CHƯƠNG 2: BO MẠCH CHỦ VÀ VI XỬ LÝ potx

 Điều khiển tốc độ và đường đi của luồng dữ liệu giữa các thiết bị trên.. Nguyên lý hoạt động của Mainboardtrọng là Chipset cầu bắc và Chipset cầu nam, chúng có nhiệm vụ là cầu nối gi

CHƯƠNG 2

BO MẠCH CHỦ

VÀ VI XỬ LÝ

I BO MẠCH CHỦ (MAINBOARD)

1 Sơ đồ khối của Mainboard

2 Chức năng của Mainboard

 Là bản mạch chính liên kết tất cả các linh

kiện và thiết bị ngoại vi thành một bộ máy

vi tính thống nhất

 Điều khiển tốc độ và đường đi của luồng

dữ liệu giữa các thiết bị trên.

 Điều khiển điện áp cung cấp cho các linh

kiện gắn chết hoặc cắm rời trên Mainboard

3 Nguyên lý hoạt động của Mainboard

trọng là Chipset cầu bắc và Chipset cầu

nam, chúng có nhiệm vụ là cầu nối giữa

các thành phần cắm vào Mainboard như

nối giữa CPU với RAM, giữa RAM với các

khe mở rộng PCI v v

 Các thiết bị kết nối với các chipset thông

qua các đường truyền gọi là Bus

4 CÁC THÀNH PHẦN TRÊN MAINBOARD

 Chipset cầu Bắc (North Bridge) và

Chipset cầu Nam (Sourth Bridge)

 Kết nối các thành phần trên Mainboard và

các thiết bị ngoại vi lại với nhau

 Điều khiển tốc độ Bus cho phù hợp giữa

các thiết bị

 Khái niệm về tốc độ Bus: là tốc độ tryền

dữ liệu giữa thiết bị với các Chipset

 Đế cắm CPU (slot hoặc socket)

 Khe cắm CPU kiểu Slot - Cho các máy Pentium 2

 Đế cắm CPU kiểu Socket 370 - Cho các máy Pentium 3

 Đế cắm CPU - Socket 423 và 478- Cho các máy Pentium 4

 Đế cắm CPU- Socket 775-Cho các máy Pentium 4 đời mới

 Đế cắm CPU - Socket 939 – cho CPU AMD

 Khe cắm bộ nhớ RAM

 Khe cắm SDRam

 Khe cắm DDRam

 Khe cắm mở rộng(Expansion slots)

 ISA ( Industry Standar Architecture - Kiến trúc tiêu chuẩn

công nghệ, 8-16 bit, tốc độ: 8-10 MHz

 PCI ( Peripheral Component Interconnect => Liên kết thiết bị ngoại vi ) 32-64 bit, tốc độ: 33 MHz

 AGP ( Accelerated Graphic Port )- Cổng tăng tốc đồ hoạ

• Đây là cổng giành riêng cho Card Video có hỗ trợ đồ hoạ, tốc độ Bus thấp nhất của khe này đạt 66MHz <=> 1X

• 1X = 66 MHZ ( Cho máy Pentium 2 & Pentium 3 )

• 2X = 66 MHz x 2 ~ 133 MHz ( Cho máy Pentium 3 )

• 4X = 66 MHz x 4 ~ 266 MHz ( Cho máy Pentium 4 )

• 8X = 66 MHz x 8 ~ 533 MHz ( Cho máy Pentium 4 )

• 16X = 66 MHz x 16 ~ 1066 MHz ( Cho máy Pentium 4

 Các thành phần khác

 Bộ nhớ Cache :

• Là bộ nhớ đệm nằm giữa bộ nhớ RAM và CPU nhằm rút ngắn thời gian lấy dữ liệu trong lúc CPU xử lý, có hai loại Cache là: Cache L1 và Cache L2

 Các cổng giao tiếp

 Đầu cắm nguồn

 Jumper và Switch(máy p2, p3)

• Thiết lập tốc độ Bus cho CPU

• Thiết lập số nhân tốc độ của CPU

• Clear ( Xoá ) chương trình trong CMOS

Đặc điểm các thế hệ Mainboard

 Mainboard của máy Pentium 2

- CPU gắn vào Mainboard theo

kiểu khe Slot 1

 Mainboard máy Pentium 3

-CPU gắn vào Mainboard theo

- Trên Mainboard có các Jumper

để thiết lập tốc độ, các đời về sau

không có

- Sử dụng SDRam có Bus 100MHz

 Mainboard máy Pentium 4 soket 478

-CPU gắn vào Mainboard theo kiểu

 Mainboard máy Pentium 4 socket 775

-CPU gắn vào Mainboard

theo kiểu đế cắm Socket 775

-Hỗ trợ tốc độ CPU từ 2GHz

đến trên 3,8GHz

-Tốc độ Bus của CPU ( FSB )

từ 533MHz trở lên

-Sử dụng Card Video AGP

16X hoặc Card Video PCI

Express16X

 Mainboard Socket 939 cho CPU hãng AMD

-Sử dụng CPU của hãng AMD

gắn vào Mainboard theo kiểu

 Mainboard Socket 775 hỗ trợ Chip Intel

Core™ 2 DuoProcessor và hỗ trợ Dual DDR2

-CPU gắn vào Mainboard

theo kiểu đế cắm Socket 775

BIOS

- CPU gắn vào Mainboard

Tài nguyên hệ thống

phần mềm sử dụng để trao đổi thông tin với phần kia

 Số yêu cầu ngắt (Interrupt request numbers -IRQs)

