Mục tiêu:
- Biết được hệ vào/ra cơ sở (BIOS)
- Liệt kê được các card mở rộng thông dụng
- Trình bày được cách truy cập trực tiếp bộ nhớ
6.2.1. Hệ vào/ra cơ sở (BIOS)
BIOS (Basic Input/Output System) là một tập hợp trình sơ cấp để hướng dẫn các hoạt động cơ bản của máy bao gồm cả thủ tục khởi động và việc quản lý các tín hiệu vào từ bàn phím. BIOS được nạp cố định trong một chip đọc (ROM) lắp trên board mẹ. Khi bắt đầu mở máy (khởi động nguội - cold boot) hoặc khởi động lại (khởi động nóng - warm boot) bằng nút restart hay tổ hợp phím Ctrl +
Alt + Del, các chương trình sơ cấp này sẽ được đưa vào máy tính để thực hiện quá trình tự kiểm tra khi mở máy (POST- Power On Self Test) và kiểm tra bộ nhớ (memory check). Nếu phát hiện được một trục trặc bất kỳ nào trong các bộ phận máy, bàn phím hay ổ điã, thông báo lỗi sẽ xuất hiện trên màn hình. Còn
nếu các phép thử chẩn đoán này không phát hiện bất thường nào thì BIOS sẽ
Một chức năng khác của BIOS là cung cấp chương trình cài đặt (setup program), đó là một chương trình dựa vào trình đơn để ta tự chọn các thông số cấu hình hệ thống cơ bản như ngày giờ hệ thống, cấu hình ổ điã, kích cỡ bộ nhớ, thông số cache, shadow ROM, và trình tự khởi động kể cả mật khẩu. Một số BIOS còn có khả năng cài đặt tiên tiến (advanced setup options) cho phép lựa chọn thông số cài đặt đối với cổng, các giao diện điã cứng, các thiết lập ngắt PCI, các trạng thái đợi và nhiều thông số khác. Các thông số tự chọn mang tính sống còn này sẽ được giữ lại trong chip CMOS thuộc BIOS, không bị mất thông tin khi tắt máy vì được nuôi bằng pin. CMOS còn chứa mạch đồng hồ thời gian thực (real -time clock).
Chương trình sơ cấp nạp trong chip BIOS do nhà máy chế tạo sẵn (còn gọi là firmware mà có nhiều người dịch là phần sụn), không thể thay đổi được. Người ta đang dùng rộng rãi loại flash BIOS, một chip có thể lập trình lại, dùng để lưu giữ hệ vào/ra cơ sở, có ưu điểm là dễ cập nhật. Khi phát hiện có lỗi hãng
máy tính sẽ gửi cho ta một điã chứa hệ BIOS mới cùng với một chương trình
cập nhật. Sau khi cho chạy chương trình này, chip của ta sẽ được nạp lại BIOS mới không lỗi, không phải gửi máy tính lại cho hãng để thay ROM khác. Trong máy XT, dùng các chuyển mạch Dip (dip switch) để báo cho BIOS ROM biết có những phần cứng nào trong hệ thống.
Trong các máy 286 trở lên, dùng chương trình setup CMOS để ghi các
thông tin cài đặt phần cứng vào CMOS. CMOS sẽ theo dõi các thông tin về bộ nhớ, số lượng và chủng loại ổ đĩa, loại màn hình, có bộ xử lý toán hay không, ngày giờ.
Các máy tính EISA dùng 1 thủ tục cài đặt ECU (EISA Configuration Utilities) để cài đặt những thông tin về các card EISA được cài đặt trong hệ thống.
Gần đây Microsoft hỗ trợ cho một tiêu chuẩn mới là Plug and Play (cắm vào là chạy). Nếu được tuân thủ hoàn toàn, người sử dụng có thể bổ sung thêm card mở rộng mà không phải lo lắnggì về vấn đề cài đặt phiền phức và các tranh chấp cổng xảy ra. Để tương hợp với Plug and Play, máy tính phải có một hệ điều hành tương hợp (Windows 95), một BIOS tương hợp (PnP BIOS), và các card điều hợp tương hợp với chuẩn đó. Mặc dù Windows 95 có nhiều khả năng chạy Plug and Play mà không cần PnP BIOS, nhưng vẫn nên dùng PnP BIOS vì nó sẽ tự động thiết lập trình tự khởi động và các chức năng khởi động quan trọng khác. Vì vậy, khi mua máy tính loại tương thích IBM ta nên tìm loại phù hợp với Windows 95. Điều này có nghĩa (trong nhiều ý nghĩa khác) hệ thống máy của ta sẽ tương hợp hoàn toàn với đặc trưng Plug and Play của Intel.
