Các máy tính ngày nay rất đa dạng về kích cỡ, tốc độ và các chi tiết khác: Từ máy tính xách tay tới các siêu máy tính. Tuy nhiên, tất cả các loại máy tính đều có chung một cấu trúc logic cơ bản gồm 6 thành phần: Bộ vào (input), bộ ra (output), bộ nhớ (memory), bộ làm tính (ALU), bộ điều khiển (CU) và bộ nhớ ngoài (external memory). Những kiến thức cơ bản về các thành phần này của hệ thống cùng với mối quan hệ giữa chúng là hết sức cần thiết đối với các nhà quản lý. Mối quan hệ giữa các thành phần này thể hiện ở dạng các dòng dữ liệu bên trong hệ thống máy tính (mũi tên đậm) và các dòng tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển đối với các bộ phận còn lại khác (mũi tên thường). Bộ điều khiển và bộ làm tính cùng nhau tạo nên bộ xử lý trung tâm (CPU). Hình 2.1 cho thấy cấu trúc logic của các máy tính số.
Bộ xử lý trung tâm (CPU)
Bộ điều khiển Bộ làm tính
(CU) (ALU)
Bộ vào Bộ nhớ Bộ ra
(INPUT) (MEMORY) (OUTPUT)
Bộ nhớ ngoài (EXTERNAL MEMORY)
Hình 2.1: Cấu trúc logic của các máy tính số
a, Bộ vào
Khi sử dụng máy tính, chúng ta phải có các phương tiện để nhập liệu vào máy tính chuẩn bị cho quá trình xử lý. Thiết bị thực hiện chức năng thu thập và nhập dữ liệu thô chưa qua xử lý vào hệ thống máy tính được gọi là bộ vào (input device).
Thiết bị nhập liệu vào máy tính khá đa dạng và phong phú. Khi sử dụng máy vi tính, các nhà quản lý chủ yếu sử dụng bàn phím để nhập liệu.
Bên cạnh cơ chế nhập liệu thủ công này còn có hình thức nhập liệu bán tự động bằng cách sử dụng các thiết bị như POS (Point-of-Sale) và ATM (Automated Teller Machine). Các thiết bị này là biến thể của thiết bị đầu cuối, những thiết bị được thiết kế chỉ dành cho chức năng vào/ra của hệ thống máy tính và không có bộ xử lý, gồm một bàn phím để nhập dữ liệu vào và màn hình để hiển thị thông tin đầu ra của hệ thống máy tính. Ngoài ra còn một máy in được thiết kế kèm theo để phục vụ nhu cầu in hóa đơn chứng từ, ghi nhận các giao dịch đã hoàn thành. Các thiết bị này được nối với máy tính bằng một đường truyền.
Có một số phương pháp nhập liệu khác cho phép đọc và quét các tài liệu nghiệp vụ gốc trực tiếp vào bộ nhớ của máy tính như công nghệ nhận dạng ký tự mực từ (MICR – Magnetic Ink Character Recognition) và công nghệ nhận dạng ký tự quang (OCR – Optical Character Recognition).
MICR là công nghệ nhận dạng ký tự (được in bằng một loại mực đặc biệt – mực từ) và “đọc” các ký tự bằng một máy đọc đặc biệt gọi là MICR. Thiết bị MICR chỉ đọc các ký tự được in ở dạng font chuẩn, bằng mực từ nên có độ an toàn cao. Đầu đọc và mực từ đều rất tốn kém, nên công nghệ MICR được sử dụng chủ yếu trong ngành ngân hàng, để đọc và xử lý séc (đạt tới tốc độ 300 séc/phút).
Công nghệ OCR giúp nhận dạng ký tự trong các tài liệu, văn bản và chuyển sang dạng tệp điện tử trên máy tính.
Trong trường hợp dữ liệu đã được lưu trên các thiết bị nhớ (đĩa mềm, đĩa CD hoặc DVD), thì với việc sử dụng một ổ đĩa tương ứng các dữ liệu này có thể được “đọc” vào máy tính một cách dễ dàng. Ngoài ra, các thiết bị này còn được sử dụng như một bộ ra.
b, Bộ ra
Thiết bị thực hiện chức năng đưa thông tin sau khi xử lý ra môi trường bên ngoài gọi là bộ ra (output device). Giống như bộ vào trên thực tế thiết bị ra của hệ thống máy tính cũng rất phong phú và đa dạng nhằm phân phối thông tin đầu ra ở một dạng thức phù hợp cho người dùng: màn hính, máy in,... Tuy nhiên, dạng đầu ra chủ yếu vẫn là các báo cáo in ra trên máy in.
