Chương 2 : Hộp máy và bộ nguồn
2. Bộ nguồn
2.2. Các thành phần của bộ nguồn máy tính
Hiện nay có 3 dạng chuyển đổi năng lượng điện thông dụng sau:
- Chuyển từ AC sang DC: thường dùng làm nguồn cấp cho các thiết bị điện tử
(adaptor, sạc pin…).
- Chuyển từ DC sang DC (Convertor): chuyển đổi điện thế DC ra nhiều mức khác
nhau.
- Chuyển từ DC sang AC (Invertor): thường dùng trong các bộ lưu điện dự phòng
(UPS,…).
- Bộ biến áp: hạ áp của điện lưới xuống một mức thích hợp cho thiết bị. Điện thế ra
của biến áp vẫn là dạng điện xoay chiều nhưng có mức điện áp thấp hơn. Nó cịn có nhiệm vụ cách ly cho thiết bị với điện thế lưới.
- Bộ nắn điện (chỉnh lưu): chuyển đổi điện thế xoay chiều thành một chiều (DC).
Chỉnh lưu cịn gợn sóng, các mạch điện tử trong thiết bị chưa thể sử dụng được điện thế này.
- Bộ lọc chỉnh lưu: thành phần chính là tụ điện có nhiệm vụ giảm gợn sóng cho dịng
điện DC sau khi được chỉnh lưu.
- Bộ lọc nhiễu điện: để tránh các nhiễu và xung điện trên lưới điện tác động không tốt
đến thiết bị, các bộ lọc sẽ giới hạn hoặc triệt tiêu các thành phần này.
- Mạch ổn áp: ổn định điện áp cung cấp cho thiết bị khi có sự thay đổi bởi dịng tải,
nhiệt độ và điện áp đầu vào.
- Mạch bảo vệ: làm giảm các thiệt hại cho thiết bị khi có các sự cố do nguồn điện gây
ra quá áp, quá dòng, …). 2.3. Nguyên tắc hoạt động
Tất cả các bộ nguồn của máy tính đều hoạt động dựa theo nguyên tắc nguồn chuyển mạch tự động (switching power supply) với cách thức hoạt động như sau: điện xoay chiều từ lưới điện được bộ chỉnh lưu nắn thành dòng điện một chiều chỉnh lưu. Dịng điện này được các bộ lọc gợn sóng (tụ điện có dung lượng lớn) làm cho bằng phẳng lại thành dòng điện một chiều cấp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung (transformer).
Dòng điện nạp cho biến áp xung này được điều khiển bởi công tắc bán dẫn (transistor switching). Công tắc bán dẫn này hoạt động dưới sự kiểm sốt của khối dị sai/hiệu chỉnh, từ trường biến thiên được tạo ra trên biến áp xung nhờ công tắc bán dẫn hoạt động dựa trên nguyên tắc điều biến độ rộng xung (PWM-Pulse Width Modulation). Xung điều khiển này có tần số rất cao từ 30~150Khz (tức là có từ 30 ngàn ~150 ngàn chu kỳ trong một giây). Tần số này được giữ ổn định và độ rộng của xung sẽ được thay đổi khi có sự hiệu chỉnh từ bộ dị sai/hiệu chỉnh. Từ trường đó cảm ứng lên các cuộn dây thứ cấp tạo ra các dòng điện xoay chiều cảm ứng (dạng xung) sẽ được các bộ chỉnh lưu sơ cấp nắn lại lần nữa. Sau đó, qua các bộ lọc sơ cấp, dòng điện một chiều tại đây đã sẵn sàng cho các thiết bị sử dụng.
Để nhận biết được sai lệch về điện áp hay dòng điện của các đường điện thế ở các ngõ ra, từ đây sẽ có một đường hồi tiếp dị sai (feedback) đưa điện áp sai biệt về bộ dò sai/hiệu chỉnh. Khối này nhận các tín hiệu sai biệt và so sánh chúng với điện áp chuẩn, sau đó tác động đến cơng tắc bán dẫn bằng cách gia giảm độ rộng xung để hiệu chỉnh lại điện thế ngõ ra (ổn áp) hay cắt xung hoàn toàn làm bộ nguồn ngưng “chạy” trong các chế độ bảo vệ. Ưu điểm của bộ nguồn switching là gọn nhẹ (do hoạt động ở tần số cao nên có các linh kiện nhỏ gọn hơn), hiệu suất cao và có giá thành thấp.
