L ỜI NÓI ĐẦU
3.5. BIOS VÀ CMOS RAM
BIOS là chương trình quản lý các thao tác khởi động máy tính và chứa các
thông tin về thành phần cơ bản của mainboard . Tất cảcác mainboard đều có một bộ
nhớ ROM để chứa chương trình BIOS nên bộ nhớ này còn gọi là ROM BIOS. Một
số nhà sản xuất ROM BIOS lớn hiện nay là: Phoenix, AMI, Award, … Thông thường, ta không thểthay đổi được nội dung của ROM BIOS do ROM là bộ nhớ chỉ đọc, tuy nhiên, ngày nay, bộ nhớ ROM truyền thống đã được thay thế bằng bộ nhớ
flash, do đó, ta có thể nạp lại BIOS bằng các kit nạp và chương trình nạp thích hợp. ROM BIOS có hai loại: loại được cắm trên socket của mainboard (hình 3.9 (a)) và
loại được hàn cứng trên mainboard (hình 3.9 (b)).
Mainboard chỉ chứa các thành phần cơ bản của máy tính, trong quá trình hoạt động, mainboard có thể được kết nối với rất nhiều thiết bị với rất nhiều cấu
hình khác nhau, do đó không thể lưu cố định cấu hình của hệ thống trong ROM
BIOS. Để khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng một bộ nhớ RAM có khả năng
đọc/ghi để chứa cấu hình của hệ thống, gọi là bộ nhớ NVRAM hay là CMOS RAM.
40
đổi một sốthông tin trong CMOS RAM như: thứ tựđọc đĩa khởi động (boot), ngày
giờ hệ thống, bật/tắt các cổng xuất/nhập, mật khẩu đăng nhập vào hệ thống, … Do
dữ liệu trong CMOS RAM bị mất khi ngừng cấp điện, nên để duy trì dữ liệu trong
CMOS, người ta dùng một viên pin riêng, gọi là pin CMOS. Khi pin CMOS yếu,
ngày giờ hệ thống sẽ chạy sai hoặc ta nhận được thông báo chạy BIOS SETUP mỗi khi khởi động máy.
(a) (b)
Hình 3.9. Các loại ROM BIOS
Khi khởi động máy tính, BIOS gọi chương trình kiểm tra phần cứng có trong hệ thống, gọi là chương trình POST. Trong quá trình này, nếu phát hiện một số
thông số phần cứng không phù hợp với các thông tin được lưu trữ trong CMOS RAM, POST sẽ yêu cầu chạy chương trình BIOS SETUP để khai báo lại cho đúng.
Ví dụ, khi ta gắn thêm RAM, ổđĩa cứng hoặc ổđĩa quang … một số hệ thống sẽ tự động cập nhật, một số khác sẽ yêu cầu người dùng vào BIOS SETUP để cập nhật các thông tin này.
Sau quá trình POST, BIOS sẽ quét qua tất cả các ổ đĩa có thể có trong hệ
thống để tìm ổ đĩa khởi động đầu tiên (thứ tự quét được định trong CMOS RAM và
có thể thay đổi được). Quá trình này gọi là BOOTSTRAP của BIOS. Sau quá trình này, hệ thống khởi động vào hệ điều hành và BIOS nhường lại quyền kiểm soát hệ
thống cho hệđiều hành.
3.6. Interfaces
Interfaces còn được gọi là giao diện máy tính. Đây là các thành phần giúp
máy tính có thể giao tiếp với con người và thế giới bên ngoài, phổ biến nhất là các cổng chuột, bàn phím, màn hình, máy chiếu, Ethernet, eSATA, USB, COM, lỗ cắm
41
Cổng giao tiếp chuột và bàn phím: còn được gọi là cổng PS/2 (hình 3.10).
Cổng màu xanh lam thường để kết nối với bàn phím, màu xanh lục để kết nối với
chuột.
