BÁO CÁO HỌC PHẦN: CẤU TRÚC VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG MÁY TÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – HẬU CẦN CAND KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  BÁO CÁO HỌC PHẦN: CẤU TRÚC VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG MÁY TÍNH Học viên thực hiện: Bắc Ninh, năm 2018 MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH 1.1 Máy tính gì? 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các nguyên lý máy tính 1.2 Chương trình máy tính 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Chức chương trình máy tính .3 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH .5 2.1 Kiến trúc tập lệnh 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Quá trình kiến trúc tập lệnh 2.2 Vi kiến trúc (vi xử lý) THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA MÁY TÍNH 3.1 CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm) .9 3.2 Bo mạch chủ (mainboard/motherboard): 3.3 Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) .10 3.4 Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD) 11 3.5 Ổ đĩa quang (CD, DVD) 13 3.6 Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card) 13 3.7 Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU) 14 3.8 Màn hình máy tính (Monitor): 15 3.9 Bàn phím máy tính (Keyboard): .16 3.10 Chuột (Mouse): .16 3.11 Thùng máy (Case): 16 3.12 Máy in: 16 CÁC THẾ HỆ MÁY TÍNH 16 4.1 Thế hệ (1938-1953): Dòng đèn điện tử .17 4.2 Thế hệ thứ hai (1952-1963): Dòng Transistar 18 4.3 Thế hệ thứ ba (1962-1975): Dòng IC 19 4.4 Thế hệ thứ tư (1972-19??): Dòng IC tích hợp cao (dòng máy sử dụng) 21 4.5 Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC 22 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một ví dụ chương trình máy tính Hình 3.1 CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm) Hình 3.2 Bo mạch chủ (mainboard/motherboard) 10 Hình 3.3 Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) 11 Hình 3.4 Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD) 12 Hình 3.5 Ổ đĩa quang (CD, DVD) 13 Hình 3.6 Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card) 14 Hình 3.7 Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU) 15 Hình 4.1 Thế hệ đầu tiên: Dòng đèn điện tử 17 Hình 4.2 Thế hệ thứ hai: Dòng Transistar .19 Hình 4.3 Thế hệ thứ ba: Dòng IC 20 Hình 4.4 Thế hệ thứ tư: Dòng IC tích hợp cao 21 Hình 4.5 Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC 22 Tổng quan máy tính chương trình máy tính 1.1 Máy tính gì? 1.1.1 Khái niệm Máy tính (còn gọi máy vi tính hay máy điện toán) thiết bị hay hệ thống điện tử cho phép lưu trữ xử lý thông tin tự động Thông tin lưu trữ máy tính thơng tin số biểu diễn dạng quy luật logic Hoạt động máy tính điều khiển phần mềm gọi hệ điều hành Máy tính lắp ghép thành phần thực chức đơn giản định nghĩa trước Quá trình tác động tương hỗ phức tạp thành phần tạo cho máy tính khả xử lý thông tin Nếu thiết lập xác (thơng thường chương trình máy tính) máy tính mơ lại số khía cạnh vấn đề hay hệ thống Trong trường