Tài liệu phần cứng máy tính
Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 1 CHNG 1: THÔNG TIN - X LÝ THÔNG TIN TNG QUAN V H THNG MÁY TÍNH I - THÔNG TIN: 1.1- Khái nim v thông tin, phân lai thông tin: D liu (data) là các s kin không có cu trúc , không có ý ngha rõ ràng, cho đn khi chúng đc t chc theo mt tin trình tính toán nào đó. Thông tin (Information) là mt khái nim tru tng đc th hin qua các thông báo ,các biu hin,… đem li mt nhn thc ch quan cho mt đi tng nhn thông tin. Thông tin là d liu đã đc x lý xong, mang ý ngha rõ ràng. Thông tin cng có th b din đt sai lch , xuyên tc do tác đng c ý hay vô ý ca con ngi hay sinh vt khác. Mt h thng thông tin (Information System) là mt tin trình ghi nhn d liu, x lí và cung cp to nên d liu mi có ý ngha thông tin, liên quan mt phn đn mt t chc, đ tr giúp các hat đng liên quan đn t chc. Nhp Xut 1.2- n v đo thông tin: n v đ đo thông tin gi là Bit. Mt bit tng ng vi mt ch th hoc mt thông báo nào đó v mt s kin có trong hai trng thái có s đo kh nng xut hin đng thi là Tt(Off) / M (On) hay úng (True) / Sai (False) Ví d: Mt mch đèn có hai trng thái là : -Tt (Off) khi mch đin qua công tt là h -M (On) khi mch đin qua công tt là đóng S nh phân s dng sai s hng 0 và 1.Vì kh nng s dng hai s 0 và 1 là nh nhau nên mt ch th gm mt ch s nh phân có th xem nh là cha đn v thông tin nh nht. Bit là vit tt ca Binary digit. Trong tin hc , ngi ta s dng các đn v đo thông tin ln nh sau: D Liu Thông Tin X Lí Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 2 Bng đn v đo thông tin 1.3 Mã hóa thông tin ri rc: Tt c thông tin dng vn bn (text),ch (character), s (number), ký hiu (symbol), đ ha (graphic), hình nh (image) hoc âm thanh (sound),… đu đc gi là các tín hiu (signals). Tín hiu có th là liên tc hay ri rc. Máy tính tng t (Analog Computer) là máy tính chuyên dng x lý mt s các tín hiu liên tc nh tín hiu đin , âm thanh…Trong khi đó , hu ht các d liu mà chúng ta có đc thng tín hiu ri rc đ din t các tín hiu liên tc qua các s đo hu hn. Khi đa các tín hiu này vào máy tính, chúng đc mã hóa sang sang các tín hiu s (digital signal) nhm giúp máy tính có th hiu đc thông tin ri rc. Nguyên lý này tp trung các đim ch yu sau: -Tín hiu liên tc có th xem nh mt chui xp x các tín hiu ri rc vi chu kì ly mu nh mc đ chp nhn đc. -Tín hiu ri rc có th đc đc trng qua các b ký hiu hu hn (ch cái,ch s, du…) gi là phép mã hóa (encode) .Mi phép mã hóa đu có th xây dng trên b kí hiu các ch s, đc bit ch cn b kí hiu gm hai ch s 0 và 1.Ngc li phép mã hóa là phép gii mã hóa (Decode). t Tín hiu tng t Chu k ly mu t Tín hiu s các mu tín hiu s Mt nhóm 8 bit đc gi là mt Byte (B) 1 Kilobyte(KB) = 2 10 B = 1.024 Bytes 1 Megabyet (MB) = 2 20 B = 1.048.576 Bytes 1 Gigabyte (GB) = 2 30 B = 1.073.741.824 Bytes 1 Terabyte (TB) = 2 40 B = 1.099.511.627.776 Bytes 1 Petabyet (PB) = 2 50 B = 1.125.899.906.842.620 Bytes 1 Exabyte (EB) = 2 60 B = 1.152.921.504.606.850.000 Bytes Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 3 Tín hiu ri rc là tín hiu có trc thi gian b ri rc hóa vi chu