 Địa chỉ bộ nhớ

 Địa chỉ vào/ra (Input/Output - I/O)

Bus điều khiển

Những dòng trên bus điều khiển hoạt động độc lập với nhau

a Số yêu cầu ngắt (Interrupt request numbers

-IRQs)

 Là một đường truyền trong những đường truyền

của bo mạch chủ mà thiết bị phần cứng có thể sử dụng để gửi tín hiệu đến CPU, thông báo thiết bị

cần được chú ý Một số đường có độ ưu tiên cao

hơn so với những đường khác Mỗi đường IRQ

được gán cho một số (từ 0 tới 15) để nhận dạng.

IRQ Địa chỉ vào ra Thiết bị

5 0278 – 027F Card âm thanh hoặc cổng song song LPT 2

6 03F0 – 03F7 Bộ điều khiển ổ đĩa mềm

7 0378 – 03F7 Cổng song song cho máy in LPT 1

b Địa chỉ bộ nhớ

 Là những số được gán cho bộ nhớ vật lý trong các

chíp RAM hoặc các chíp ROM Phần mềm có thể truy

cập bộ nhớ bằng cách sử dụng các địa chỉ này Địa chỉ

bộ nhớ được được truyền trên đường truyền địa chỉ.

 Hệ điều hành coi bộ nhớ tương tự một danh sách dài các ô dùng để chứa dữ liệu và lệnh

 Mỗi ô được gán cho một số

 Bắt đầu bằng số 0

c Địa chỉ vào/ra

 Là số được gán cho các thiết bị phần cứng, phần mềm sử dụng các số này để gửi lệnh đến thiết bị Mỗi thiết bị "nghe" trên các số này và trả lời theo các số đã được gán cho nó Địa chỉ vào/ra được

truyền trên đường truyền địa chỉ.

CPU truyền một Công cụ sở hữu địa

d Các kênh DMA

 Một số được chỉ định cho một kênh mà qua nó thiết bị có

thể chuyển dữ liệu tới bộ nhớ mà không cần qua CPU Kênh DMA là đường trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa thiết bị và bộ

nhớ

 Các máy tính đời đầu sử dụng các kênh 0, 1, 2, 3

 Các kênh 5, 6, và 7 đã được thêm vào và kênh 4 được

dùng để thay thế các DMA mức thấp hơn

truyền dữ liệu 8-bit Đẩy nhanh tốc độ truyền dữ liệu 16-bit nhưng không truyền tới công cụ ISA 8-bit

(Central Processing Unit)

II CPU (Central Processing Unit)

 Là đơn vị xử lý trung tâm, thực hiện toàn bộ quá trình xử lý,

tính toán và điều khiển hệ thống

 Đơn vị điều khiển (CU: control unit)

• Điều khiển hoạt động của hệ thống theo chương trình đã dịch sẵn

 Đơn vị số học & Logic (ALU: Arimethic Logic Unit)

• Thực hiện phép toán số học và logic

 Tập các thanh ghi (Registers)

Nguyên lý hoạt động

 Đối với CPU, do việc xử lý thông tin trong CPU là hoàn toàn

tự động theo những chương trình có sẵn trong bộ nhớ

 CPU cần phải biết thời điểm đọc lệnh, đọc lệnh xong thì mới chuyển đến thời điểm CPU tiến hành giải mã lệnh, giải mã lệnh xong thì CPU mới tiến hành việc thực hiện lệnh Thực hiện xong thì CPU mới tiến hành việc đọc lệnh kế tiếp

 Đây là các công đoạn khi CPU thực hiện và không thể lẫn

lộn được mà phải được thực hiện một cách tuần tự

 Để giải quyết vấn đề này, trong CPU cần phải có một bộ tạo nhịp thời gian làm việc (CPU Clock) Tại nhịp thời gian này, CPU thực hiện việc đọc lệnh, tại nhịp thời gian tiếp theo,

 Ví dụ: Việc phân chia thời gian thực hiện

lệnh đối với một CPU (đời cũ) có thể mô tả

1 Các yếu tố tác động đến hiệu suất của CPU

Bus và Add Bus )

vào chân ) còn gọi là FSB

Bus điều khiển

Những dòng trên bus điều khiển hoạt động độc lập với nhau

a Bus dữ liệu và Bus địa chỉ

 Độ rộng Bus dữ liệu là số lượng đường truyền dữ liệu bên trong và

bên ngoài CPU Như ví dụ hình dưới đây thì CPU có 12 đường truyền

dữ liệu (ta gọi độ rộng Data Bus là 12 bit ), hiện nay trong các CPU từ Pentium 2 đến Pentium 4 đều có độ rộng Data Bus là 64 bit