Hình 3.10. Các cổng PS/2 dùng cho chuột và bàn phím
Cổng giao tiếp với màn hình và máy chiếu: được gọi là cổng VGA (còn gọi là D-SUB). Một số chuẩn mới giao tiếp với màn hình như: HDMI, DVI (hình 3.11) ngoài khảnăng truyền tải hình ảnh còn có thể truyền cảâm thanh. Do đó, các chuẩn
này thường được sử dụng cho màn hình tivi.
(a)D-SUB (b)DVI (c) HDMI
Hình 3.11 Các cổng xuất tín hiệu video
Cổng USB: hiện nay có hai chuẩn giao tiếp USB phổ biến với các tốc độ
truyền dữ liệu khác nhau. Chuẩn USB 2.0 ra đời năm 2001, có tốc độ truyền dữ liệu
tối đa 480Mbps và chuẩn USB 3.0 ra đời năm 2009 có tốc độ truyền dữ liệu tối đa
4,8Gbps. USB 3.0 có khảnăng tương thích ngược với các thế hệUSB trước, do đó,
hình dạng bên ngoài của cổng USB 3.0 chuẩn A hoàn toàn giống chuẩn A của cổng
USB 2.0. Để phân biệt hai loại cổng USB này ta dựa vào màu sắc hoặc biểu tượng
đi kèm. Cổng USB 2.0 thường có hai màu đen hoặc trắng trong khi cổng USB 3.0
có nhiều màu sắc khác như xanh lam, xanh lục, … Biểu tượng của các chuẩn USB
này cũng có sự khác biệt như trong hình 3.12. USB là cổng đa chức năng, hình dạng
42
dụng để kết nối với rất nhiều thiết bị như: chuột, bàn phím, máy in, điện thoại di
động, …
Hình 3.12. Biểu tƣợng của các chuẩn USB 2.0 và 3.0
Cổng Ethernet: còn gọi là cổng RJ45 (hình 3.13), kết nối máy tính với mạng máy tính bên ngoài.
Hình 3.13. Cổng Ethernet
Cổng eSATA: là một biến thể của cổng SATA, dùng để giao tiếp với các ổ
đĩa cứng rời. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa của eSATA là 3GBps. Tuy có tốc độ cao
nhưng cáp eSATA chỉ có chiều dài tối đa 2m và không thể cung cấp nguồn nên phải
sử dụng cáp cấp nguồn riêng. Để khắc phục nhược điểm này, hiện nay đã có cổng eSATAp có thể cung cấp nguồn cho ổ đĩa. Để cho thuận tiên, các nhà sản xuất đã
kết hợp cổng eSATA và USB 2.0 thành một cổng duy nhất gọi là eSATA/USB Combo (hình 3.14), có thể kết nối cả cáp eSATA và USB.
43
Các đường âm thanh vào/ra: dùng để kết nối máy tính với micro và loa. Hiện
nay, hầu hết các mainboard đều hỗ trợ chếđộ âm thanh vòm 5.1 hoặc 7.1.
3.7. Chipset
Chipset như đã giới thiệu là một bộ xử lý trên mainboard, có chức năng như
một cầu nối giúp các thành phần trên mainboard (bao gồm cả CPU) có thể giao tiếp với nhau. Cấu trúc của các chipset thường dựa trên nền tảng của đơn vị xử lý trung
tâm (CPU), do đó, hiện nay trên thế giới cũng chỉ có hai thương hiện cung cấp
chipset lớn, hỗ trợ CPU của họ, đó là: Intel và AMD. Trên các mainboard thế hệcũ
thường có hai chipset, được gọi là chip cầu bắc (North Bridge) và chip cầu nam
(South Bridge). Chức năng của hai chip này được quy định rõ ràng. Chip cầu bắc kết nối trực tiếp với CPU, dùng để quản lý việc giao tiếp của CPU với các thành phần, ngoại vi có tốc độ cao như: RAM, card đồ họa, các cổng PCIe (PCI Express).
