Cấu trúc-Nguyên lý hoạt động máy tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG -------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG Đề tài : Cấu trúc máy tính dùng bộ vi xử lý Pentium Giáo viên hướng dẫn: Thạc Sĩ LÊ DŨNG Sinh viên thưc hiện: NGUYỄN XUÂN SƠN Lớp : CĐ ĐTVT K_4 Hà Nội ,tháng 3 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨAVIỆTNAM 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỘC LẬP -TỰ DO-HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP 1.Đầu đề thiết kế: 2.Các số liệu ban đầu: 3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 4.Các bản vẽ(Ghi số lượng và kích thước bản vẽ): 5.Cán bộ hướng dẫn: Họ và tên cán bộ hướng dẫn 6.Ngày giao nhiệm vụ thiết kế…… 2 7.Ngày hoàn thành nhiệm vụ:……… Ngày tháng năm 2005 CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI Kết quả điểm đánh giá -Quá trình thiết kế: Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án cho khoa -Điểm duyệt : -Điểm bảo vệ : Ngày tháng năm 2005 NGÀY THÁNG NĂM 2005 3 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SINH VIÊN (Ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN XUÂN SƠN . Lêi c¶m ¬n Trong suốt quá trình học tập tại khoa ĐTVT-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,chúng em đã được quý thầy cô cung cấp và truyền đạt 4 các kiến thức chuyên môn cần thiết và quý giá.Bên cạnh đó chúng em còn được rèn luyện thêm một tinh thần độc lập, sáng tạo trong học tập cũng như trong công tác . Đây là vốn quý thiết thực cho công việc của chúng em khi về công tác tại các cơ quan. Đồ án tốt nghiệp này là sự tổng thể và áp dụng tất cả các kiến thức mà chúng em đã được tiếp thu ở trên lớp và qua một quá trình thực tế đi thực tập,cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình ,hết mình về thời gian và công sức của thầy giáo hướng dẫn là ThS LÊ DŨNG. Tuy nhiên ,do sự tiếp thu kiến thức của chúng em còn có những hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót ,kính mong quý thầy cô chiếu cố.Sự góp ý phê bình , đánh giá khả năng học tập đối với chúng em của quý thấy cô là bài học kinh nghiệm quý giá cho chặng đường tiếp theo của chúng em sau khi ra trường. Là sinh viên ngành ĐTVT, được đào tạo tại một ngôi trường giàu truyền thống là Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội,chúng em rất tự hào về khoa mà mình đang theo học ,tự hào về những thầy cô,về sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ,của sự ươm mầm cho tương lai đất nước Việt Nam nói riêng và cho thế giới. Một lần nữa ,chúng em xin chân thành cảm ơn công lao to lớn của các thầy cô.Kính chúc các thầy cô mạnh khỏe ,tiếp tục truyền đạt những kinh nghiệm ,những bài học cho các thế hệ sinh viên tương lai. GIỚI THIỆU Tin học là một trong các nghành khoa học đang phát triển tại Việt Nam .Dù chưa có thời gian phát triển lâu như ở các nước khác 5 trên thế giới nhưng cũng đã có những đóng góp không nhỏ trong sự phát triển chung của các lĩnh vực của đời sống. Xu hướng phát triển hệ thống thông tin trên thế giới là xã hội hóa thông tin ,thông tin mang tính toàn cầu .Thị trường tin học nước ta cũng lớn mạnh theo ,rất nhiều công ty hàng đầu thế giới về tin học đã mở rộng lĩnh vực hoạt động sang Việt Nam .Intel là một công ty hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất bộ vi xử lý máy tính đã đến Việt Nam để mở rộng thị trường.Bộ vi xử lý Pentium của Intel hiện là bộ vi xử lý được sử dụng rộng rãi nhất ,với rất nhiều ưu điểm và được tối ưu để phục vụ cho công việc. Hiên nay các thiết bị tin học ngày càng được các công ty công sở cũng như người dân sử dụng,nhưng số người có hiểu biết về máy tính chưa nhiều.