Chương 2 : Hộp máy và bộ nguồn
2. Các thành phần cơ bản trên Mainboard
2.3. Khe cắm bộ nhớ (Slot RAM)
Công dụng: Dùng để cắm RAM vào mainboard.
Nhận dạng: Khe cắm RAM ln có cần gạt ở 2 đầu.
Lưu ý: Tùy vào loại RAM (SDRAM, DDRAM, RDRAM) mà giao diện khe cắm khác
nhau.
Hình 3.5 Khe cắm bộ nhớ RAM 2.4. Các cổng giao tiếp
Xét về hình dáng, ta phân biệt các cổng giao tiếp thành hai dạng: cổng đực có chân cắm và cổng cái có những lỗ tròn nhỏ để tiếp nhận chân cắm.
- Cổng song song (LPT1, LPT2): thường sử dụng cho máy in, máy quét - Cổng nối tiếp (COM1, COM2): thường sử dụng cho chuột và Modem. - Cổng PS/2: Dùng cho chuột và bàn phím.
- Cổng USB: là một loại cổng giao tiếp tín hiệu nối tiếp tổng qt thế hệ mới. Cơng nghệ USB có nhiều ưu thế so với loại giao tiếp truyền thống như dễ cài đặt, khả năng Plug and Play, kết nối đồng thời nhiều thiết bị. Hiện nay chuẩn 2.0 đang là chuẩn kết nối ngoại vi cho hầu hết các máy Laptop, Desktop với tốc độ truyền dữ liệu tối đa 480Mb/s. Công nghệ USB 3.0 đang được đưa vào sản xuất với nhiều ưu điểm vượt trội. Dùng cho chuột, bàn phím, máy in và nhiều thiết bị khác thuộc thế hệ mới.
- Cổng Audio: sử dụng cho loa hay headphone, external CD player (line-in), Microphone.
- Cổng HDMI 1.4 (High Definition Multimedia Interface): hỗ trợ truyền tải âm thanh, hình ảnh chất lượng cao khơng nén với băng thơng cực lớn tới 10,2 Gb/s. Đầu nối HDMI có hình dạng giống như đầu nối chuẩn USB nhưng nhỏ hơn và dễ sử dụng hơn so với đầu nối DVI. Đầu nối này có khả năng truyền cả tín hiệu hình ảnh và âm thanh, rất phù hợp cho các hệ thống giải trí gia đình. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, HDMI sử dụng công nghệ chống sao chép bất hợp pháp HDCP cho phép các nhà cung cấp nội dung số kiểm soát số lần khách hàng sao chép HDTV và các nội dung độ nét cao khác. - Cổng DVI: Hầu hết các màn hình và card đồ họa mới đều hỗ trợ đầu nối Digital Video Interface (DVI) thay cho đầu nối VGA được dùng ở màn hình CRT thơng thường. Loại cổng DVI chỉ chuyển tín hiệu hình ảnh, khơng kèm âm thanh.
- Cổng S/PDIF: Thơng thường, mọi tín hiệu âm thanh số (digital) đều phải được chuyển đổi thành dạng tương tự (analog). Trong máy tính, card âm thanh có nhiệm vụ chuyển tín hiệu âm thanh số thành tương tự, rồi sau đó truyền ra loa. Loại loa số, sử dụng đầu nối USB, thực hiện việc biến đổi âm thanh dạng số sang dạng tương tự ngay bên trong loa. Âm thanh được giữ ở dạng tín hiệu số càng lâu thì chất lượng càng tốt. Và đó chính là lý do tại sao nhiều máy tính cao cấp và trung bình hiện nay được trang bị cổng Sony/Philips Digital Interface Format (S/PDIF) dùng để truyền tín hiệu số trực tiếp từ bo mạch chủ đến loa (mà không cần card âm thanh hay thiết bị ngoại vi nào khác).
Nhận diện: Tìm một đầu nối hình vng nhỏ – gọi là đầu nối TOSlink – ở mặt sau
máy hoặc trên card âm thanh.