hợp này, cung cấp liệu thích hợp tự động giải vấn đề hay dự đoán trước thay đổi hệ thống Từ “máy tính” (computers), đầu tiên, dùng cho người tính tốn số học, có khơng có trợ giúp máy móc, hồn tồn có nghĩa loại máy móc Đầu tiên máy tính giải tốn số học, máy tính đại làm nhiều Máy tính mua Anh máy Ferranti Mark Star sản xuất năm 1951 theo đề cương “bé” Đến năm 1990, khái niệm máy tính thực tách rời khỏi khái niệm điện toán trở thành ngành khoa học riêng biệt với nhiều lĩnh vực đa dạng khái niệm hẳn ngành điện tốn thơng thường gọi công nghệ thông tin Tuy đến ngày nay, số người nhầm lẫn hai khái niệm điện tốn cơng nghệ thơng tin 1.1.2 Các nguyên lý máy tính Máy tính làm việc thơng qua chuyển động phận khí, điện tử (electron), photon, hạt lượng tử hay tượng vật lý khác biết Mặc dù máy tính xây dựng từ nhiều công nghệ khác song gần tất máy tính máy tính điện tử Máy tính trực tiếp mơ hình hóa vấn đề cần giải quyết, khả vấn đề cần giải mô gần giống với tượng vật lý khai thác Ví dụ, dòng chuyển động điện tử sử dụng để mơ hình hóa chuyển động nước đập Những máy tính tương tự (analog computer) giống phổ biến thập niên 1960 Trong phần lớn máy tính ngày nay, trước hết, vấn đề chuyển thành yếu tố toán học cách diễn tả thông tin liên quan thành số theo hệ nhị phân (hệ thống đếm dựa số hay gọi hệ đếm số 2) Sau đó, tính tốn thơng tin tính tốn đại số Boole (Boolean algebra) Các mạch điện tử sử dụng để miêu tả phép tính Bool Vì phần lớn phép tính tốn học chuyển thành phép tính Bool nên máy tính điện tử đủ nhanh để xử lý phần lớn vấn đề toán học (và phần lớn thông tin vấn đề cần giải chuyển thành vấn đề toán học) Ý tưởng này, nhận biết nghiên cứu Claude E Shannon – người làm cho máy tính kỹ thuật số (digital computer) đại trở thành thực Máy tính khơng thể giải tất vấn đề toán học Alan Turing sáng tạo khoa học lý thuyết máy tính đề cập tới vấn đề mà máy tính hay khơng thể giải Khi máy tính kết thúc tính tốn vấn đề, kết hiển thị cho người sử dụng thấy thông qua thiết bị xuất như: bóng đèn, hình, máy in… Những người sử dụng máy tính, đặc biệt trẻ em, thường cảm thấy khó hiểu ý tưởng máy tính máy, khơng thể “suy nghĩ” hay “hiểu” hiển thị Máy tính đơn giản thi hành tìm kiếm khí bảng màu đường thẳng lập trình trước, sau thơng qua thiết bị đầu (màn hình, máy in,…) chuyển đổi chúng thành ký hiệu mà người cảm nhận thông qua giác quan (hình ảnh hình, chữ văn in ra) Chỉ có não người mỡi nhận thức ký hiệu tạo thành chữ hay số gắn ý nghĩa cho chúng Trong quan điểm máy tính thứ mà “nhận thấy” (kể máy tính coi có khả tự nhận biết) hạt electron tương đương với số 1.2 Chương trình máy tính 1.2.1 Khái niệm Chương trình máy tính tập hợp hướng dẫn cho việc thực nhiệm vụ máy tính Một máy tính đòi hỏi chương trình phải hoạt động thường thực lệnh chương trình phận xử lý trung tâm Một chương trình máy tính viết ngơn ngữ lập trình Một số ví dụ chương trình máy tính: Một trình duyệt web Mozilla Firefox Apple Safari sử dụng để xem trang web internet Một phần mềm văn phòng sử dụng để viết tài liệu bảng tính Trò chơi