Giáo trình kiến trúc máy tính

1 MỤC LỤC BÀI 1 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 8 1.1 Kiến trúc máy tính 8 1.1.1 Cấu trúc chung 8 1.1.2 Nguyên lý hoạt động chung 9 1.1.3 Quá trình làm việc CPU với thiết bị ngoại vi/bộ nhớ 9 1.2 Cấu trúc MainBoard 11 1.2.1 Vi xử lý 11 1.2.2 Bộ nhớ chính 11 1.2.3 Chip cầu nối hạ tốc độ 11 1.2.4 Bộ nhớ đệm Cache 12 1.2.5 Bộ nhớ ROM BIOS 12 1.2.6 RAM CMOS 12 1.2.7 Chip I/O 13 1.3 Cấu trúc chung bộ vi xử lý 13 1.3.1 Sơ đồ khối của VXL 13 1.3.2 Nguyên lý làm việc 13 BÀI 2 BUS MỞ RỘNG (EXPANTION BUS) 14 2.1 ISA (Industry Standard Architecture) 15 2.2 PCI (Peripheral Component Interconect) 15 2.3 AGP (Accelerate Graphic Port) 15 2.4 PCI Express 16 BÀI 3 BO MẠCH CHỦ (MAINBOARD) 18 3.1 Sơ đồ khối của mainboard 18 3.2 Chức năng MainBoard 19 3.3 Nguyên lý hoạt động của Mainboard 19 3.4 Các thành phần trên MainBoard 20 3.4.1 Chipset MCH, ICH 21 3.4.2 Đế cắm CPU 21 3.4.3 Khe cắm bộ nhớ RAM 23 3.4.4 Khe cắm mở rộng 24 3.4.5 ROM BIOS 25 3.4.6 Các Cổng I/O 25 3.4.7 Đầu cắm nguồn 26 3.5 Một số công nghệ 26 3.5.1 Dual BIOS 26 2 3.5.2 Dual VGA 26 3.5.3 Dual chanel DDR 26 3.5.4 RAID (Redundant Array of Independent Disks) 27 BÀI 4 BỘ NHỚ (MEMORY) 31 4.1 Khái niệm 31 4.2 Bộ nhớ chính 31 4.2.1 ROM (Read Only Memory) 31 4.2.2 RAM (Random Access Memory) 31 4.3 Các loại bộ nhớ khác 32 4.3.1 Cache 32 4.3.2 Bộ nhớ Shadow 32 4.4 Các kiểu cấu tạo bộ nhớ 32 4.4.1 SIMM (Single In-line Memory Modul): 32 4.4.2 DIMM (Dual In-line Memory Modul): 33 4.4.3 Card nhớ 35 BÀI 5 BỘ VI XỬ LÝ (PROCESSOR) 36 5.1 Sơ lược sự phát triển 36 5.2 Đặc điểm một số loại Chip VXL: 36 5.3 Các thông số kỹ thuật 41 5.3.1 Xung nhịp (Clock) 41 5.3.2 Băng thông giao tiếp (FSB: Front Side Bus) 41 5.3.3 Bộ nhớ đệm (Cache) 41 5.3.4 Công nghệ sản xuất (Micros) 41 5.3.5 Tập lệnh 42 5.4 Các loại đế cắm của CPU 43 BÀI 6 CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 45 6.1 Màn hình CRT (Cathode Ray Tube) 45 6.2 Màn hình CRT màu 45 6.3 Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) 47 6.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 48 6.4 Màn hình PLASMA 50 6.4.1 Plasma và sự phóng điện phát quang 50 6.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 51 6.5 Máy in Laser (Laser printer) 56 6.5.1 Nguyên tắc chung 56 6.5.2 Cấu tạo 57 3 6.5.3 Hoạt động 58 6.5.4 Đặc điểm 59 6.6 Máy in phun (Inkjet printer) 59 6.6.1 Máy in phun bong bóng nhiệt 60 6.6.2 Máy in phun áp điện 60 6.6.3 Đặc điểm : 61 6.7 Chuột cơ (mechanical mouse) 61 6.8 Chuột quang (Optic mouse) 62 6.8.1 Cấu tạo của chuột quang 63 6.8.2 Hệ thống quang 64 6.8.3 