2.5. Những khe cắm mở rộng
- AGP (Accelerated Graphics Port-cổng đồ họa tăng tốc): là loại bus được Intel thiết kế đặc biệt nhằm nâng cao cho các tác vụ đồ họa. Ngoài ra thiết kế AGP cho phép card đồ họa có đường nối trực tiếp với RAM hệ thống, điều này cho phép card đồ họa
truy cập trực tiếp tới RAM, do đó khơng cần bộ nhớ riêng biệt cho card đồ họa. Bus AGP độc lập về mặt vật lí với bus PCI. Phân loại AGP theo băng thông bao gồm: 1. AGP 1X Độ rộng bus: 32 bit; Tần số làm việc: 66 Mhz; Số dữ liệu chuyển một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 MBps
2. AGP 2X Độ rộng bus: 32 bit; Tần số làm việc: 66 Mhz; Số dữ liệu chuyển một xung nhịp: 2; Băng thông: 533 MBps
3. AGP 4X Độ rộng bus: 32 bit; Tần số làm việc: 66 Mhz; Số dữ liệu chuyển một xung nhịp: 4; Băng thông: 1066 MBps
4. AGP 8X Độ rộng bus: 32 bit; Tần số làm việc: 66 Mhz; Số dữ liệu chuyển một xung nhịp: 8; Băng thông: 2133 MBps
Điện áp của các loại giao tiếp AGP phân biệt tuỳ thuộc vào từng loại. Với AGP 1X, 2X, sử dụng điện áp 3,3V. Với AGP 4X, 8X sử dụng điện áp 1,5V hoặc thấp hơn (0,8V).
- PCI (Peripheral Component Interconnect) khe cắm mở rộng
Hình 3.7 Khe PCI
Cơng dụng: Dùng để cắm các loại card như card mạng, card âm thanh,...
Được giới thiệu vào tháng 6/1992. Hoạt động ở tần số 32MHz, Bus PCI có độ rộng đường truyền bằng độ rộng đường dữ liệu của bộ xử lý. Do đó nếu bộ xử lý 32 bit thì dải thơng của nó là 132MB/s, đối với bộ xử lý 64 bit thì dải thơng của nó là 264MB/s. Trong các máy tính hiện nay đều có khe cắm PCI
Nhận dạng: khe màu trắng trên mainboard.
- PCI Express: PCIe là một định dạng kết hợp giữa truyền dữ liệu tuần tự và song song. Cụ thể, PCIe sử dụng nhiều kết nối song song trong đó mỗi kết nối truyền một luồng dữ liệu tuần tự và độc lập với các đường khác. Loại giao diện này đôi khi được gọi là Channel bonding. PCIe 1.1 chuyển dữ liệu với tốc độ 250 MB/s mỗi hướng trên mỗi luồng. Với tối đa 32 luồng, PCIe cho phép truyền tải tổng cộng 8 GB/s mỗi chiều. Khác các chuẩn card giao diện mở rộng PC khác, PCIe vừa là full duplex vừa là point to point.
Bảng 3.3. Bảng so sánh tốc độ các chuẩn PCIe
Clock speed Transfer rate Overhead Data rate
1x 1.25 GHz 2.5 GT/s 20% 250MB/s
2.0 2.5 Ghz 5 GT/s 20% 500MB/s
3.0 4 Ghz 8 GT/s 0% 1GB/s
2.6. Chip Video
Là chip tích hợp sẵn trên bo mạch chủ làm nhiệm vụ xuất hình ảnh ra màn hình.
2.7. Chip Sound
Là chip thực thi tác vụ âm thanh tích hợp sẵn trên bo mạch
2.8. Chip Lan
Là chip xử lý quá trình gửi nhận file bằng nhiều giao thức thông qua cổng giao tiếp RJ45
2.9. ROM BIOS
Là bộ nhớ sơ cấp của máy tính. ROM chứa hệ thống lệnh nhập xuất cơ bản (BIOS - Basic Input Output System) để kiểm tra phần cứng, nạp hệ điều hành nên cịn gọi là
ROM BIOS.
Hình 3.8 ROM BIOS 2.10. PIN CMOS
Là viên pin 3V nuôi những thiết lập riêng của người dùng như ngày giờ hệ thống, mật khẩu bảo vệ ...