2.4. Các đường điện thế chuẩn trong bộ nguồn máy tính
-12V: cung cấp chủ yếu cho cổng song song (serial port-COM) và các chip khuếch đại
âm thanh cần đến nguồn đối xứng +/-12V. Đường này có dịng thấp dưới 1A (Ampe).
-5V: hiện nay các thiết bị mới khơng cịn dùng đường điện này nữa. Lúc trước, nó
được dùng cung cấp điện cho card mở rộng dùng khe cắm ISA. Đường này cũng có dịng thấp dưới 1A.
0V: còn được gọi là đường dùng chung (common) hay đường đất (ground). Đường
này có hiệu điện thế bằng 0V. Đó là mức nền cho các đường điện khác thực hiện trọn vẹn việc cung cấp dòng điện cho thiết bị.
+3.3V: là đường cung cấp chính cho các chip, bộ nhớ (memory), một số thành phần
trên bo mạch chủ, card đồ họa và các card sử dụng khe cắm PCI.
+5V: đường điện được dùng phổ biến nhất trong máy tính cung cấp điện chủ yếu cho
bo mạch chủ, các CPU đời cũ, các chip (trực tiếp hay gián tiếp) và các thiết bị ngoại vi khác. Hiện nay các CPU đã chuyển sang dùng đường điện thế 12V.
+12V: chủ yếu sử dụng cho các động cơ (motor) trong các thiết bị lưu trữ, ổ quang,
quạt, các hệ thống giải nhiệt và hầu hết các thiết bị đời mới hiện nay đều sử dụng đường điện 12V CPU PIV, Althon 64, dual core AMD, Pentium D, VGA ATI, NVIDIA SLI, ATI Crossfire..
+5VSB (5V Standby): là nguồn điện được bộ nguồn cấp trước, dùng phục vụ cho
việc khởi động máy tính, nguồn điện này có lập tức khi ta nối bộ nguồn vào nguồn điện nhà (AC). Đường điện này thường có dịng cung cấp nhỏ dưới 3A.
2.5. Các loại bộ nguồn
Hiện tại 2 chuẩn ATX phổ biến là chuẩn 1.3 và chuẩn 2.x (bên cạnh các chuẩn dành cho server của INTEL và AMD).
Chuẩn ATXV 1.3: chỉ có 1 đường (rail) 12V và có thể có hoặc khơng có đầu cấp
nguồn SATA, thường thì các PSU chuẩn ATX V1.3 có hiệu suất thấp – chỉ đạt ~ 60 %. Và có đường điện chính là đường 5V (cơng suất 5V rất cao) (thích hợp cho những main cấp 5V cho CPU thế hệ cũ).
ATX 2.x: có đường điện chính là đường 12V (max là 18A cho mỗi rail đối với PSU
có 2 rail 12V, nếu vượt quá giới hạn trên thì độ nhiễu sẽ tăng) trang bị đầu cấp nguồn SATA (bắt buộc), cấp nguồn PCie (VGA), 12V+ (cho main board) bên cạnh những đầu cấp nguồn HDD, đĩa mềm thông thường, hiệu suất của PSU ATXV2.x thường đạt >70% một số PSU cao cấp có thể lên tới 80%. Hiện nay, chuẩn ATX 2.x đã và đang dần thay thế chuẩn ATX 1.3. Và bộ nguồn chuẩn ATXV2.x có 2 rails 12V là phổ biến nhất (và theo thiết kế cũng là phù hợp nhất so với 3 hay 4 rails) với mục đích phục vụ (trên lý thuyết) như sau:
- 12V2: Tập trung tải các thiết bị có cơng suất lớn như VGA PCI-E và 12V+ cho
mainboard đời mới.
2.6. Một số vấn đề liên quan đến bộ nguồn
+ Công suất tối đa (maximum) hay công suất đỉnh (peak) là công suất tối đa mà bộ
nguồn có thể đáp ứng được trong một khoảng thời gian nhất định. Lưu ý: Công suất ghi trên vỏ được gọi là cơng suất danh định. Thường thì cơng suất này chỉ mang tính chất quảng cáo.
+ Cơng suất liên tục (continuous) hay công suất hiệu dụng (total power) là cơng
suất mà bộ nguồn có thể hoạt động liên tục an toàn.