video chương trình máy tính Một chương trình máy tính lưu tập tin ổ cứng máy tính Khi người dùng chạy chương trình, tập tin đọc máy tính xử lý đọc liệu tập tin danh sách hướng dẫn Sau đó, máy tính làm chương trình cho phép làm Một chương trình máy tính viết lập trình viên Các lập trình viên phải viết chương trình mà máy tính đọc được, chương trình phải viết ngơn ngữ lập trình, chẳng hạn BASIC, C, Java Một viết, lập trình viên sử dụng trình biên dịch để biến thành ngơn ngữ mà máy tính hiểu Ngồi có chương trình xấu hay gọi phần mềm độc hại, viết người muốn làm điều xấu với máy tính người dùng Một số phần mềm gián điệp cố gắng để ăn cắp thơng tin từ máy tính Một số cố gắng để làm hỏng liệu lưu trữ ổ đĩa cứng Một số khác lại đưa người dùng đến trang web bán hàng virus máy tính 1.2.2 Chức chương trình máy tính Chương trình máy tính phân loại theo tuyến chức Các loại chức phần mềm ứng dụng phần mềm hệ thống Hệ thống phần mềm bao gồm hệ điều hành mà tương tác phần cứng với phần mềm máy tính Mục đích hệ điều hành cung cấp môi trường phần mềm ứng dụng thực cách thuận tiện hiệu Ngoài hệ điều hành, phần mềm hệ thống bao gồm chương trình nhúng, chương trình khởi động Microcode Phần mềm ứng dụng thiết kế cho người dùng cuối có giao diện người dùng Hình 1.2.2.1.1 Một ví dụ chương trình máy tính Phần mềm ứng dụng: chương trình máy tính thiết kế để thực nhóm chức phối hợp nhiệm vụ hoạt động lợi ích người sử dụng Ví dụ ứng dụng bao gồm xử lý từ, bảng tính, ứng dụng kế tốn, trình duyệt web, máy nghe nhạc,… Phần mềm tiện ích: chương trình ứng dụng thiết kế để hỗ trợ quản trị hệ thống lập trình máy tính Các loại phần mềm tiện ích Anti – virus, phần mềm lưu, quản lý clipboard, Cryptographic, nén liệu,… Hệ điều hành: chương trình máy tính hoạt động trung gian người sử dụng máy tính phần cứng máy tính Chương trình khởi động: máy tính lưu trữ chương trình đòi hỏi chương trình máy tính ban đầu lưu giữ nhớ để đọc khời động Qúa trình khởi động xác định khởi tạo tất khía cạnh hệ thống, từ đăng ký xử lý để điều khiển thiết bị cho nội dung nhớ Chương trình nhúng: thiết bị phần cứng nhúng firmware để kiểm soát hoạt động Firmware sử dụng chương trình máy tính khơng thay đổi, chương trình không bị tắt nguồn Microcode: chương trình kiểm sốt số phận xử lý trung tâm số phần cứng khác Mã di chuyển liệu ghi, đơn vị logic số học đơn vị chức khác CPU Kiến trúc máy tính Trong kỹ thuật máy tính, kiến trúc máy tính thiết kế khái niệm cấu trúc hoạt động hệ thống máy tính Nó thiết kế (blueprint) mơ tả có tính chất chức u cầu (đặc biệt tốc độ kết nối tương hỗ) thi hành thiết kế cho phận khác máy tính - tập trung chủ yếu vào việc CPU hoạt động nội truy cập địa nhớ cách Nó định nghĩa khoa học nghệ thuật lựa chọn kết nối thành phần phần cứng để tạo thành máy tính đáp ứng mục đích tính năng, hiệu suất giá Kiến trúc máy tính bao gồm ba phạm trù chính: Kiến trúc tập lệnh (Instruction set architecture, ISA), hình ảnh trừu tượng hệ thống tính tốn nhìn từ góc độ lập trình viên sử dụng ngơn ngữ máy (hay hợp ngữ), bao