Card đồ họa rời nếu có cũng được kết nối thông qua cổng PCIe nên cũng thuộc
quản lý của chip cầu bắc. Chip cầu nam (còn gọi là ICH) quản lý các ngoại vi tốc độ
thấp hơn như: card âm thanh, card mạng, các ổđĩa cứng (SATA, PATA), các cổng
USB, cổng nối tiếp (COM, PS/2), ROM BIOS, CMOS, các cổng PCI chuẩn (tốc độ
thấp hơn PCIe). Chip cầu nam kết nối với CPU thông qua chip cầu bắc. Hình 3.15
mô tả mối liên hệ giữa các chipset, ngoại vi và CPU. Để một hệ thống vận hành tốt, mềm mại, các chipset và CPU phải hoạt động một cách đồng bộ, do đó, chipset thường đi theo cặp và hỗ trợ một vài dòng CPU cụ thể. Ví dụ, hình 3.16 là cặp chipset Intel G33 và ICH9 hỗ trợ các dòng CPU Intel Pentium 4, Pentium D, Dual Core, Core 2 Duo, Core 2 Quad.
Các chipset trực tiếp quản lý các ngoại vi của một hệ thống máy tính, do đó,
các thành phần trên một mainboard phụ thuộc vào chipset sử dụng trên mainboard
đó. Ví dụ, chip cầu bắc Intel G33 có thể quản lý các bộ nhớ RAM DDR2 bus
667/800 và DDR3 bus 800/1600, dung lượng RAM tối đa 8GB, tích hợp card đồ
họa Intel hỗ trợ các ngõ ra VGA, HDMI, DVI, hỗ trợ một cổng PCIe x16, vì vậy, các mainboard sử dụng chip G33 sẽ có các khe cắm RAM DDR2 hoặc DDR3
nhưng tổng dung lượng tối đa là 8GB, trên mainboard chỉ có tối đa một khe cắm
44
chipset là thành phần quyết định công nghệ sử dụng trên mainboard, do đó các nhà
sản xuất thường lấy tên của chipset đặt tên cho mainboard sử dụng chipset đó.
Hình 3.15. Kết nối giữa các chipset, ngoại vi và CPU
Hình 3.16. Chipset G33 và ICH9
Hiện nay, với kỹ thuật thiết kế và công nghệ chế tạo ngày càng tiên tiến, Intel
và AMD đã tích hợp cả bộ điều khiển RAM, PCIe và card đồ họa vào CPU, nên
chip cầu bắc không còn cần thiết. Các mainboard sử dụng nền tảng chipset thế hệ
mới chỉ còn chip cầu nam.
45
Ổ đĩa cứng là thành phần rất quan trọng trong hệ thống máy tính, dùng để
lưu trữ tất cả dữ liệu cá nhân (bao gồm cả hệđiều hành). Hiện nay, có hai loại ổđĩa
cứng, đó là ổ cứng truyền thống, còn gọi là HDD và thế hệổ cứng mới là ổ cứng thể
rắn, còn gọi là SSD.
Ổ cứng truyền thống HDD là thiết bị lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa
hình tròn làm bằng nhôm, thủy tinh hoặc gốm được phủ vật liệu từ tính, gọi là
platter. Hình 3.17 mô tả cấu tạo cơ bản của HDD. Các đĩa platter được xếp đồng trục, trục xuyên tâm các đĩa gọi là spindle, được gắn trực tiếp với một động cơ quay
ổđĩa cứng. Bề mặt cả mỗi đĩa được chia thành những đơn vị nhỏdùng để xác định
vị trí của dữ liệu. Các đường tròn đồng tâm trên bề mặt đĩa gọi là track. Mỗi track
được chia thành những cung nhỏ hơn gọi là sector. Sector là đơn vị chứa dữ liệu
nhỏ nhất của HDD, thông thường mỗi sector có dung lượng 512 byte. Sốsector trên
mỗi track không bằng nhau, các track ở phần rìa đĩa thường có sốsector nhiều nhất, các track ở phần gần tâm đĩa thường có số sector ít nhất. Cung tròn tập hợp nhiều
sector liền kề nhau gọi là cluster. Tập hợp các track có cùng bán kính ở các mặt đĩa
khác nhau gọi là cylinder.