Nguyên lý hoạt động 66 6.9 Chuột không dây 69 6.10 Bàn phím (KeyBoard) 69 6.10.1 Giới thiệu 69 6.10.2 Cấu tạo 69 6.10.3 Nguyên lý hoạt động 71 6.11 Ổ đĩa cứng 72 6.11.1 Cấu tạo 72 6.11.2 Đặc điểm 73 6.11.3 Nguyên tắc lưu trữ trên đĩa cứng 73 6.11.4 Chuẩn giao tiếp 74 6.12 Ổ đĩa quang và đĩa quang 75 6.12.1 Cấu tạo đĩa quang 75 6.12.2 Nguyên lý ghi dữ liệu 75 6.12.3 Nguyên lý đọc dữ liệu 76 6.12.4 Cấu tạo ổ đĩa quang 77 6.13 Ổ USB (Universal Serial Bus) 79 BÀI 7 LẮP RÁP CÁC THIẾT BỊ HỆ THỐNG 80 7.1 Xác định các cổng I/O 80 7.1.1 Cổng nối tiếp 80 7.1.2 Cổng song song 80 7.1.3 Cổng PS/2 80 7.1.4 Ghép nối USB 80 7.2 IEEE1394 82 7.2.1 IEEE 1394a 82 7.2.2 IEEE 1394b 83 4 7.3 Qui trình lắp ráp 84 7.3.1 Chọn thiết bị 84 7.3.2 Chọn thiêt bị theo mục đích sử dụng 84 7.3.3 Chọn thiết bị theo tính tương thích 84 7.3.4 Thông số kỹ thuật 85 7.3.5 Chuẩn bị Mainboard 85 7.3.6 Gắn CPU vào mainboard 85 7.3.7 Gắn quạt giải nhiệt cho CPU 86 7.3.8 Gắn RAM vào Mainboard 87 7.3.9 Chuẩn bị lắp main vào thùng máy 87 7.3.10 Gắn mainboard và thùng máy 87 7.3.11 Gắn các card mở rộng: 88 7.3.12 Ổ đĩa cứng 89 7.3.13 Ổ đĩa mềm 90 7.3.14 Ổ đĩa quang 90 7.3.15 Gắn dây công tấc của Case 91 7.3.16 Các ký hiệu trên mainboard 91 7.4 Kết nối PC với các thiết bị ngoại vi 92 7.4.1 Cổng kết nối nguồn điện (Power) 92 7.4.2 Cổng PS/2 92 7.4.3 Cổng Parallel (song song) 93 7.4.4 Cổng USB 93 7.4.5 Cổng Firewire 94 7.4.6 Cổng Ethernet (mạng) 94 7.4.7 Cổng Audio (Âm thanh) 95 7.4.8 Cổng VGA 95 7.4.9 Cổng S-Video 96 7.4.10 Cổng DVI 96 7.4.11 Cổng Modem 97 BÀI 8 THIẾT LẬP CẤU HÌNH CMOS 98 8.1 CMOS là gì? 98 8.2 Thiết lập cấu hình CMOS 99 8.3 CMOS của mainboard thông dụng 100 8.3.1 STANDARD CMOS SETUP 101 8.3.2 BIOS FEATURES SETUP (ADVANCED CMOS SETUP) 102 8.3.3 INTEGRATED PERIPHERALS 102 5 8.3.4 CMOS của dòng máy Compaq 104 BÀI 9 PHÂN VÙNG ĐỊNH DẠNG ĐĨA CỨNG 105 9.1 Định dạng đĩa cứng 105 9.1.1 Định dạng đĩa cứng 105 9.1.2 Định dạng vật lý 105 9.1.3 Định dạng Logic 106 9.1.4 Quản lý các Partition 106 9.1.5 Hệ tập tin 106 9.1.6 Các loại Partition 107 9.2 Chương trình partition magic 108 9.2.1 Giao diện Chương trình Partition Magic Pro 109 9.2.2 Tạo Partition 110 9.2.3 Kích hoạt phân vùng 114 9.2.4 Format Partition 116 9.2.5 Nối 2 Partition cạnh nhau thành 1 Partition 117 9.2.6 Sao chép Partition 119 9.2.7 Xóa Partition 120 9.2.8 Các chức năng nâng cao 122 BÀI 10 CÀI ĐẶT HỆ ĐIỀU HÀNH 123 10.1 Cài đặt Windows XP 123 10.1.1 Chuẩn bị 123 10.1.2 Tiến hành cài đặt 123 10.2 Cài đặt DRIVER 135 10.2.1 Driver là gì? 135 10.2.2 Quản lý thiết bị 135 10.2.3 Cài đặt Driver 136 10.2.4 Xem cấu