gồm tập lệnh, cách đánh địa nhớ (memory address modes), ghi, định dạng địa liệu Vi kiến trúc (Microarchitecture), gọi Tổ chức máy tính (Computer organization) mô tả bậc thấp, cụ thể hệ thống Mơ tả nói phận cấu thành hệ thống kết nối với chúng hoạt động tương hỗ thể để thực kiến trúc tập lệnh Ví dụ, kích thước đệm cache máy tính đặc điểm tổ chức máy tính mà thường không liên quan đến kiến trúc tập lệnh Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất thành phần phần cứng khác bên hệ thống tính toán chẳng hạn:  đường kết nối hệ thống bus (máy tính) switch  điều khiển nhớ (memory controller) phả hệ nhớ  chế CPU off-load Direct memory access (truy nhập nhớ trực tiếp)  vấn đề đa xử lý (multi-processing) 2.1 Kiến trúc tập lệnh 2.1.1 Khái niệm Một tập lệnh, kiến trúc tập lệnh (tiếng Anh: Instruction Set Architecture, viết tắt ISA), phần kiến trúc máy tính liên quan đến lập trình, bao gồm địa loại liệu, hướng dẫn, đăng ký, giải chế độ, kiến trúc nhớ, làm gián đoạn xử lý ngoại lệ, bên I / O An ISA bao gồm đặc điểm kỹ thuật thiết lập opcode (ngôn ngữ máy), lệnh địa thực xử lý cụ thể 2.1.2 Quá trình kiến trúc tập lệnh Bất kỳ tập lệnh đưa thực nhiều cách khác Tất cách để thực hướng dẫn cụ thể cung cấp mơ hình lập trình, tất thực tập lệnh chạy file thực thi nhị phân Các cách khác để thực lệnh đặt cho cân khác chi phí, hiệu suất, điện tiêu thụ, kích thước, Khi thiết kế vi cấu trúc xử lý, kỹ sư sử dụng khối "cứng có dây" mạch điện tử (thường thiết kế riêng) hổ, ghép kênh, đếm, ghi, ALU vv Một số loại ngơn ngữ chuyển đăng ký sau thường sử dụng để mô tả giải mã trình tự dẫn ISA sử dụng vi kiến trúc vật lý Có hai cách để xây dựng điều khiển để thực mô tả (mặc dù nhiều mẫu thiết kế sử dụng cách thỏa hiệp): Một số mẫu thiết kế máy tính "buộc cố định" hồn thành việc giải mã tập lệnh trình tự (giống phần lại vi kiến trúc) Thiết kế khác sử dụng vi thói quen bảng (hoặc hai) để làm điều này, điển trên-chip ROM PLAs hai (mặc dù RAMS riêng biệt ROM sử dụng lịch sử) Một số mẫu thiết kế sử dụng kết hợp thiết kế mạch điện điện vi cho đơn vị điều khiển Một số thiết kế CPU biên soạn hướng dẫn thiết lập để khả ghi nhớ RAM đèn flash bên CPU (như Rekursiv xử lý Imsys Cjip), FPGA (máy tính cấu hình lại) The Western Digital MCP-1600 ví dụ cũ, cách sử dụng chuyên dụng, ROM riêng cho vi An ISA mơ phần mềm thông dịch viên Đương nhiên, nguyên cần giải thích, chậm so với trực tiếp chương trình chạy phần cứng mơ phỏng, trừ phần cứng chạy giả lập đơn đặt hàng cường độ nhanh Hôm nay, thực tế phổ biến cho nhà cung cấp ISA microarchitectures để giả lập phần mềm có sẵn cho nhà phát triển phần mềm trước thực phần cứng sẵn sàng Thường chi tiết việc thực có ảnh hưởng mạnh mẽ hướng dẫn cụ thể lựa chọn cho tập lệnh Ví dụ, nhiều cài đặt đường ống dẫn cho phép nhớ tải đơn nhớ lưu trữ theo hướng dẫn, dẫn đến kiến trúc load-store (RISC) Ví dụ khác, số cách đầu thực đường ống dẫn dẫn đến khe chậm trễ Thành phần má tính bao gồm: Bộ xử lý trung tâm (CPU), nhớ, xử lý vào-ra, thiết bị ngoại vi Các thiết bị máy in, máy fax