Ngoài ra người ta có thể sử dụng vi phim máy tính (COM - Computer Output Microfilm) làm phương tiện đầu ra để ghi nhận dữ liệu từ bộ nhớ với tốc độ rất cao. Sử dụng quá trình COM là quá trình sao chép dữ liệu từ các phương tiện điện tử trên máy tính lên vi phim.
c, Bộ nhớ
Thành phần này còn được gọi là bộ nhớ chính (Primary Storage). Tất cả các luồng dữ liệu trong hệ thống máy tính đều vận động từ các thành phần khác đến bộ nhớ chính hoặc từ bộ nhớ chính đến các thành phần khác, cụ thể dữ liệu từ bộ vào đều đi vào bộ nhớ chính, bộ ra đều nhận dữ liệu từ bộ nhớ chính, giữa bộ nhớ chính và bộ nhớ ngoài cũng như giữa bộ nhớ chính và bộ làm tính tồn tại các dòng dữ liệu hai chiều. Giữa bộ nhớ chính và bộ điều khiển có một luồng dữ liệu đặc biệt nhằm chỉ thị công việc tiếp theo cho bộ điều khiển.
Bộ nhớ của máy tính được chia thành các ô, mỗi ô được sử dụng để lưu trữ một lượng cố định dữ liệu. Mỗi ô có một số hiệu nhận diện, hay còn gọi là địa chỉ. Địa chỉ của 23 không bao giờ thay đổi, trong khi nội dung của các ô bộ nhớ lại thay đổi theo quá trình hoạt động của máy tính. Khi dữ liệu được “đọc vào” (một ô bộ nhớ xác định nào đó) từ bộ vào hoặc như là một kết quả sau khi tính toán trong bộ làm tính, thì máy tính sẽ xóa dữ liệu trước đó được lưu trong ô bộ nhớ đó, nhưng ngược lại khi một mục dữ liệu được “đọc từ” một ô bộ nhớ để đưa ra bộ ra như máy in hoặc dùng cho mục tiêu tính toán trong bộ làm tính thì nội dung của ô nhớ không thay đổi.
Mỗi ô bộ nhớ có một dung lượng cố định, dung lượng này thay đổi từ mô hình máy tính này đến mô hình máy tính khác. Ô bộ nhớ chỉ chứa được một ký tự dữ liệu được gọi là một byte, trong khi ô bộ nhớ chứa được hai hay nhiều hơn hai ký tự dữ liệu được gọi là một word.
d, Bộ làm tính
Bộ làm tính (ALU – Arithmetic/Logical Unit) được thiết kế để thực hiện các phép toán cộng, trừ, nhân, chia cũng như các phép toán logic khác. Các dữ liệu cần cho quá trình tính toán sẽ được đọc từ bộ nhớ chính vào bộ làm tính. Tại đây, các dữ liệu sẽ được xử lý với một thời gian nhất định, sau đó kết quả xử lý sẽ được lưu tạm thời ngược trở lại vào bộ nhớ chính.
e, Các tệp tin
Khi chạy các ứng dụng trên máy tính thì đương nhiên các dữ liệu cần cho quá trình tính toán hiện thời phải được lưu trên bộ nhớ của máy tính. Tuy nhiên, dung lượng bộ nhớ của máy tính là hạn chế, không đủ chỗ để chứa cùng một lúc dữ liệu cho tất cả các ứng dụng đang chạy như MS-Word, MS-Excel hay MS-PowerPoint. Ngoài ra, bộ nhớ chính của máy tính có tính chất tạm thời, dữ liệu trong bộ nhớ chính sẽ bị xóa khi mất điện hoặc tắt máy. Để có thể lưu trữ lâu dài một lượng lớn dữ liệu trong hệ thống máy tính với một chi phí hợp lý hơn so với bộ nhớ chính, người ta sử dụng các thiết bị nhớ ngoài lưu giữ tệp tin (files). Thiết bị nhớ ngoài này có thể là các ồ băng từ, ổ đĩa từ (cố định hoặc không cố định), các ổ đĩa flash drive, các ổ đĩa CD và DVD. Tuy nhiên, lưu trữ dữ liệu ở dạng tệp tin có điểm hạn chế là tốc độ ghi và đọc dữ liệu từ thiết bị nhớ ngoài tương đối chậm so với thời gian xử lý của máy tính.