6.2.2. Khe cắm mở rộng
Chiếm diện tích của board mẹ nhiều nhất là các khe mở rộng. Đó là loại khe cắm được nối với các dây dẫn song song tải tín hiệu (bus), và được thiết kế phù hợp để cắm vừa các card mở rộng, tạo nên bus mở rộng theo nhiều chuẩn khác nhau. Nhờ có bus mở rộng nên ta có thể bổ sung thêm nhiều tính năng mới
cho máy thông qua card điều hợp mới. Không chỉ là ổ cắm điện bình thường, bus này còn cung cấp một loạt các chức năng điện tử phức tạp được đồng bộ với các chức năng của bộ VXL.
Có nhiều tiêu chuẩn bus mở rộng đang cạnh tranh lẫn nhau. Đầu tiên người ta dùng tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture) một kiểu bus 16-
bit ra đời từ 1984. Sau đó là bus EISA (Enhanced ISA) rộng 32-bit, VESA local
bus gắn chặt với loại VXL 486, và PCI (Peripheral Component Interface) rộng
32-bit hoặc 64-bit tốc độ nhanh mà không bị ràng buộc vào kiểu VXL nào. Chuẩn PCI còn có khả năng dự trữ để tương thích tiến đối với chuẩn Plug and
Play sau này.
Hiện nay, các nhà sản xuất đang tập trung đầu tư cho chuẩn bus gọi là bus tuần tự đa năng (USB - Universal Serial Bus). Với chuẩn này, việc cài đặt thiết bị ngoại vi sẽ trở nên dễ dàng, chỉ cần cắm vào đầu nối chuẩn của PC là máy tính có thể nhận biết ngay thiết bị bổ sung, không cần phải mở máy ra và cắm card điều hợp như hiện nay. Tuy nhiên, để đạt được khả năng này, thiết bị ngoại vi cũng phải tuân theo chuẩn USB.
Card mở rộng điều hành các thiết bị ngoại vi thông qua các cổng ghép nối. Có các loại cổng song song (parallel port), cổng nối tiếp (serial port), cổng trò chơi (game port), và mới nhất là cổng EPP/ECP, một loại cổng song song phù hợp với cả hai chuẩn EPP và ECP, cũng như với giao diện máy in Centronics. Các cổng máy in EPP/ECP được hỗ trợ bởi Windows 95, và với dây cáp tốc độ cao đặc biệt, người dùng Windows có thể dùng cổng này để thành lập các ghép nối tốc độ nhanh với phương thức liên tục hai chiều (bidirectional
communication).
Các vấn đề về bus mở rộng và cổng sẽ được trình bày chi tiết hơn trong một mục riêng sau này.
6.2.3. Truy cập trực tiếp bộ nhớ (DMA)
Viết tắt của Direct Memory Access, bộ điều khiển (controller) DMA là
một mạch điện tử tích hợp, có trang bị các chức năng vi xử lý, được lắp cố định trên board mẹ, phù hợp với một kiểu VXL nhất định. Chip DMA cho phép máy tính có thể di chuyển dữ liệu từ các ổ điã hoặc các ngoại vi khác trực tiếp vào bộ
nhớ máy tính mà không ảnh hưởng đến công việc của bộ vi xử lý chính nên làm tăng tốc độ của máy tính lên rất nhiều. Hầu hết các máy PC hiện nay đều sử dụng bộ điều khiển DMA thông qua 8 đường tín hiệu yêu cầu kênh DMA, gán
cho các ngoại vi khác nhau để tránh tranh chấp. Các mainboard cũ không có
chip DMA, mọi tác vụ phải thông qua CPU nên khi truyền thông tin với khối lượng lớn bị chậm. Thông thường các ổ mềm không dùng đến kênh DMA nhưng một số chương trình có thể được thiết kế dùng DMA để cải thiện tốc độ đọc ghi đĩa. Các card mạng, card điều hợp chủ SCSI sử dụng DMA.
Ngoài các bộ phận chính kể trên, Mainboard còn có các bộ phận phụ khác như bộ điều khiển ngắt (interrupt controller), mạch dao động đồng hồ, mạch tự động tiết kiệm điện khi chạy không, bộ đồng xử lý toán(math coprocesser), quạt máy riêng cho bộ VXL v.v....
6.2.4. Đế cắm bộ đồng xử lý toán
Trên mainboard cung cấp sẵn 1 đế cắm để nếu muốn, người dùng có thể
cắm thêm chip đồng xử lý toán Weitek để chip này gánh vác các tác vụ xử lý số học (cải thiện thêmtốc độ hệ thống). Nhưng trên các CPU 486DX, CPU 586 trở đi bộ đồng xử lý toán được tích hợp sẵn bên trong CPU rồi.
6.2.5. Các cầu nối
Trên mainboard có thể có thêm các cầu nối, khi cài đặt mainboard, cần tham khảo tài liệu do nhà sản xuất cung cấp kèm theo mainboard để biết chức năng và ráp các cầu nối chuyển mạch này cho đúng cách.