 Độ rộng Bus địa chỉ ( Add Bus ) cũng là số đường dây truyền các

thông tin về địa chỉ Địa chỉ ở đây có thể là các địa chỉ của bộ nhớ

b Tốc độ xử lý và tốc độ Bus của CPU

chạy bên trong của CPU, tốc độ này được

tính bằng MHz hoặc GHz

 Thí dụ một CPU Pentium 3 có tốc độ 800MHz tức là nó dao

động ở tần số 800.000.000 Hz , CPU pentium 4 có tốc độ là 2,4GHz tức là nó dao động ở tần số 2.400.000.000 Hz

liệu ra vào các chân của CPU - còn gọi là Bus phía trước : Front Side Bus ( FSB )

 Đặc biệt: CPU thế hệ Core i7 không sử dụng FSB mà sử

dụng QPI (Quick Path Interconect)

Công nghệ QPI (Quick Path Interconect)

c Bộ nhớ Cache ( Bộ nhớ đệm )

 Bộ nhớ Cache là bộ nhớ nằm bên trong của CPU,

nó có tốc độ truy cập dữ liệu theo kịp tốc độ xử lý của CPU, điều này khiến cho CPU trong lúc xử lý

không phải chờ dữ liệu từ RAM vì dữ liệu từ RAM

phải đi qua Bus của hệ thống nên mất nhiều thời gian.

Một số loại CPU thông dụng

 CPU cho các máy Pentium 4

Các dòng CPU mới

Core Duo

Core Duo

Core 2 Duo

Core i7

• Đưa Memory

Controller Hub (MCH) vào trong CPU và trở thành Intergrated Memory Controller (IMC)

•Khái niệm Front Side Bus (FSB) truyền thống được thay thế bằng

QuickPath Interconnect (QPI)

Công nghệ Hyper-Threading trong Core i7

Tóm lược những đặc điểm chính của Nehalem

Stream Detector , 06 cổng gửi dữ liệu – Dispatch …)

( Branch Target Buffer )

với bộ vi xử lí 65nm Core 2 và giảm 20% so với 45nm Core 2

Khởi động máy tính

tra khi bật điện (POST) và gán các tài

BIOS khởi động

I BIOS khởi động chạy chương trình Tự kiểm tra khi bật điện

(POST) và gán các tài nguyên hệ thống

4 Thực hiện quá trình POST

 Tiếp theo, POST ghi vào rồi đọc ra một số mẫu dữ liệu khác nhau đối với từng byte bộ nhớ (bạn có thể nhìn thấy các byte được đếm trên màn hình).

 Cuối cùng, POST tiến hành thông tin với từng thiết bị(bạn

sẽ nhìn thấy các đèn báo ở bàn phím và ổ đĩa sáng nhấp nháy và máy in được reset chẳng hạn)

 BIOS sẽ tiếp tục kiểm thử các phần cứng rồi xét qua ổ

5 Các ngắt phần cứng bị vô hiệu

6 CPU tiếp tục khởi động và kiểm tra:

 16K RAM đầu tiên

 Các thiết bị phần cứng được lắp trên máy tính được

kiểm kê và so sánh với thông tin cấu hình

II BIOS tìm kiếm và nạp hệ điều hành

 BIOS khởi động kiểm tra trong thiết lập CMOS để xác định thiết bị khởi động

 Tìm kiếm Master Boot Record (MBR) có chương trình khởi động và bảng phân vùng Bản ghi khởi động hệ điều hành nạp file chương trình đầu tiên (Windows NT/2000/XP: Ntldr.Windows 9x: Io.sys)

 Chương trình nạp hệ điều hành bắt đầu quá trình nạp

hệ điều hành vào bộ nhớ

Ổ cứng

phần đầu ổ cứng

Chương trình MBR

Bảng phân vùng cung cấp thông tin

về vị trí ổ logíc Xác định ổ khởi động

Ổ C bắt đầu tại đây với bản ghi khởi động hệ điều hành

BIOS tìm kiếm và nạp hệ điều hành

Quá trình đọc file Boot Record

 Rãnh đầu tiên (rãnh 0) trên các đĩa loại tương

thích với IBM PC Sau khi bật mở máy, phần

mềm khởi động trong ROM sẽ ra lệnh cho máy

tính đọc khối dữ liệu đầu tiên trên rãnh này và

nạp vào máy bất kỳ chương trình nào tìm thấy ở đây.

 Nếu máy đọc một đĩa hệ thống thì chương trình

trong bảng ghi khởi động sẽ hướng máy tính vào thư mục gốc để nạp MS-DOS vào máy

 Hệ điều hành cấu hình hệ thống và hoàn

thành việc nạp bản thân nó