k ly mu là Ts=1/Fs, vi Fs là tn s ly mu.Ting nói con ngi thng có tn s Fs=10 Khz. Mt s ví d v thông tin ri rc là hình trên phim đc chiu trên màn nh là các nh ri rc xut hin vi tc đ 25 nh/giây .Mt ngi không phân bit s ri rc này nên có cm tng hình nh là liên tc. II – X LÝ THÔNG TIN: 2.1 – S đ tng quát ca mt quá trình x lý thông tin: Mi quá trình s lý thông tin bng máy tính hay bng mt con ngi đu đc thc hin theo mt qui trình sau: D liu (data) đc nhp đu vào (Input). Máy tính hay con ngi s thc hin quá trình x lý nào đó đ nhn thông tin đu ra (Output). Quá trình nhp d liu x lý và xut thông tin đu có th đc lu tr. Mô hình tng quát quá trình x lý thông tin 2.2 X lý thông tin bng máy tính đin t: Thông tin là kt qu bao gm nhiu quá trình x lý các d liu và thông tin có th tr thành d liu mi đ theo mt quá trình x lý khác to ra thông tin mi hn theo ý đ ca con ngi. Con ngi có nhiu cách đ có d liu và thông tin. Ngi ta có th lu tr thông tin qua tranh v , giy, sách báo, hình nh trong phim, bng t… Trong thi đi hin nay, khi lng thông tin đn vi ta càng nhiu thì con ngi có th dùng công c h tr cho vic lu tr, chn lc và x lý thông tin gi là máy tính đin t (Computer). Máy tính đin t có th giúp con ngi tit kim nhiu thi gian, công sc và tng đ chính xác cao trong vic t đng hóa mt phn hay toàn phn quá trình x lý d liu hay thông tin. NHP D LIU (INPUT) X LÝ (PROCESSING) XUT D LIU (OUTPUT) LU TR (STRORAGE) Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 4 III – TIN HC: 3.1 – Các lnh vc nghiên cu ca tin hc: Tin hc (Informatics) đc đnh ngha là ngành khoa hc nghiên cu các phng pháp, công ngh và k thut x lý thông tin t đng. Công c ch yu ca tin hc là máy tính đin t và thit b truyn tin khác. Vic nghiêm cu chính ca tin hc nhm vào hai k thut phát trin song song: -K thut phn cng (Hardware engineering): nghiêm cu ch to các linh kin đin t, công ngh vt liu mi,…. h tr cho máy tính và mng máy tính đy mnh kh nng x lý tính toán hc và truyn thông tin. -K thut phn mm (Software engineering): nghiêm cu phát trin các h điu hành, ngôn ng lp trình cho các bài toán khoa hc k thut, mô phng, điu khin t đng, t chc d liu và qun lý h thng thông tin. 3.2 - ng dng ca tin hc: Tin hc hin đang đc ng dng rng rãi trong các ngành ngh khác nhau ca xã hi t khoa hc k thut,y hc, kinh t, công ngh sn xut đn khoa hc xã hi, ngh thut,… nh: -T đng hóa vn phòng - Qun tr kinh doanh -Thng kê - An ninh - Quc phòng - Công ngh thit k - Giáo dc - Y hc – Công ngh in - Nông nghip – Ngh thut, gii trí,v.v… 3.3 – Máy tính đin t và lch s phát trin: Do nhu cu cn tng đ chính xác và gim thi gian tính tóan, con ngi đã quan tâm ch to các công c tính toán t xa: bàn tính tay ca ngi Trung Quc , máy cng c hc ca nhà toán hc Pháp Blaise Pascal (1623 – 1662), máy tính c hc có th cng tr nhân chia ca nhà toán hc c Gootfried Willhelmvon Leibniz (1646 – 1716), máy sai phân đ tính đa thc toán hc, máy phân tích điu khin bng phiu đc l ca Charles Babbage (1792 – 1871) Tuy nhiên, máy tính đin t thc s hình thành vào thp niên 1950 và đn nay trãi qua 5 th h đc phân lai theo s tin b v công ngh đin t và vi đên t cng nh các ci tin v nguyên lý , tính nng và loi hình ca nó. Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 5 * Th h 1 (1950 – 1958): Máy tính đin t s dng các bóng đèn đin t chân không, mch riêng r, vào s liu bng phiu đc l, điu khin bng tay. Máy có kích thc rt ln, tiêu th nng lng nhiu, tc đ tính tóan chm khang 300 – 3.000 phép tính mi giây. Lai máy tính đin hình th h 1 nh EDVAC( M) hay BESM (Liên Xô c) … * Th h 2 (1958 – 1964): Máy tính dùng b x lý bng đèn bán dn, mch in. Máy có chng dch nh Cobol, Fortral và h điu hành đn gin. Kích thc máy còn ln, tc đ tính còn khang 10.000 đn 100.000 phép tính mi giây. in hình nh lai IBM – 1070 (M) hay MINSK (Liên Xô c), … * Th h 3 (1965 – 1974): Máy tính đc gn các b x lý bng vi mch đin t c nh có th có đc tc đ tính khang 100.000 đn 1 triu phép tính mi giây . Máy đã có các h điu hành đa chng trình, nhiu ngi dùng đng thi hoc theo kiu chia thi gian. Kt qu t máy tính có th xut ra trc tip máy in. in hình nh lai IBM 360 (M) hay EC (Liên Xô c)… * Th h 4 (1974 đn nay): Máy tính có các đa vi mch x lý có tc đ tính đn hàng chc đn hàng t phép tính mi giây. Giai đan này hình thành 2 loi máy tính chính: máy tính cá nhân đ bàn (Personal Computer – PC) hoc xách tay (Laptop hoc Notebook computer) và các lai máy tính chuyên nghip thc hin đa chng trình, đa x lý,…hình thành các h thng máy tính (Computer Network), Internet và các ng dng phong phú đa phng tin. * Th h 5 (1990 – nay): Bt đu có các nghiên cu to ra các máy tính mô phng các hat đng ca não b và hành vi con ngi, có trí khôn nhân to vi kh nng t suy din phát trin các tình hung nhn đc và nhng h qun lý kin thc c s đ gii quyt các bài toán đa dng. 3.4 X lý thông tin bng máy tính đin t: Trong cuc sng con ngi luôn phi x lý thông tin, nhng thông tin ngày mt nhiu và phc tp và có nhng vn đ bn thân con ngi không gii quyt đc mà phi nh đn phng tin máy móc .Máy tính đin t không bin đi nng lng, không trc tip giúp con ngi chinh phc khong cách mà nó giúp con ngi x lý thông tin cc k nhanh chóng, chính xác vi khi lng ln. Máy tính đin t tht s giúp con ngi nhân lên gp bi nng lc trí tu. Có th nói s ra đi ca máy tính đin t là mt cuc cách mng v c gii hóa trí óc. Máy tính đin t (gi tt là máy tính ): Là mt h thng các thit b đin t có các kh nng: Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 6 011 - T chc và lu tr thông tin vi khi lng ln - X lý d liu vi tc đ nhanh, chính xác t đng. Thông tin - sn phm ca máy tính là hàng hóa , là nhu cu, là điu kin cc k quan trng đn phát trin nn kinh t, vn hóa và xã hi, quân s và các ngành khoa hc k thut khác… 3.5 Nguyên lý Von Neumann: 3.5.1 Máy Turing: Nm 1936, Turing đã đa ra mô hình lý thuyt đn gin v mt thit b tính toán mà ngày nay ngi ta gi là máy Turing. Theo Turing thì mô hình ca ông ta có th tính đc mi hàm đc xem là tính đc .Nói cách khác, mi quá trình tính toán có th thc hin đc thì đu có th lp trình đc trên máy Turing. Ngày nay gi thuyt này đã đc chp nhn ph bin và máy Turing là c s cho lý thuyt tính toán hin