6 Pin 7 Pin 8 Pin 9 Pin 10 Pin 11 Pin 12 Pin 13 Pin 14 Pin 15 Pin 16 Pin 17 Pin 18 Pin 19 Mô tả TMDS Data2+ TMDS Data2 Shield TMDS Data2– TMDS Data1+ TMDS Data1 Shield TMDS Data1– TMDS Data0+ TMDS Data0 Shield TMDS Data0– TMDS Clock+ TMDS Clock Shield TMDS Clock– CEC Reserved (N.C. on device) SCL SDA DDC/CEC Ground +5 V Power (max 50 mA) Hot Plug Detect   Transition Minimized Differential Signaling  (TMDS):   gồm   nhiều   kênh,     kênh   là  một dịng tín hiệu số  gồm 4 thành phần:  clock, data 0, data 1, data 2, nó có thể là tín  hiệu   video   số,   tín   hiệuadio   số,     tín  hiệu   DVI   hay   tín   hiệu   từ     nguồn  multimedia tổng hợp khác Đối với tín hiệu video số 4 thành phần là – Clock: xung nhịp hệ thống đưa sang để đồng bộ thu nhận, – Video tích cực: là tín hiệu video – Khoảng nghỉ (island) là khoảng thời gian qt ngược dịng – mành, – Tín hiệu kiểm tra (control) được đưa sang như tín hiệu đồng bộ qt và   168 giải mã – Bé nhí – Bé nhí – Bé nhí – Bé nhí 169 ... trong tương lai gần.  3.2.? ?Cấu? ?trúc? ?chung của? ?máy? ?vi? ?tính Máy? ?vi? ?tính? ?(PC) là một thiết bị điện tử  phức tạp và tinh vi, bao gồm các   thành phần chính như sau: Hình Cấu trúc hệ (bộ) máy vi tính tối thiểu... nghề cho học sinh. Việc dạy thực hành địi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy   đủ đồng thời cần một? ?giáo? ?trình? ?nội bộ, mang? ?tính? ?khoa học và đáp ứng với u   cầu thực tế Nội dung của? ?giáo? ?trình? ?? ?Cấu? ?trúc? ?máy? ?tính? ?? đã được xây dựng trên cơ sở  kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung... theo     máy   vi   tính   gồm     loại     máy   tính   xách   tay   (Laptop   –  Notebook) và? ?máy? ?để  bàn (Destop). Cũng có thể  phân loại? ?máy? ?vi? ?tính? ?về  cơng  nghệ, theo đó có các dịng? ?máy? ?x86, pentium v.v