điều khiển khác nối tới máy tính làm tăng khả hoạt động máy tính gọi thiết bị ngoại vi Hai nhiều máy tính nối với dùng cho việc truyền thơng máy tính với thơng qua mơi trường truyền dẫn gọi mạng máy tính 3.1 CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm) PU có trách nhiệm xử lý hầu hết liệu/tác vụ máy tính, thêm vào xử lý trung tâm trung tâm điều khiển thiết bị đầu vào (chuột, bàn phím) thiết bị đầu (màn hình, máy in) Về hình dạng cấu trúc, CPU mạch nhỏ, bên chứa wafer silicon bọc chip gốm gắn vào bảng mạch Tốc độ CPU đo đơn vị Hertz (Hz) hay Gigahertz (GHz), giá trị số lớn CPU hoạt động nhanh Hình 3.1.1.1.1 CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm) 3.2 Bo mạch chủ (mainboard/motherboard): Bo mạch chủ bảng mạch lớn cấu trúc máy tính, đóng vai trò trung gian giao tiếp thiết bị với Việc kết nối điều khiển thông thường chip cầu Bắc cầu Nam, chúng trung tâm điều phối hoạt động máy vi tính Hình 3.2.1.1.1 Bo mạch chủ (mainboard/motherboard) Gọi bo mạch lớn nhất, song bo mạch chủ thường có nhiều kích cỡ khác nhau, phổ biến tiêu chuẩn: – Bo mạch chuẩn ATX có kích thước 305 × 244 mm, thơng thường bo mạch chứa đầy đủ kết nối chức card đồ họa, âm thanh, chí kết nối LAN WiFi tích hợp – Bo mạch chuẩn micro-ATX thường dạng vng với kích thước lớn 244 × 244 mm, kích thước đủ để chứa khe cắm RAM khe mở rộng – Bo mạch mini-ITX có kích thước nhỏ nhất, thường 170 x 170mm, bo mạch thường rút gọn, khe cắm mở rộng khe cắm RAM 3.3 Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) 10 RAM nhớ truy cập ngẫu nhiên (thuật ngữ tiếng Việt dịch sai – truy cập khơng có ngẫu nhiên nào), tạo thành không gian nhớ tạm để máy vi tính hoạt động Tuy gọi nhớ tắt máy vi tính RAM chẳng nhớ liệu máy lưu Cụ thể hơn, RAM nơi nhớ tạm cần làm để CPU xử lý nhanh hơn, tốc độ truy xuất RAM nhanh nhiều lần so với ổ cứng hay thiết bị lưu trữ khác thẻ nhớ, đĩa quang… Bộ nhớ RAM nhiều máy vi tính bạn mở lúc nhiều ứng dụng mà khơng bị chậm Hình 3.3.1.1.1 Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) Dung lượng nhớ RAM đo gigabyte (GB), 1GB tương đương tỷ byte Hầu hết máy tính thơng thường ngày có 2-4GB RAM, với máy cao cấp dung lượng RAM lên đến 16GB cao Giống CPU, nhớ RAM bao gồm wafer silicon mỏng, bọc chip gốm gắn bảng mạch Các bảng mạch giữ chip nhớ RAM gọi DIMM (Dual In-Line Memory Module) chúng tiếp xúc với bo mạch chủ hai đường riêng biệt 3.4 Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD) 11 Ổ đĩa cứng (còn gọi ổ cứng) nhớ lưu trữ máy vi tính, thành trình làm việc lưu trữ ổ đĩa cứng trước có hành động lưu dự phòng dạng nhớ khác Hình 3.4.1.1.1 Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD) Ổ cứng nơi lưu trữ hệ điều hành, phần mềm liệu người dùng tạo Khi tắt máy, thứ nên bạn khơng phải cài lại phần mềm hay liệu mở máy Khi bật máy vi tính, hệ điều hành ứng dụng chuyển từ ổ cứng lên nhớ RAM để chạy Dung lượng lưu trữ ổ cứng đo gigabyte (GB) nhớ Một ổ đĩa cứng thơng thường chứa 500GB chí terabyte (1.000GB) Hầu hết ổ cứng bán ngày loại truyền thống – sử dụng đĩa