Hình 3.9 Pin CMOS 2.11. Jumper
Jumper là một miếng Plastic nhỏ trong có chất dẫn điện dùng để cắm vào những mạch hở tạo thành mạch kín trên mainboard để thực hiện một nhiệm vụ nào đó như lưu mật khẩu CMOS.
Jumper là một thành phần khơng thể thiếu để thiết lập ổ chính, ổ phụ khi bạn gắn 2 ổ cứng, 2 ổ CD, hoặc ổ cứng và ổ CD trên một dây cáp.
2.12. Power Connector (Đầu cắm nguồn)
Bạn phải xác định được các loại đầu cắm cáp nguồn trên mainboard: Đầu lớn nhất để cáp dây cáp nguồn lớn nhất từ bộ nguồn. Đối với mainboard dành cho P IV trở lên có một đầu cáp nguồn vuông 4 dây cắm vào mainboard.
2.13. FAN Connector
Là chân cắm 3 đinh có ký hiệu FAN nằm ở khu vực giữa mainboard để cung cấp nguồn cho quạt giải nhiệt của CPU.
Trong trường hợp Case của bạn có gắn quạt giải nhiệt, nếu khơng tìm thấy một chân cắm quạt nào dư trên mainboard thì lấy nguồn trực tiếp từ các đầu dây của bộ nguồn.
2.14. Dây nối với vỏ máy
Mặt trước thùng máy thơng thường chúng ta có các thiết bị sau:
- Nút Power: dùng để khởi động máy.
- Nút Reset: để khởi động lại máy trong trường hợp cần thiết. - Đèn nguồn: màu xanh báo máy đang hoạt động.
- Đèn ổ cứng: màu đỏ báo ổ cứng đang truy xuất dữ liệu.
Các thiết bị này được nối với mainboard thông qua các dây điên nhỏ đi kèm vỏ máy. Trên mainboard sẽ có những chân cắm với các ký hiệu để giúp bạn gắn đúng dây cho từng thiết bị.
3. Nguyên lý hoạt động của Mainboard
3.1. Quá trình khởi động và kiểm tra của máy tính
- Q trình khởi động và kiểm tra của máy tính diễn ra ngay sau khi bấm cơng tắc mở nguồn, khi màn hình chưa hiện các dịng chữ màu trắng là lúc một loạt quá trình đã đựơc thực hiện bởi chương trình POST máy do BIOS thực hiện.
- Hầu hết các hư hỏng của Mainboard đều biểu hiện ở lúc khởi động, vì vậy nếu ta nắm chắc được q trình khởi động của máy thì bạn có thể dễ dàng xác định được nguyên nhân của mỗi sự cố.
Các bước trong q trình khởi động máy tính (sau khi bật cơng tắc)
1. Bật cơng tắc, nguồn chính hoạt động cung cấp cho Mainboard các điện áp chính 12V, 5V và 3.3V
2. Mạch VRM cấp nguồn VCORE cho CPU đồng thời báo tín hiệu VRM_GD (VRM_Good) đến Chipset nam
3. Mạch tạo xung Clock (Clocking) hoạt động, cung cấp cho các thành phần trên Main xung Clock để hoạt động
4. Khi có Vcc, có xung Clock IC-SIO hoạt động.
5. IC-SIO tạo tín hiệu Reset để khởi động Chipset nam 6. Chipset nam hoạt động
7. Nếu có tín hiệu VRM_GD thì Chipset nam tạo tín hiệu Reset hệ thống. 8. Chipset bắc hoạt động
9. Chipset bắc tạo ra tín hiệu Reset CPU 10. CPU hoạt động
11. CPU phát tín hiệu truy cập ROM để nạp chương trình BIOS 12. Chương trình BIOS kiểm tra bộ nhớ RAM
13. Chương trình BIOS kiểm tra Card Video
14. BIOS cho nạp bản lưu cấu hình máy trong RAM CMOS 15. Kiểm tra các cổng và các ổ đĩa theo thiết lập trong CMOS 16. Khởi động ổ cứng và nạp hệ điều hành từ ổ cứng lên RAM 17. Q trình khởi động máy tính sau khi bật cơng tắt
Quá trình khởi động của máy tính (Minh họa bằng sơ đồ khối )
- Mơ tả q trình khởi động của máy tính:
+ Khi ta bật công tắc, mạch khởi động trên Mainboard hoạt động và đưa ra lệnh P.ON lên điều khiển nguồn chính của nguồn ATX hoạt động.