hình máy 144 BÀI 11 MSCONFIG - REGEDIT 146 11.1 System Configuration Utility Msconfig 146 11.1.1 Giới thiệu MSConfig 146 11.1.2 Khởi động MSConfig 146 11.1.3 Giao diện MSConfig : 146 11.2 Registry Editor – Regedit 148 11.2.1 Giới thiệu Regedit 148 11.2.2 Khởi động Regedit : 148 11.2.3 Giao diện Regedit : 149 6 11.2.4 Nạp một file .reg vào Registry 149 11.2.5 Sao lưu Registry 149 11.2.6 Làm việc với key 150 11.2.7 Làm việc với nội dung key (value) 151 11.2.8 Tìm kiếm 152 11.2.9 Một số value thông dụng trong Registry : 153 11.2.10 Một số lưu ý khi dùng Regedit 153 BÀI 12 SAO LƯU PHỤC HỒI HỆ THỐNG 155 12.1 Chuẩn bị 155 12.2 Sao lưu hệ thống 157 12.3 Phục hồi hệ thống 161 BÀI 13 SAO LƯU VÀ PHỤC HỒI DRIVER 165 13.1 Giới thiệu 165 13.2 Sao lưu Driver 165 13.3 Sao lưu Driver vào thư mục 168 13.4 Sao lưu Driver thành file .exe 169 13.5 Phục hồi Driver 171 13.5.1 Phục hồi Driver bằng file tự động cài đặt (.exe) 172 BÀI 14 PHỤC HỒI DỮ LIỆU 173 14.1 Giới thiệu 173 14.2 Phục hồi dữ liệu 173 BÀI 15 CHUẨN ĐOÁN LỖI BẢO TRÌ HỆ THỐNG 178 15.1 Một số lỗi khi sử dụng máy tính 178 15.2 Một số lỗi hệ điều hành 178 15.2.1 CPU 178 15.2.2 RAM 179 15.2.3 MAINBOARD 179 15.2.4 Card mở rộng 179 15.2.5 Các thiết bị lưu trữ 180 15.2.6 Monitor 181 15.2.7 Mouse và Keyboard 181 15.2.8 Máy in và thiết bị ngoại vi 181 15.3 Thông báo lỗi khi khởi động 182 15.4 Mô tả lỗi chẩn đoán POST 183 15.4.1 BIOS AMI 183 15.4.2 BIOS PHOENIX 184 7 15.5 Xử lý sự cố đĩa mềm 185 15.6 Xử lý sự cố ổ đĩa cứng 186 15.7 Xử lý sự cố Password 186 15.7.1 Sử dụng OMNIPONENT PASSWORD 187 15.7.2 Xóa CMOS bằng phần mềm 187 15.7.3 Xóa AWARD Password 187 15.7.4 Xóa AMI BIOS password 188 15.8 Xóa CMOS bios bằng phần cứng: 188 15.9 Kiểm tra nguồn ATX 189 15.9.1 Cấu trúc bộ nguồn ATX 189 15.9.2 Các bước kiểm tra 190 15.10 Một số thiết bị ngoại vi 192 15.10.1 Sơ đồ chân của Mouse PS/2 192 15.10.2 Sơ đồ bố trí chân của Keyboard PS/2 193 15.10.3 Sơ đồ kết nối chân cổng USB 193 15.10.4 Sơ đồ chân Jack RJ-45 193 15.10.5 Sơ đồ chân cổng COM1, COM2 194 15.10.6 Sơ đồ chân cổng VGA 194 15.10.7 Cách kiểm tra 194 8 Bài 1 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 1.1 Kiến trúc máy tính 1.1.1 Cấu trúc chung CPU (Central Processing Unit) : Là đơn vị xử lý trung tâm gồm 2 thành phần chính : đơn vị điều khiển (Control Unit) và đơn vị số học luận lý (ALU: Arithmetic Logic Unit). Bộ nhớ (Memory) : Chức năng của bộ nhớ là lưu trữ thơng tin (chương trình và dữ liệu). Bộ nhớ là tập hợp các ơ nhớ theo một trật tự nhất định. Mỗi ơ nhớ có một địa chỉ riêng. Thiết bị vào (Input Device) : Thiết bị vào có chức