(a)Hình dạng cơ bản của HDD (b)Các thành phần cơ bản của HDD
Hình 3.17. Ổđĩa cứng HDD
Để đọc/ghi dữ liệu, ổ đĩa cứng có các đầu đọc tiếp xúc với các bề mặt đĩa
platter. Các đầu đọc được gắn trên cơ cấu truyền động để có thể di chuyển đến các
cylinderkhác nhau. Cơ cấu truyền động này được điều khiển bằng một bộ vi mạch nhỏở ngoài. Khi cần truy xuất dữ liệu, vi mạch này điều khiển đầu đọc đến đúng vị
46
trí trên các đĩa từ khi đĩa đang quay ở tốc độ cao, đồng thời giải mã các tín hiệu từ
tính thành dữ liệu mà máy tính có thể hiểu được.
Một số thống số của ổđĩa cứng HDD:
Chuẩn giao tiếp: hai chuẩn giao tiếp phổ biến nhất cho máy tính cá nhân là
ATA và SATA như hình 3.18. Chuẩn ATA bao gồm hai chuẩn IDE và EIDE,
SATA hiện tại gồm ba chuẩn: SATA (còn gọi là SATA 1), SATA 2 và SATA 3. Ngoài ra ổđĩa cứng còn có các chuẩn sử dụng cho servernhư: SAS, SCSI. Bảng 3.2
là tốc độ truy xuất dữ liệu tối đa của các chuẩn. Theo đó, chuẩn ATA có tốc độ thấp
hơn rất nhiều so với chuẩn SATA mới nhất, cáp giao tiếp của SATA cũng nhỏ gọn
hơn của ATA. Do đó, hiện nay, hầu hết các ổđĩa cứng ATA đã được thay thế bằng
ổđĩa cứng SATA.
(a)Chuẩn IDE (b)Chuẩn SATA
Hình 3.18. Các chuẩn IDE và SATA trên mainboard
Bảng 3.2. Tốc độ truy xuất dữ liệu tối đa của các chuẩn ổđĩa cứng
Loại ổđĩa Tốc độ truy xuất dữ liệu (MB/s)
ATA 133
SATA 1 150 SATA 2 300 SATA 3 600
Dung lượng của ổ đĩa cứng trong máy tính cá nhân hiện nay đã đạt tới hàng
trăm gigabyte (GB) đến vài tetrabyte (TB). Trong tương lai, với công nghệ ngày
càng phát triển, dung lượng ổđĩa cứng sẽ ngày càng lớn.
Tốc độ quay của ổđĩa cứng được tính bằng số vòng quay trong một phút, ký
hiệu là rpm. Tốc độ quay càng cao thì tốc độ tìm kiếm dữ liệu càng nhanh. Hiện nay, tốc độ quay thông dụng của các ổđĩa cứng SATA là 7200 rpm.
47
Bộ nhớ đệm (còn gọi là cache của ổ đĩa cứng) có chức năng lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình làm việc của ổđĩa cứng, có ảnh hưởng lớn đến tốc độ truy xuất dữ liệu. Hiện nay, dung lượng bộ nhớ đệm thay đổi từ 16MB đến 64MB, tùy theo nhà sản xuất.
Kích thước: để đảm bảo cho việc lắp ráp, kích thước của ổ đĩa cứng đã được
chuẩn hóa. Các ổ cứng thế hệ cũ có kích thước 5,25 inch, các ổ cứng thế hệ mới
hiện tại dùng cho máy tính để bàn cá nhân có kích thước 3,5 inch, dùng cho laptop
có kích thước 2,5 inch.