Đồ án này của em trình bày những hiểu biết cơ bản về máy vi tính dùng bộ vi xử lý Pentium nhằm mục đích đóng góp một phần nhỏ nào đó trong việc tìm hiểu máy tính và vi xử lý Pentium.Do thời gian tìm hiểu có hạn và khả năng nghiên cứu chưa được chuyên sâu nên trong đồ án của em còn có nhiều thiếu sót về sự trình bày cũng như kiến thức. NỘI DUNG ĐỒ ÁN Lời cảm ơn 5 Giới thiệu .6 6 CHƯƠNG 1 Các thành phần cơ bản của máy tính cá nhân 9 1.1 Các loại hình máy tính cá nhân 9 1.2 Bộ nguồn .10 1.2.1 Nguồn cấp điện máy lớn 10 1.2.2 Nguồn cấp điện cho máy tính xách tay 15 1.3 Cấu trúc bản mạch chính 21 1.3.1 Vi xử lý .21 1.3.2 ROM-BIOS .21 1.3.3 Các khe và ổ cắm 22 CHƯƠNG 2 Vi xử lý Pentium .28 2.1 Cấu trúc vi xử lý pentium .28 2.1.1 Đặc điểm chung của pentium .28 2.1.2 Cấu trúc của pentium .30 2.2 Cấu trúc hệ thống vi xử lý pentium 36 2.2.1 Tài nguyên hệ thống 36 2.2.2 Các thanh ghi quản lý bộ nhớ 39 CHƯƠNG 3 Thiết bị điều khiển dữ liệu .40 3.1 Vi mạch tổng hợp cho pentium 40 3.2Vi mạch tổng hợp Intel 810 ………………………………40 3.3Vi mạch tổng hợp Super I/O…………………………… .45 CHƯƠNG 4 Thiết bị thu nhận dữ liệu 47 4.1 Bàn phím……………………………………………………47 4.2 Con chuột………………………………………………… 48 CHƯƠNG 5 Thiết bị hiển thị dữ liệu 5.1 Những khái niệm cơ bản về màn hình………………….52 5.2 Màn hình ống tia âm cực …………………………………53 5.3 Màn hình tinh thể lỏng…………………………………….54 5.4 Màn hình Plasma………………………………………….56 5.6 Thiết bị chiếu hình vi cơ………………………………….56 5.5 Thẻ điều hợp hiển thị…………………………………… 57 CHƯƠNG 6 Thiết bị lưu trữ dữ liệu…………………………….56 6.1 Đĩa từ……………………………………………………….56 6.1.1 Ổ đĩa mềm Đĩa mềm .56 6.1.2 Ổ đĩa cứng……………………………………………60 7 6.1.3 Đĩa Bernouli………………………………………… 62 6.1.4 Cấu trúc vật lý và logic …………… 64 6.1.5 Bộ điều khiển và các giao diện ổ đĩa từ 65 6.2 Các loại thẻ nhớ……………………………………………69 6.3 Bộ nhớ trong……………………………………………… 70 6.3.1 Cấu trúc vật lý ……………………………………….72 6.3.2 Cấu trúc logic và cách truy nhập ………………… 75 CHƯƠNG 1 Các thành phần cơ bản của máy tính cá nhân 1.1. Các loại hình máy tính cá nhân: Để đảm bảo tính tương thích ,cấu trúc phần cứng bên trong của máy tính cá nhân về cơ bản là giống nhau .Vì thế chúng chỉ được phân biệt theo hình dạng vật lý như sau: 8 • Loại để bàn (desktop),loại để bàn thu nhỏ (desktop slim-line) • Loại đặt đứng (tower),loại đặt đứng nhỏ(mini tower) • Loại xách tay(notebook). • Loại bỏ túi (palmtop,palmpilot). Loại để bàn được thiết kế để đặt được trên bàn làm việc .