năng nhập thơng tin cho máy tính bằng cách chuyển các dạng thơng tin (chữ, âm, hình, ) thành tín hiệu số (Digital) đưa vào máy tính. Thiết bị ra (Output Device) : Thiết bị ra có chức năng xuất thơng tin cho máy tính bằng cách biến tín hiệu số nhận được từ máy tính thành các dạng thơng tin cung cấp cho con người. BUS hệ thống : Là đường truyền tín hiệu trong máy tính. Hệ thống bao gồm 3 nhóm bus : CPU BỘ NHỚ TRONG RAM ROM GHÉP NỐI VÀO GHÉP NỐI RA BUS HỆ THỐNG (bus A, bus D, bus C) THIẾT BỊ RATHIỆT BỊ VÀO CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 9  Bus địa chỉ (bus A: Address) dùng để truyền các thông tin địa chỉ ô nhớ hay thiết bị mà CPU chọn để truy cập, đây là loại Bus một chiều.  Bus dữ liệu (bus D: Data) dùng để trao đổi dữ liệu, bus thường có 8, 16, 32, 64 đường riêng biệt, số đường của bus gọi là độ rộng của bus, đây là loại bus 2 chiều.  Bus điều khiển (bus C:Control) dùng để truyền các tín hiệu điều khiển. Tín hiệu điều khiển do CPU hay thiết bị phát ra để điều khiển quá trình trao đổi dữ liệu trong máy tính. 1.1.2 Nguyên lý hoạt động chung Chức năng cơ bản của máy tính là thực hiện chương trình. Chương trình là tập hợp các lệnh chứa trong bộ nhớ. CPU thực hiện chương trình bằng cách tuần tự thực hiện các lệnh trong chương trình này. CPU hoạt động theo xung nhịp, CPU nạp lệnh từ bộ nhớ và thực hiện lệnh vừa nạp. Việc thực hiện chương trình thực chất là sự lặp lại quá trình mạp và thực thi lệnh. Mỗi lệnh được thực hiện qua 5 giai đoạn : nhận lệnh, giải mã lệnh, tạo địa chỉ toán hạng, nhập toán hạng, thực hiện lệnh. 1.1.3 Quá trình làm việc CPU với thiết bị ngoại vi/bộ nhớ CPU thực hiện trao đổi thông tin với các thiết bị ngoại vi thông qua các thiết bị giao tiếp. Thiết bị giao tiếp là thiết bị khả trình, mỗi thiết bị có 3 loại thanh ghi : Thanh ghi điều khiển, thanh ghi trạng thái và thanh ghi dữ liệu. Các thanh ghi điều khiển nhận và chứa các từ điều khiển xác lập chế độ làm việc của thiết bị. Các thanh ghi trạng thái chứa các thông tin phản ánh trạng thái làm việc của thiết bị. Thanh ghi dữ liệu thực hiện chức năng bộ đệm, chứa tạm dữ liệu vào/ra. 10 Do VXL có kích thước nhỏ, nên khơng thể dành riêng cho mỗi thiết bị ngoại vi 1 bus riêng. Vì thế, tất cả các thiết bị ngoại vi đều được nối về VXL theo các bus chung. Tuy nhiên để tránh nhầm lẫn và truyền thơng tin sai địa chỉ, VXL trong 1 thời điểm chỉ làm việc với 1 thiết bị ngoại vi hay ơ nhớ. Q trình làm việc của VXL với các thiết bị ngoại vi diễn ra như sau: Bước 1: VXL khi cần trao đổi thơng tin với thiết bị I/O nào thì sẽ phát địa chỉ của thiết bị đó theo