Về nguyên tắc, có hai cách để tổ chức tệp tin: truy cập tuần tự (sequential access files) và truy cập trực tiếp (direct access files). Với truy cập tuần tự, tất cả các bản ghi của tệp được lưu trữ theo một trật tự được quy định bởi khóa điều khiển của tệp, cho nên để tìm một bản ghi trong tệp, người ta phải truy cập tuần tự vào tệp: rà soát từ đầu tệp và đọc lần lượt từng bản ghi một cho tới khi gặp bản ghi cần tìm kiếm. Phương pháp truy cập này tốn thời gian, đặc biệt khi bản ghi cần tìm nằm ở cuối tệp. Do vậy, hiếm khi người ta sử dụng tệp truy cập tuần tự để tìm kiếm bản ghi đơn lẻ, mà chỉ sử dụng trong xử lý theo lô, theo đó các giao dịch được gom thành lô sau đó các giao dịch trong cả lô sẽ được xử lý cùng một lúc. Các tệp truy cập tuần tự thường được lưu trên các băng từ. Ô băng từ là một thiết bị được dùng để ghi dữ liệu lên băng từ và đọc dữ liệu từ băng từ trở lại bộ nhớ chính. Truy cập dữ liệu từ băng từ chậm hơn rất nhiều so với từ các tệp truy cập trực tiếp. Vì thế, trong trường hợp tốc độ là vấn đề cần ưu tiên thì các tệp tuần tự không phải là sự lựa chọn phù hợp. Tuy nhiên, băng từ lại là lựa chọn kinh tế để lưu trữ được một lượng lớn dữ liệu. Đối với tệp truy cập trực tiếp, tệp sẽ được lưu trữ trên thiết bị nhớ truy cập trực tiếp (DASD - Direct Access Storage Device) và như vậy; máy tính có thể truy cập ngay lập tức đến một bản ghi mà không cần biết bản ghi nằm ở vị trí nào trong tệp. Thiết bị lưu trữ tệp tin có thể là cố định hoặc di động (tháo rời được). Các thiết bị lưu trữ tệp cố định thường có dung lượng lớn và giá cả tương đối cao, trong khi các thiết bị di động tương đối gọn nhẹ và giá cả hợp lý, ví dụ với đĩa mật độ cao 3.5 inch ở máy vi tính có thể lưu tới 1.44 MB dữ liệu với giá dưới 0.5$, ổ đĩa có giá dưới 20$.
Thiết bị lưu trữ tệp tin truy cập trực tiếp mới nhất và nhỏ nhất hiện nay dành cho máy tính cá nhân sử dụng bộ nhớ flash (hiện đã sử dụng trong máy ảnh số và máy nghe nhạc di động), ổ flash này còn được biết đến với tên gọi khác là jump drive, mini USB drive hay keychain drive với độ dài khoảng 2 ½ inch. Bản chất của hoạt động truy cập trực tiếp là tệp vật lý được chia thành các ô, mỗi ô có một địa chỉ và vì vậy mà máy tính có thể lưu mỗi bản ghi trong một địa chi tệp xác định và sau đó có thể truy cập trực tiếp đến bản ghi đó thông qua địa chỉ tệp.
Đối với các xử lý trực tuyến, đòi hỏi phải dùng các tệp truy cập trực tiếp. Các hãng hàng không, nhân viên bán hàng trong các cửa hàng, siêu thị, các nhà quản lý cũng như người truy cập trang Web không thể chờ đợi một thời gian dài để tải và đọc dữ liệu từ các băng từ. Ngược lại, xử lý theo lô có thể được thực hiện với cả hai loại tệp: tệp truy cập trực tiếp và tệp truy cập gián tiếp. Tệp truy cập tuần tự sẽ vẫn tồn tại, tuy nhiên có nhiều xu thế khiến các tổ chức tăng cường sử dụng tệp truy cập trực tiếp thay vì dùng tệp truy cập gián tiếp, trong đó có nhu cầu của xử lý trực tuyến và duyệt Web đối với tệp truy cập trực tiếp, xu thế giảm chi phí cho mỗi byte của tệp truy cập trực tiếp và yêu cầu về tốc độ xử lý thông tin trong môi trường cạnh tranh ngày nay.
f, Bộ điều khiển
Bộ điều khiển (CU - Control Unit) cung cấp khả năng kiểm soát, giúp máy tính tận dụng được lợi thế về tốc độ và dung lượng của các thành phần đã trình bày ở trên. Các hoạt động của bộ điều khiển được điều tiết bởi một danh sách các chỉ thị - gọi là chương trình. Chương trình này được lưu trong bộ nhớ của máy tính giống như các dữ liệu khác. Mỗi lần sẽ có một chỉ thị được chuyển vào bộ điều khiển, được dịch và được thực hiện bởi bộ điều khiển.