đi. Turing không xây dng các máy tính thc t mà ch nêu lên cách to ra máy trên giy t. Mc đ ích ca ông là nghiên cu sâu v lun lý hình thc ,và Automata (máy) ca ông là phng thc mô t cho cách bao quát vn đ c bn. Khái nim Automat chính là khái nim v mt máy đc xây dng theo quan đim toán hc. Máy tính này có mt s trng thái hu hn và có kh nng t chuyn trng thái ca mình khi có tác đng thích hp t bên ngoài. Ngay nay lý thuyt Automat là mt môn hc c s trong chng trình đào to k s tin hc. Moving CPU Read/Write device 1 0 1 1 1 0 1 Memory tape Máy Turing có hai thành phn ch cht : b nh và b x lý. B nh là bng M vi chiu dài vô hn , đc chia thành các ô. Mi ô hoc là rng hoc cha mt phn t thuc tp hu hn các ký hiu. B x lý là mt máy tính s có mt s hu hn trng thái bên trong. Nó có mt đu đc-ghi có kh nng đc ni dung ca mi ô trên bng, thay đi ni dung đó và chuyn bng đi mt ô sang trái hay phi so vi v trí hin ti. Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 7 Memory Input Output Processor Accumulator Control Unit Arithmetic Logic unit Máy Turing là mt kt qu lun lý ch ra rng có tn ti mt công c vn nng cho phép gii đc tt c các bài tóan có thut toán gii chúng. Tuy nhiên, đ có đc mt máy tính vn nng, cn có thêm các công trình nghiên cu v công ngh ch rõ cách thc xây dng và qui đnh nguyên tc làm vic ca máy này. Các c s khoa hc cho công ngh ch to máy tính đã đc phát trin ti vin nghiên cu nâng cao ca M vào nhng nm 1940 và kt qu ni bt nht là nguyên lý Von Neumann. 3.5.2 – Nguyên lý Von Neumann: Von Neumann, b lôi cun bi nhng ý tng ca Turing, đã nghiên cu trên hai hng: Mt thit b phi phc tp đn đâu đ có th t tái to mình và vn đ t chc các thit b. Vào cui tháng 6 nm 1946, Burks, Goldstine và Von Neumann đã cho xut bn bài báo “Tho lun s b v thit k lun lý cho công c tính tóan đin t” Ni dung c bn ca bài báo này v sau đc coi là nguyên lý Von Neumann, c s ca mi máy tính hin đi ngày nay. Theo nguyên lý Von Neumann, máy tính v mt kin trúc bao gm các b phn ch yu sau: - B nh gm các ô cha c d liu và chng trình. - n v điu khin - n v x lý (s hc và lun lý) - n v nhp xut (vào ra) Von Neumann Machine V mt hat đng, đon v điu khin thc hin vic ly ln lt các lnh ca chng trình t b nh, gii mã lnh đ xác đnh thao tác cn x lý, ly s liu t b nh ra đ x lý, sau đó chuyn kt qu tính toán tr v b nh. n v x lý thc hin các thao tác s hc và lun lý trên d liu. n v vào ra thc hin các giao tip vi con ngi. Hai tính cht ni bt ca máy tính nguyên lý Von Neemann là: Máy thc hin tun t các lnh trong chng trình. B nh đc xem nh kho d liu cha các giá tr tích ly ca quá trình x lý. Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 8 Chng trình cng đc coi là mt loi d liu đc bit và có th bin đi trong quá trình x lý. 3.6 - Các lai máy tính đin t hin nay: 3.6.1 – Máy vi tính (Microcomputer): Máy tính cá nhân (PC – Personal Computer) đc hãng IBM phát trin t nm 1981 nhm phc v cho đi tng làm vic ti vn phòng và gia đình. T đó đn nay , PC mà ngi ta thng gi là máy vi tính ngày càng tr nên ph bin và cn thit cho nhiu lnh vc đi sng .Tc đ phát trin nh vi