Ổđĩa cứng HDD còn được trang bị công nghệS.M.A.R.T. Đây là công nghệ
tựđộng giám sát tình trạng của ổđĩa HDD để dựbáo các hư hỏng có thể xảy ra giúp
người dùng chuẩn bị có phương án giải quyết. Khi S.M.A.R.T báo lỗi, ta nên chuẩn
bị một ổđĩa cứng khác đểsao lưu dữ liệu.
Hiện nay, ngoài ổ đĩa cứng cơ truyền thống (HDD), còn có một loại ổ đĩa
cứng hoạt động hoàn toàn bằng điện, đó là ổ cứng thể rắn, còn gọi là SSD. Không
giống như ổ cứng cơ, cấu tạo bên trong của SSD bao gồm các chip điều khiển và
nhiều chip nhớ flash được kết nối trên một bản mạch in như hình 3.19. Do đó, ổ
cứng SSD có rất nhiều ưu điểm so với ổđĩa cứng HDD.
Hình 3.19. Ổđĩa cứng SSD
Tốc độ truy xuất dữ liệu rất nhanh. Thời gian tìm kiếm dữ liệu của ổđĩa SSD
nhanh hơn HDD từ80 đến 100 lần. Ta thấy điều này rõ nhất khi khởi động máy tính
hoặc khi chạy các chương trình, máy tính sử dụng SSD gần như khởi động vào hệ điều hành ngay lập tức, trong khi máy tính sử dụng HDD có thời gian khởi động khá lâu.
48
SSD tiêu hao năng lượng ít hơn HDD từ30% đến 60%.
Độ tin cậy cao hơn: các ổ đĩa HDD có cấu tạo cơ khí, do đó chỉ cần một sai lệch nhỏ khi có va chạm cũng sẽ làm mất hoặc sai dữ liệu. Các ổ SSD có cấu tạo từ
các chip điều khiển và chip nhớ nên có khảnăng chống sốc cao, tránh nguy cơ mất
dữ liệu khi có va chạm.
Kích thước, hình dáng của SSD nhỏ, gọn hơn rất nhiều so với HDD. Kích
thước SSD chuẩn sử dụng cho máy tính cá nhân để bàn là 2,5 inch
Tuy vậy, SSD cũng có một vài khuyết điểm so với HDD. Ổ đĩa SSD có giá
khá đắt so với HDD. Ở cấp độngười dùng phổthông, dung lượng của SSD vẫn còn
khá thấp, phổ biến từ120GB đến 512GB.
Mỗi loại ổđĩa cứng đều có những ưu điểm riêng. Hiện tại, hai loại ổ đĩa này
đang được sử dụng song song, ta nên xác định rõ mục đích sử dụng của máy tính để
chọn loại ổđĩa cứng cho phù hợp.
Ổđĩa cứng là nơi chứa tất cả dữ liệu cá nhân, để tránh những trường hợp rủi
ro có thể làm mất những dữ liệu quan trọng, ta nên thường xuyên sao lưu dữ liệu bằng một ổ cứng rời hoặc lưu trữ các dữ liệu cần thiết lên mạng.
3.9. Ổđĩa quang
Ổ đĩa quang là thiết bị đọc hoặc ghi các loại đĩa quang như CD hay DVD.
Nếu phân chia theo khả năng đọc và ghi, ổ đĩa quang có thể được chia thành hai loại:
CD/DVD ROM: ổđĩa quang chỉ có khảnăng đọc đĩa CD/DVD WR: ổđĩa quang có khảnăng đọc và ghi đĩa
Thông số quan trọng nhất của một ổ đĩa quang là tốc độ đọc/ghi dữ liệu. Ví
dụ, một ổ đĩa quang có các thông số kỹ thuật như sau: DVD WR, DVD R24 W24
RW8, VCD R48 W48 RW32 có nghĩa là: ổ đĩa quang này có khả năng đọc và ghi
DVD/CD, đối với đĩa DVD, tốc độđọc: 24X, ghi: 24X, xóa: 8X, và 1X tương ứng