kim loại để lưu trữ liệu từ tính Song thịnh hành loại ổ SSD (hay gọi ổ cứng rắn) Ổ cứng SSD loại ổ sử dụng chip nhớ khơng có phần quay học, lợi điểm công nghệ cho tốc độ đọc ghi nhanh hơn, 12 hoạt động yên tĩnh độ tin cậy cao hơn, giá loại ổ cứng SSD đắt ổ truyền thống 3.5 Ổ đĩa quang (CD, DVD) Ổ đĩa quang thiết bị dùng để đọc đĩa CD hay DVD ánh sáng laser (thường mắt người không nhìn thấy ánh sáng này), nguyên lý ổ đĩa quang chiếu laser chiếu vào bề mặt đĩa để ánh sáng phản xạ lại vào đầu thu giải mã thành tín hiệu Hầu hết máy vi tính để bàn máy tính xách tay (ngoại trừ máy dòng siêu mỏng hay nhỏ gọn) kèm với ổ đĩa quang, nơi đọc/ghi đĩa CD, DVD, Blu-ray (tùy thuộc máy) Hình 3.5.1.1.1 Ổ đĩa quang (CD, DVD) 3.6 Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card) Card đồ họa thiết bị chịu trách nhiệm xử lý thơng tin hình ảnh máy tính Bo mạch đồ họa thường kết nối với hình máy tính giúp người sử dụng máy tính giao tiếp với máy tính Để xử lý tác vụ đồ họa lưu trữ kết tính tốn tạm thời, bo mạch đồ họa có nhớ riêng 13 phần nhớ dành riêng cho chúng từ nhớ chung hệ thống Trong trường hợp khác, nhớ cho xử lý đồ họa cấp phát với dung lượng thay đổi từ nhớ hệ thống Hình 3.6.1.1.1 Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card) Dung lượng nhớ đồ họa phần định đến: độ phân giải tối đa, độ sâu màu tần số làm tươi mà bo mạch đồ họa xuất hình máy vi tính Do dung lượng nhớ đồ họa thông số cần quan tâm lựa chọn bo mạch đồ họa Dung lượng nhớ đồ họa có số lượng thấp (1 đến 32 MB) bo mạch đồ họa trước đây, 64 đến 128 MB thời gian hai đến ba năm trước đến thông dụng 256 MB với mức độ cao cho bo mạch đồ họa cao cấp (512 đến 1GB chí nhiều nữa) 3.7 Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU) 14 Bộ nguồn thiết bị cung cấp điện cho toàn linh kiện lắp ráp bên thùng máy tính hoạt động (tuy nhiên PSU nguồn máy tính, chúng sử dụng nhiều thiết bị điện tử) Hình 3.7.1.1.1 Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU) Bộ nguồn máy tính phận quan trọng hệ thống máy tính, nhiên phức tạp tính tốn cơng suất nguồn, người dùng thường quan tâm đến Thực chất ổn định máy tính ngồi thiết bị (bo mạch chủ, CPU, RAM, ổ cứng…) phụ thuộc hồn tồn vào nguồn máy tính Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất khơng ổn định gây lên ổn định hệ thống máy tính, hư hỏng làm giảm tuổi thọ thiết bị khác sử dụng lượng cung cấp 3.8 Màn hình máy tính (Monitor): Monitor thiết bị gắn liền với máy tính, mục đích hiển thị cổng giao tiếp người máy tính Đối với máy tính cá nhân (PC), hình máy tính phận tách rời Đối với máy tính xách tay, hình 15 phận gắn chung khơng thể tách rời Màn hình dùng dạng độc lập, song ghép nối nhiều loại hình lại với để tăng chất lượng vùng hiển thị 3.9 Bàn phím máy tính (Keyboard): Bàn phím máy tính thiết bị nhập liệu, giao tiếp người với máy tính Về hình dáng, bàn phím đặt phím, bàn phím thơng thường có ký tự in phím; với đa số bàn phím, lần nhấn phím tương ứng với ký hiệu tạo Tuy nhiên, để tạo số ký tự cần phải nhấn giữ vài phím lúc liên tục; phím khác