mã nhị phân trên bus địa chỉ. Giả sử bus địa chỉ có 8 dây, 8 dây đang truyền số nhị phân 00000010, số nhị phân này có giá trị thập phân là 2 và thập lục phân là 2h. Điều đó có nghĩa là VXL cần làm việc với thiết bị I/O có địa chỉ là 2 (hoặc 2h). Khi đó bộ giải mã địa chỉ, có ở mỗi thiết bị ngoại vi sẽ nhận được số nhị phân nói trên từ bus A và so sánh với địa chỉ của mình. Nếu đúng thì bộ giải mã địa chỉ sẽ phát tín hiệu để mở bộ đệm số liệu – phần nối giữa thiết bị số 2 và bus D, còn các bộ đệm dữ liệu của các thiết bị khác sẽ đóng lại. Bước 2: VXL trao đổi dữ liệu với thiết bị số 2 qua bus D. Còn trên bus C chỉ truyền tín hiệu đọc/viết (R/W) để xác định chiều trao đổi dữ liệu.  R/W = 1 : VXL đọc dữ liệu từ thiết bị ngoại vi hay dữ liệu được truyền từ thiết bị ngoại vi về VXL.  R/W= 0 : VXL viết dữ liệu vào thiết bị ngoại vi hay dữ liệu được truyền từ VXL đến thiết bị ngoại vi. C P U Thiết bò 2 Bộ đệm số liệu BUS ĐỊA CHỈ Thiết bò 1 Bộ đệm số liệu CS CS R/W BUS SỐ LIỆU BUS ĐIỀU KHIỂN Bộ giải mã đòa chỉ chọn thiết bò [...]... SDC, MMC ) Sau đó, Card nhớ được gắn vào máy tính qua một khe đặc biệt mà không cần phải mở vỏ máy tính Dung lượng hiện nay đã lên đến 4GB… 35 Bài 5 BỘ VI XỬ LÝ (PROCESSOR) 5.1 Sơ lược sự phát triển Không chỉ trong máy vi tính cá nhân (PC: Personal Computer) mà bộ vi xử lý còn được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác như: Điều khiển tự động, máy chuyên dùng, máy in…và được nhiều hãng sản xuất chúng... 6800,68000…) Thế hệ máy tính PC đầu tiên là máy XT, tương ứng với CPU 8068 và 80186 do hãng Intel cung cấp Sau đó Intel tiếp tục đưa ra bộ vi xử lý 80286 tương ứng với máy AT (năm 1989) Từ đây, bộ vi xử lý liên tục được cải tiến và các thế hệ lần lượt ra đời là 80386, 80486 Lúc này, trên thị trường không chỉ hãng Intel mà có rất nhiều hãng sản xuất CPU cho máy vi tính như : Cyrix, AMD …Đến thế hệ máy 586(80586)... Mainboard là bảng mạch điện chính, quan trọng nhất của hệ thống máy tính, là nơi chứa bộ vi xử lý, bộ nhớ chính, các khe cắm mở rộng, là nơi kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp mọi thành phần của máy tính với nhau 3.1 Sơ đồ khối của mainboard 18 3.2 Chức năng MainBoard Liên kết các linh kiện và các thiết bị ngoại vi cấu thành nên máy vi tính Điều khiển tốc độ và đường đi của luồng dữ liệu giữa các thiết... BIOS, đây là nơi chứa chương trình điều khiển các công việc truy xuất cơ bản của PC Ngoài ra ROM còn được dùng trên những Card giao tiếp như VGA Card, Sound Card Cũng có các loại ROM đơn thuần chỉ để chép chương trình, ta chú ý các loại ROM sau:  PROM : ROM