Đây là loại hình máy tính phổ biến nhất .Một máy để bàn thường có kích thước rộng:sâu:cao là 45:38:16 cm.Một loại máy tính để bàn khác có kích thước nhỏ hơn là “desktop slim-line” có kích thước là 40:38:13 cm.Với loại máy này ,để cắm được bản mạch phụ ta cần thẻ gốc gọi là” Riser”cắm vuông góc với bản mạch chính. Loại máy đặt đứng thường đặt cạnh bàn làm việc hay bên dưới .Loại này có ưu điểm không gian máy rộng thoáng ,tốt cho làm nguội và mở rộng cấu hình. Loại đặt đứng nhỏ thực chất là máy để bàn được đặt đứng.Loại này có ưu điểm là tiết kiệm diện tích để máy,nhưng có nhược điểm là thẻ mở rộng chuyển sang nằm song song với mặt bàn làm việc,làm giảm đáng kể quá trình làm nguội máy bằng đối lưu. Máy tính xách tay hiện đại (notebook) thường có kích thước chuẩn của khổ A4.Loại này có tính năng hệt như một máy tính để bàn thông thường và có một màn hình tinh thể lỏng. Máy tính bỏ túi là một máy tính cá nhân hoàn chỉnh nhưng có thiết kế nhỏ gọn và dung lượng bộ nhớ hạn chế.Một vài loại máy thuộc họ này là Palmtop và Palmpilot. 1.2. Bộ nguồn: 1.2.1.Nguồn cấp điện máy lớn : *Nhiệm vụ : Bộ nguồn có chức năng chuyển điện xoay chiều AC 110-220V AC thành 1 chiều DC :+5V(dây đỏ),-5V(dây trắng ),+12V(dây vàng ),-- 12V(dây xanh),dây tiếp đất (dây đen ) để cung cấp cho các mạch điện trong máy cũng như cho các thiết bị ngoại vi(Ổ CD-ROM,). 9 Nguồn điện là điều kiện cơ bản cho máy tính hoạt động nên một bộ nguồn máy tính làm việc ổn định và cung cấp đủ công suất rất quan trọng đối với một máy tính cá nhân .Tuỳ theo chủng loại và cấu hình ,mỗi máy tính cá nhân cần công suất nguồn khác nhau. Bảng so sánh một công suất nguồn của một số máy tính thông dụng: Máy XT AT Để bàn (Desktop) Để đứng (Tower) Côngsuất (W) 135 220 150-200 200-450 Khi thiết kế card mở rộng ,hay trang bị thêm các chi tiết ngoại vi khác ,ta cần lưu ý công suất tiêu thụ của máy tính không dược vượt quá công suất nguồn cung cấp. Để trang bị một bộ nguồn có công suất thích hợp ta cần tính tổng công suất tiêu thụ của bản mạch chính và các thiết bị ngoại vi cộng thêm 25-50% hệ số an toàn. Bảng liệt kê những tham số công suất cơ bản của một vài chi tiết trong máy tính: Chi tiết Hiệu điện thế (V) Dòng điện tối đa (mA) Giới hạn ổn áp(%) Bản mạch chính 3,52 5,0 3000 4000 +2,5 đến-2,5 +5,0 đến -5,0 10 [...]... điểm khi cần thiết kế những máy tính gọn nhẹ(Xách tay hoặc bỏ túi) nhưng có nhược điểm về quản lý nhiệt.Kích thước máy càng nhỏ trong khi tần số làm việc cao dẫn đến nhiệt độ của máy khi làm việc ngày càng cao Quản lý nhịêt độ làm việc của bộ vi xử lý nói riêng và của máy tính nói chung là một vấn đề nan giải hiện khi thiết kế một máy tính cá nhân Bản mạch chính của máy tính cá nhân cổ điển tuân theo... chính cho toàn bộ máy vi tính. Quạt thông gió làm việc ổn định giúp linh kiện máy không quá nóng 12 Hiệu suất cao:Bộ nguồn trong máy tính hiện đại được trang bị bộ logic điều khiển thông minh, đưa máy vào trạng thái nghỉ chờ (Standby) khi không được sử dụng.Khi máy tính trong trạng thái Standby thì tất cả các linh kiện máy đều giảm đến mức tối thiểu điện năng tiêu thụ.Khả năng này giúp máy tính tiết kiệm... rất nhiều Bộ nguồn máy tính cần thoả mãn các điều kiện sau: -Ổn định:Bộ nguồn cần có đủ công suất cung cấp điện thế ổn định cho máy tính trong thời gian dài.Bộ nguồn không ổn định có thể gây lỗi trong các thiết bị ngoại vi khác (Ví dụ:Nguồn điện không ổn định có thể làm máy tính hoạt động không chính xác gây ra lỗi ổ đĩa cứng ) Làm nguội tốt :Bộ nguồn tốt không chỉ cung cấp điện cho máy ,quạt gió của... thiết để khởi động máy và cài đặt chế độ làm việc cơ sở cho các thiết bị ngoại vi.Ta thường gặp Flash Bíos trên bản mạch một máy tínhhiện đại.Flash Bios dung EEPROM và có khả năng được nạp lại,nội dung BIOS của máy tính có htể được thay thế dễ dàng để tương thích với các linh kiện và card cắm mới Bios gồm nhiều chương trình và hàm.Phần đầu của chương trình BIOS kiểm tra hệ thống máy tính, quá trình... cho Pentium Pro và Pentium II và Pentium III Bản mạch chính có một hoặc nhiều ổ hay khe cắm dành cho bộ vi xử lý. Bản mạch hay gạp nhất trong máy tính cá nhân rẻ tiền có một ổ cắm bộ vi xử lý. Máy chủ hay Workstation có thể có nhiều hơn 2 bộ vi xử lý Vi xử lý thế hệ Pentium II và một số vi xử lý thế hệ Pentium III được giữ trong khe cắm loại 1.Các đời Pentium IV được giữ trong đế cắm hình vuông Các khe... phép mở rộng hệ thống máy tính. Các loai khe cắm bus mở rộng trong máy tính cá nhân: Khe cắm ISA(Industry Standard Architecture):có trong máy tính loại cũ là bus chuẩn cổ nhất và chậm nhất Khe cắm này dành cho các card cắm không đòi hỏi tốc độ cao VD:Card âm thanh cắm khe ISA không đòi hỏi tốc độ cao như là card Yamaha 719 Theo quy định PC99,khe cắm ISA sẽ biến mất khỏi máy vi tính sau năm 1999 Khe... hệ thống bú.Vì vậy,bản mạch chính càc thoả mãn các điều kiện về cấu trcs và đặc tính điện khắt khe như: gọn,nhỏ ,và ổn định với nhiễu từ bên ngoài Cũng như nhiều loại máy điện , điện tử khác bản mạch chính và vỏ máy tính phải tuân thủ theo các quy định quốc gia về an toàn điện ,an toàn nhiễu từ (đặc biệt do dải tần số làm việc của 0máy tính nằm trong dải tần song viba nên rất dễ gây nghiễu cho các thiết... chính.Bộ nguồn của cấu hình chuẩn mới ATX(AT Extended) quy định điện thế 3,3V đến trực tiếp từ bộ nguồn Bộ nguồn thông minh đưa tín hiệu nguồn sẵn sàng (power good) về bản mạch chính khi đóng mạch máy. Bản mạch chính chỉ bắt đầu làm việc khi nhận được tín hiệu này Tín hiệu này trở về trạng thái thụ động khi mất điện ,quay trở lại tích cực khi có điện trở lại Vì vậy máy tính sẽ tự khởi động lại khi bị mất... nguồn trong hộp máy chính là nơi cung cấp năng lượng cho hầu như toàn bộ máy Bộ nguồn được thiết kế gồm có: -Bộ biến thế tự ngẫu -Bộ chuyển điện AC-DC(nắn điện) -Quạt giải nhiệt -Ổ cắm cho màn hình -Ổ cắm điện cho bộ nguồn 14 -Cầu chì bảo vệ -Các đầu cáp xuất điện 1 chiều để cấp điện cho các Main, ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng… 1.2.2 Nguồn cấp điện cho máy tính xách tay: Năm 1996 nguồn cho máy tính xách tay... kích thước 12 inch.Các bản mạch chính trong máy tính hiện đại tuân theo một trong các chuẩn sau: *Chuẩn BAT(Baby AT) : giảm kích thước của bản mạch chính xuống còn 22,9 cm chiều rộng và 25,4 cm chiều dài Ổ cắm vi xử lý nằm ở phía trước máy, các card cắm mở rộng sẽ nằm phía trên bộ xử lý. Bản mạch chính BAT cần có bộ hạ thế để cung cấp nguồn 3,3 V cho vi xử lý *Chuẩn ATX ra đời năm 1996 rộng 30,5 cm và . khổ A4.Loại này có tính năng hệt như một máy tính để bàn thông thường và có một màn hình tinh thể lỏng. Máy tính bỏ túi là một máy tính cá nhân hoàn chỉnh. điện trong máy cũng như cho các thiết bị ngoại vi(Ổ CD-ROM,). 9 Nguồn điện là điều kiện cơ bản cho máy tính hoạt động nên một bộ nguồn máy tính làm việc