tính ngày nay mnh hn, nhanh hn trc nhiu. i vi lai máy này, ti mi thi đim ch có mt ngi dùng, tính nng m rng các thit b ngai vi b hn ch .Giá thành thp (t vài trm đn vài ngàn USD) 3.6.2 – Máy tính Mini (Minicomputer): Là lai máy tính dùng đ x lý các h thng s liu ln, thng dùng làm máy ch (Server) trong các trng đi hc hay công ty đa quc gia, ti mi thi đim cho phép hàng ngàn ngi cùng truy cp vào. Giá thành cao (vài ngàn USD) 3.6.3 - Máy Mainframe: Lai máy tính dùng đ x lý các h thng d liu cho mt quc gia hay trên tòan cu. Giá thành cao nht trong các lai máy tính đin t. Tùy theo chc nng, máy tính có th lên đn hàng triu USD Mainframe Microcomputer Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 9 IV - T CHC BÊN TRONG MÁY TÍNH: 4.1 - Phn cng: Cn c vào chc nng lu tr và x lý thông tin, máy tính đc t chc t 3 khi chính nh sau: - Khi nhp, xut - Khi x lý - Khi lu tr S đ khi t chc bên trong máy tính 4.1.1 Khi nhp, xut: Thit b nhp (Input Devices) Là thit b cho phép nhp thông tin t bên ngoài vào máy tính. Thit b nhp chun (standard input device) là bàn phím (Keyboard). Ngoài ra còn có còn có thit b nhp ph khác nh: máy quét (scanner),mouse, camera…. Thit b xut (Output Device) Là thit b cho xut thông tin sau khi đc máy tính x lý. Thit b chun (standard output device) là màn hình (monitor). Ngoài ra còn có các thit b ph nh: máy in B X Lý trung ng CPU Các Thit B Nhp + Bàn Phím + Chut + Máy Quét +…… Các Thit B Xut + Màn Hình + Máy In + Máy V +…… B Nh Ngòai B Nh Trong Thanh Ghi n V iu Khin n V Tính Tóan Mouse Training & Education Network 02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com Trang 10 (printer), máy v (plotter),…. 4.1.2 -Khi x lý (Central Processing Unit – CPU) u não ca máy tính là b vi x lý , trong đó đn v gi quyn điu khin tt c các thit b khác là CPU (Central Processing Unit - n v x l ý trung tâm). B vi x lý là mt chip đin t tích hp có kích thc nh nhng chi phi mi hat đng ca máy tính. 4.1.3 - Khi lu tr Dùng đ lu tr thông tin tm thi hoc lâu dài, có hai lai: khi nh trong và khi nh ngòai : Khi nh trong (RAM, ROM) Là b nh tip cn trc tip vi CPU. ROM (Read Only Memory): Là vi mch nh mà trong đó đc ghi sn chng trình (do nhà sn xut) và d liu nhm gii quyt mt vn đ nào đó. Ni dung ca Rom ch có th đc ra ch không th sa đi bi máy tính. Rom đc tích hp trên các bng mch ca máy tính nh: Mainboard, Card màn hình,card mng ….c đim ca Rom có dung lng nh t 4 KB đn vài MB. Thông tin bên trong Rom vn tn ti khi không đc cung cp đin. Chng trình Rom gi là phn do (Firmware) các chng trình này do nhà sn xut ghi trc khi xut xng. Phn do làm cu ni gia phn cng và phn mm. RAM (Random Access Memory): Là b nh truy cp ngu nhiên dùng đ lu tr thông tin tm thi trong khi máy vn hành, cho phép ghi xóa hay thay đi ni dung. Do phi truy xut tun t, nên tc đ truy cp rt cao. Sc chc ca ram t 0.5 MB đn GB. Ngc li vi Rom, toàn b thông tin trong b nh Ram s b mt khi không cp đin. Khi nh ngòai Là các thit b cho lu tr thông tin lâu dài bao gm các đa mm, đa cng, CD – Rom, DVD – Rom , đa quang, bng t,…. ROM SD RAM