lập trình được bởi người sử dụng  EPROM : ROM lập trình được và dữ liệu được xoá bằng tia cực tím  EEPROM : ROM lập trình được và xoá bằng xung... đơn vị EU và BIU có thể làm việc độc lập với nhau 13 Bài 2 BUS MỞ RỘNG (EXPANTION BUS) Trong máy vi tính sự phối hợp hoạt động nhịp nhàng và đồng bộ trong hoạt động của CPU và các thiết bị khác như: HDD, FDD nhờ hệ thống BUS được thiết kế trên MainBoard Tuy nhiên để tăng cao hiệu quả cho việc ứng dụng máy tính trong nhiều lĩnh vực (nhất là trong lĩnh vực điều khiển, Mutilmedia Interface) người ta... đã thiết kế thêm trên Mainboard những hệ thống Bus mở rộng Những Bus này thiết kế theo một tiêu chuẩn nhất định (do những nhà sản xuất máy tính quy định) giúp cho người sử dụng có thể dựa vào những tiêu chuẩn đó để thiết kế những Card chuyên dùng giao tiếp với máy vi tính (ví dụ như : Card ghi nạp EPROM, Card điều khiển hệ thống ánh sáng trên những sân khấu ca nhạc, vũ trường ) Những Bus mở rộng được... độ truyền giữa 2 thiết bị này 1.2.5 Bộ nhớ ROM BIOS PC chỉ hoạt động được khi bên cạnh phần cứng, máy còn được nạp các chương trình phần mềm điều khiển, trong đó phải kể đến HĐH HĐH thường được chia làm 2 phần: Phần thứ nhất được nạp cố định vào ROM và VXL được thiết kế để chạy ngay phần này khi vừa bật máy Phần thứ hai thường được nạp vào đĩa cứng Phần HĐH nạp vào trong ROM chủ yếu là các lệnh kiểm... độ truy xuất của ROM BIOS rất chậm, những chương trình con trong ROM lại là những thủ tục thường hay truy cập nhất Vì thế để tăng tốc độ làm việc của PC, người ta thiết kế thêm bộ nhớ Shadow bằng cách dành riêng một vùng nhớ RAM để nạp các chương trình trong ROM như: ROM BIOS, Video BIOS ROM vào sẵn một vùng nhớ của RAM đã được quy định trước trong quá trình Boot Và khi cần truy cập đến các thủ tục... hỗ trợ : Ngắt (interup), thâm nhập bộ nhớ trực tiếp DMA, định thời 1.3 Cấu trúc chung bộ vi xử lý 1.3.1 Sơ đồ khối của VXL Bus A Đơn vị định địa chỉ (AU) Đơn vị ghép nối bus (BIU) Hàng nhận lệnh trước (PQ) Đơn vị thực hiện lệnh (EU) Bus D ALU Các thanh ghi Đơn vị lệnh (IU) Đv đk (CU) 1.3.2 Nguyên lý làm việc AU dựa vào kết quả tính toán từ EU sẽ truyền địa chỉ cần truy nhập vào bus A thông qua BIU Như... tốc độ ra vào Card Sound gắn trên khe PCI chỉ có 66MHz) Để hiểu rõ hơn quá trình làm việc của Mainboard ta lấy ví dụ sau: Khi ta nghe 1 bản nhạc, đầu tiên dữ liệu của bản nhạc được nạp từ ổ đĩa cứng lên bộ nhớ RAM, sau đó dữ liệu được CPU xử lý và tạm thời đưa kết quả xuống RAM trước khi đưa qua Card Sound phát ra loa Hành trình của dữ liệu di chuyển như sau:  Dữ liệu đọc trên đĩa cứng truyền qua