+ Nguồn ATX hoạt động và cung cấp xuống Mainboard các điện áp 12V, 5V và 3,3V + Khi có nguồn cung cấp, các mạch ổn áp sẽ hoạt động đầu tiên (mạch VRM ổn áp nguồn cho CPU, mạch ổn áp 1,5V cấp cho hai Chipset, mạch ổn áp 2,5V cấp cho RAM), khi các mạch ổn áp hoạt động tốt sẽ cho các tín hiệu báo nguồn tốt PWR_GD về mạch Logic để từ đó tạo ra tín hiệu báo nguồn tốt chung là P.Good (Power Good) + Khi có tín hiệu P.Good mạch Clock Gen sẽ tạo xung Clock cung cấp cho các thành phần trên Mainboard (lúc này đèn CLK trên Card Test Main sáng lên)
+ Đồng thời tín hiệu P.Good báo về Chipset nam để Chipset này đưa ra tín hiệu Reset hệ thống. (lúc này đèn RST trên Card Test Main sáng lên rồi tắt là tín hiệu Reset tốt) -Tín hiệu Reset hệ thống sẽ khởi động các thành phần khác trên Mainboard hoạt động
trong đó có Chipset bắc.
-Chipset bắc hoạt động sẽ tạo ra tín hiệu Reset_CPU để khởi động cho CPU hoạt động -CPU hoạt động và cho nạp chương trình BIOS, nếu nạp được BIOS nó mới duy trì sự
hoạt động (lúc này đèn OSC và đèn BIOS sáng lên)
+ CPU chạy chương trình BIOS và thực hiện kiểm tra Card Video và kiểm tra bộ nhớ RAM, nếu Card Video hoặc bộ nhớ RAM bị hỏng, nó sẽ đưa ra thơng báo lỗi bằng tiếng Bíp ở loa trong.
3.2.1. Mainboard của máy Pentium 2
Hình 3.11 Maiboard máy Pentium 2
Đặc điểm:
- CPU gắn vào Mainboard theo kiểu khe Slot - Hỗ trợ tốc độ CPU từ 233MHz đến 450MHz
- Hỗ trợ Bus của CPU (FSB) là 66MHz và 100MHz - Trên Mainboard có các Jumper để thiết lập tốc độ. - Sử dụng SDRam có Bus 66MHz hoặc 100MHz - Sử dụng Card Video AGP 1X
3.2.2. Mainboard máy Pentium 3
Hình 3.12 Mainboard dịng máy Pentium 3
Đặc điểm:
- CPU gắn vào Mainboard theo kiểu đế cắm Socket 370 - Hỗ trợ tốc độ CPU từ 500MHz đến 1,4GHz
- Hỗ trợ Bus của CPU (FSB) là 100MHz và 133MHz
- Sử dụng SDRam có Bus 100MHz hoặc 133MHz - Sử dụng Card Video AGP 2X
3.2.3. Mainboard máy Pentium 4 socket 423 (đời đầu)Đặc điểm: Đặc điểm:
- CPU gắn vào Mainboard theo kiểu đế cắm Socket 423 - Hỗ trợ tốc độ CPU từ 1,5GHz đến 2,5GHz
- Sử dụng Card Video AGP 4X
3.2.4. Mainboard máy Pentium 4 socket 478Đặc điểm: Đặc điểm:
- CPU gắn vào Mainboard theo kiểu đế cắm Socket 478 - Hỗ trợ tốc độ CPU từ 1,5GHz đến trên 3GHz
- Tốc độ Bus của CPU (FSB) từ 400MHz trở lên - Sử dụng Card Video AGP 4X, 8X
- Sử dụng bộ nhớ DDRam có tốc độ Bus Ram từ 266MHz trở lên 3.2.5. Mainboard máy Pentium 4 socket 775
Đặc điểm:
- CPU gắn vào Mainboard theo kiểu đế cắm Socket 775 - Hỗ trợ tốc độ CPU từ 2GHz đến trên 3,8GHz
- Tốc độ Bus của CPU (FSB) từ 533MHz trở lên
- Sử dụng Card Video AGP 16X hoặc Card Video PCI Express 16X - Sử dụng bộ nhớ DDRam có tốc độ Bus từ 400MHz trở lên
Hình 3.13 Mainboard chipset G31
3.2.6. Mainboard socket 775 (Intel Core Core™ 2 socket 775)
Đặc điểm:
- Thiết kế tiết kiệm năng lượng mang tính cách mạng với cơng nghệ DES. - Hỗ trợ bộ xử lý đa nhân Intel® Core™ 2 và các bộ xử lý 45nm.