khơng tạo ký hiệu nào, thay vào tác động đến hành vi máy tính bàn phím 3.10 Chuột (Mouse): Chuột thiết bị phục vụ điều khiển, lệnh giao tiếp người với máy tính Để sử dụng chuột máy tính, thiết phải sử dụng hình máy tính để quan sát toạ độ thao tác di chuyển chuột hình 3.11 Thùng máy (Case): Thùng máy tính thường hộp kim loại dùng chứa bo mạch chủ với thiết bị khác (ở trên) cấu thành nên máy tính hồn chỉnh Cùng với phát triển công nghệ, thùng máy gia cố thêm số thiết bị sẵn bên nhằm tăng giá trị, thông thường thùng máy đắt tiền tích hợp thêm quạt tản nhiệt, nguồn (PSU) chí hệ thống tản nhiệt nước để dùng giải nhiệt CPU 3.12 Máy in: Máy in thiết bị dùng thể nội dung soạn thảo thiết kế sẵn Trước máy in máy quét (scan) tài liệu, văn bản, hình ảnh thường tách bạch làm loại thiết bị, song xu hướng văn phòng đại cần gọn gàng, nên loại máy in có tích hợp sẵn máy qt sản phẩm người dùng lựa chọn nhiều 16 Các hệ máy tính "Thế hệ" thuật ngữ máy tính thay đổi cơng nghệ máy tính mà sử dụng Ban đầu, thuật ngữ hệ sử dụng để phân biệt công nghệ phần cứng khác Nhưng ngày nay, thuật ngữ bao gồm phần cứng phần mềm, tạo nên toàn hệ thống máy tính Có tất hệ biết đến ngày Mỗi hệ chúng tơi trình cụ thể đặc điểm mốc thời gian viết Ở đề cập đến mốc thời gian gần đúng, chấp nhận nhiều 4.1 Thế hệ (1938-1953): Dòng đèn điện tử Thế hệ máy tính thứ nằm giai đoạn 1946 - 1959 Máy tính sử dụng ống chân không làm linh kiện cho nhớ mạch điện cho CPU (Central Processing Unit - đơn vị xữ lý trung tâm) Các ống giống bóng đèn điện, sinh nhiều nhiệt dễ bị nung chảy thường xuyên Do đó, đắc tiền dùng tổ chức lớn Hình 4.1.1.1.1 Thế hệ đầu tiên: Dòng đèn điện tử 17 Trong hệ này, hàng loạt hệ điều hành xử lý sử dụng Bìa đục lỗ, băng giấy băng từ làm thiết bị đầu vào thiết bị đầu Máy tính sử dụng mã máy làm ngơn ngữ lập trình Đặc điểm hệ thứ là: - Cơng nghệ ống chân không - Độ tin cậy thấp - Chỉ hỗ trợ ngôn ngữ máy - Rất đắc tiền - Sinh nhiều nhiệt - Thiết bị đầu vào đầu chậm Kích thước khổng lồ - Cần dòng điện xoay chiều AC - Không thể xách tay - Tiêu thụ lượng lớn điện Một vài máy tính hệ là: ENIAC, EDVAC, UNIVAC, IBM701, IBM-650 4.2 Thế hệ thứ hai (1952-1963): Dòng Transistar Thế hệ thứ hai nằm khoảng giai đoạn 1959 - 1965 Trong hệ sử dụng Transitor nên rẻ hơn, tiêu thụ điện hơn, kích thước gọn hơn, độ tin cậy cao hoạt động nhanh so với máy hệ thứ sử dụng ống chân khơng Xin nói thêm Transitor, loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Transistor nằm khối đơn vị xây dựng nên cấu trúc mạch máy tính điện tử tất thiết bị điện tử đại khác 18 Hình 4.2.1.1.1 Thế hệ thứ hai: Dòng Transistar Trong hệ này, lõi từ tính sử dụng làm nhớ chinh, băng từ, đĩa từ tính làm thiết bị lưu trữ thứ cấp Lúc hợp ngữ ngơn ngữ lập trình bậc cao FORTRAN, COBOL sử dụng Máy tính sử dụng hệ điều hành đa chương trình xử lý hồng loạt Những đặc điểm hệ thứ hai: - Sử dụng transitor - Đáng tin cậy hơn, kích thước nhỏ hơn, sinh nhiệt hơn, tiêu thụ điện nhanh so sánh với hệ thứ - Giá đắt Cần dòng điện AC - Hỗ trợ ngơn ngữ máy hợp ngữ Một vài máy tính hệ này: IBM 1620, IBM 7094, CDC 1604, CDC 3600, UNIVAC 1108 4.3 Thế hệ thứ ba (1962-1975): Dòng IC Thế hệ thứ ba nằm giai đoạn khoảng 1965-1971 Máy tính hệ thứ ba sử dụng mạch tích hợp (IC - integrated circuits) vị trí transitor Một IC đơn có nhiều transitor, điện trở, tụ mạch điện liên quan 19 Hình 4.3.1.1.1 Thế hệ thứ ba: Dòng IC IC phát minh Jack Kilby Phát minh làm máy tính có kích thước nhỏ gọn hơn, độ tin cậy cao hiệu Trong hệ thứ ba, xử lý từ xa, chia sẻ thời gian, hệ điều hành đa lập trình sử dụng Các ngơn ngữ lập trình bậc cao FORTRAN-II đến IV, COBOL, PASCAL PL/1, BASIC, ALGOL-68, sử dụng suốt hệ Những đặc điểm chủ yếu máy tính hệ thứ ba là: - Sử dụng mạch tích hợp IC - Đáng tin cậy hai hệ trước - Kích thước nhỏ - Sinh nhiệt - Nhanh - Ít bảo trì - Giá thành cao - Cần dòng điện xoay chiều AC - Tiêu thụ điện - Hỗ trợ ngôn ngữ bậc cao 20 Một vài máy tính thuộc hệ là: IBM-360 series, Honeywell-6000 series, PDP (Personal Data Processor - xử lý liệu cá nhân) IBM-370/168, TDC-316 4.4 Thế hệ thứ tư (1972-19??): Dòng IC tích hợp cao (dòng máy sử dụng) Thế hệ thứ tư nằm khoảng giai đoạn 1971-1980 Những máy tính hệ thứ tư sử dụng mạch tích hợp có quy mơ lớn (VLSI - Very Large Scale Integrated) Mạch VLSI có khoảng 5000 transitor, mạch thành phần khác mạch liên quan chip đơn Hình 4.4.1.1.1 Thế hệ thứ tư: Dòng IC tích hợp cao Máy tính hệ thứ tư trở nên mạnh mẽ hơn, gọn nhẹ hơn, độ tin cậy cao hơn, giá phải Kết là, dẫn đến cách mạng máy tính cá nhân Ở hệ này, chia sẻ thời gian, thời gian thực, mạng, Hệ điều hành phân bố sử dụng Tất ngôn ngữ lập trình bậc cao C, C++, DBASE, sử dụng hệ Những đặc điểm chủ yếu máy tính hệ thứ tư: - Sử dụng công nghệ VLSI - Giá thành rẻ 21 - Đáng tin cậy - Sử dụng máy tính cá nhân PC (Personal Computer) - Xử lý pipeline (Đây kỹ thuật làm cho giai đoạn khác nhiều lệnh thực thi lúc) - Kích thước nhỏ - Khơng cần dùng dòng điện A.C - Khái niệm internet giới thiệu - Lĩnh vực mạng có phát triển tuyệt vời Một vài máy tính hệ là: DEC 10, STAR 1000, PDP 11, CRAY1(Siêu máy tính), CRAY-X-MP (Siêu máy tính) 4.5 Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC Thế hệ thứ năm từ năm 1980 đến ngày hôm (thời điểm viết năm 2016) Công nghệ VLSI trở thành cơng nghệ ULSI (Ultra Large Scale Integration - siêu tích hợp quy mô lớn) Dẫn đến việc sản xuất vi điều khiển chứa đến 10 triệu linh kiện điện tử Hình 4.5.1.1.1 Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC Thế hệ dựa phần cứng xử lý song song phần mềm trí tuệ nhân tạo AI (Artificial Intelligence) Trí tuệ nhân tạo nhánh khoa học máy 22 tính, làm cho máy tính suy nghĩ giống người Tất ngôn ngữ bậc cao C, C++, Java, Net, sử dụng hệ Những đặc điểm chính: - Cơng nghệ ULSI - Sự phát triển trí tuệ nhân tạo - Sự phát triển xử lý ngôn ngữ tự nhiên - Sự tiến xử lý song song - Sự tiến công nghệ siêu dẫn - Nhiều giao diện người dùng với tính đa phương tiện - Máy tính mạnh mẽ, nhỏ gọn mà giá lại hợp lý Một vài loại máy tính hệ thứ năm: Máy tính để bàn, Laptop, NoteBook, UltraBook, ChromeBook 23