- Hỗ trợ FSB (Front Side Bus) 1600MHz.
- Bộ nhớ DDR2 12800 với cơng nghệ Intel® ECC giúp nâng cao tốc độ và băng thông dữ liệu cao hơn.
- Module cấp điện cho CPU chất lượng cao với cuộn cảm kháng lõi Ferit, MOSFETs có RDS (on) thấp và tụ nhơm đặc có trở kháng tương đương thấp.
- Hỗ trợ cơng nghệ CrossFire™ với 2 khe đồ họa PCI-E 2.0 x16 tăng cường hiệu năng cho game.
- Kết nối Gigabit Ethernet tốc độ cao với thiết kế Xanh giúp tiết kiệm năng lượng - ALC889A chuẩn DTS Connect mang đến âm thanh chất lượng cao Full Rate Lossless Audio và hỗ trợ cả 2 định dạng Blu-ray và HD DVD.
- Tích hợp chuẩn SATA 3Gb/s với giao tiếp 4 cổng eSATA 2. - Tính năng Quad BIOS tăng cường khả năng bảo vệ.
- Thiết kế 12 pha điện tăng sự ổn định tuyệt đối cho hệ thống. - 2 Gigabit Ethernet LAN và chức năng Teaming
4.1. Chức năng của Mainboard
Trong một hệ thống máy tính có khoảng 10 thiết bị khác nhau như: - CPU - RAM - Card Video - Card Sound - Card LAN - HDD - CDROM - FDD - Keyboard - Mouse Các thiết bị này có tốc độ chạy rất khác nhau:
- Ví dụ: Tốc độ ra vào qua chân CPU là 800MHz nhưng tốc độ qua chân RAM là 400MHz và tốc độ qua Card Sound chỉ có 66MHz
- Ngồi ra số đường mạch (số BUS) cũng khác nhau, vì vậy mà các thiết bị trên không thể kết nối trực tiếp với nhau được.
- Mainboard chính là thiết bị đóng vai trò trung gian để kết nối tất cả các thiết bị trên hệ thống máy tính liên kết lại với nhau thành một bộ máy thống nhất, vì vậy Mainboard có những chức năng sau:
* Các chức năng của Mainboard:
- Gắn kết các thành phần trên một hệ thống máy tính lại với nhau
- Điều khiển thay đổi tốc độ BUS cho phù hợp với các thành phần khác nhau - Quản lý nguồn cấp cho các thành phần trên Main
- Cung cấp xung nhịp chủ (xung Clock) để đồng bộ sự hoạt động của tồn hệ thống Chính vì những chức năng quan trọng trên mà khi Main có sự cố thì máy tính khơng thể hoạt động được.
Hình 3.14 Mơ phỏng các thiết bị gắn kết tên Mainboard
Hệ thống máy tính với các thiết bị gắn trên nó, Mainboard có các thành phần chính là North Bridge (Chipset bắc), Sourth Bridge (Chipset nam), IC SIO (IC điều khiển các cổng). Ba thành phần chính của Mainboard đóng vai trị trung gian để gắn kết các thiết bị của hệ thống máy tính lại thành một bộ máy thống nhất.