+ Chế độ bảo vệ:
- Bảo vệ q áp: vì một lý do nào đó mà mạch nắn điện và ổn áp của bộ nguồn có sự
cố, làm cho điện thế ở các đường cấp điện tăng cao. Bộ nguồn sẽ tự ngưng hoạt động để không gây thiệt hại cho các thiết bị khác. Ngưỡng điện thế cắt của bộ nguồn còn tuỳ thuộc vào nhà sản suất. Mỗi bộ nguồn khác nhau sẽ có mức cắt khác nhau.
- Bảo vệ chạm tải: chế độ này khá quan trọng vì nó sẽ bảo vệ cho bộ nguồn khi các
đường điện bị chạm (đoản mạch). Bộ nguồn sẽ ngưng hoạt động để tự bảo vệ và hoạt động trở lại khi đã hết đoản mạch. Nếu có đủ can đảm, bạn có thể thử tính năng này bằng cách dùng dây chung (dây có màu đen) lần lượt chạm nhanh vào các đường điện của bộ nguồn. Nếu bộ nguồn có chế độ bảo vệ này thì nó sẽ ngưng chạy ngay lập tức. Đối với một bộ nguồn có chất lượng tốt, chế độ bảo vệ chạm tải có trên tất cả các đường điện chính. Cịn với các bộ nguồn rẻ tiền, chế độ bảo vệ này thường chỉ có trên một hoặc hai đường điện chính (thậm chí khơng có).
- Các chế độ bảo vệ khác: các bộ nguồn cao cấp cịn có thêm một số chế độ bảo vệ
khác như: quá dòng, quá tải, quá nhiệt cho bộ nguồn, quá nhiệt cho hệ thống… Các chế độ bảo vệ này làm tăng độ an toàn, giá trị cho bộ nguồn và cho cả hệ thống.
2.7. Cách đo đường điện bộ nguồn máy tính
Đo tại đầu 4 chân của PSU (Molex). Loại Digital Mutimeter khuyên dùng: Cách sử dụng DMM: Dây đen sẽ cắm vào cổng COM, dây đỏ cắm vào cổng đo Volt trên DMM (trên hình cổng COM bên phải, cổng Volt ở giữa).
Hình 2.2 Đường điện của bộ nguồn máy tính
Bất kì dây nào cũng theo nguyên tắc sau:
Hình 2.4 Thiết bị đo
Dây đen: dây mát, ground Đỏ: 5v
Cam: 3.3v Vàng: 12v
Với DMM thì đầu đen sẽ ln cắm vào dây đen trên PSU (Ground), cịn đầu đỏ thì sẽ dùng đo các đường khác
Lưu ý: khơng bao giờ chích đầu đen và đỏ của DMM vào cùng nhau. Trước khi dùng DMM để đo, phải chỉnh giá trị qua nấc 20, xem hình dưới: Đo đường 12V: Đo đường 5V:
Hình 2.8 Đo đường 3V
Sau đó, hãy bắt tay vào đo trực tiếp ATX Connector PSU, cũng như nguyên tắc trên (12v = vàng, 3.3v = cam, 5v = đỏ) nhưng lúc này ta sẽ đo các dây vàng/đỏ/cam ở chấu cắm 20/24 pin của PSU (ATX Connector).
3. Câu hỏi và bài tập cuối chương
Chương 3: Bo Mạch Chủ (MAINBOARD) Giới thiệu:
Mục tiêu:
Học sinh nắm được cấu tạo của một số loại Bo mạch chủ, các thành phần cơ bản trên Bo mạch chủ và các thiết bị phù hợp để gắn vào từng Bo mạch chủ khác nhau.
Nội dung chính:
Hình 2.7 Cắm DMM vào mainboard Hình 2.6 Đo đường 5V
1. Chức năng
Mainboard là bo mạch chính, hay bo mạch chủ là trung tâm kết nối và điều phối mọi hoạt động của các thiết bị trong máy tính. Đây là một bản mạch in lớn nằm trong thùng máy, chứa những linh kiện điện tử và những chi tiết quan trọng nhất của máy tính như bộ xử lí máy tính, bộ nhớ, chipset, các bus mở rộng, các bộ điều khiển hệ thống và các bộ biến đổi tín hiệu.
Một số nhà sản xuất mainboard tiêu biểu: Intel, Gigabyte, Asus,...
2. Các thành phần cơ bản trên Mainboard2.1. Chipset 2.1. Chipset
Chipset là bộ chip chính của bo mạch chủ, làm cầu nối chính cho tất cả các thành phần cịn lại trên bo mạch, thường gắn chung với bộ sản phầm mainboard. Chipset xử lí hầu hết tất cả các chức năng hỗ trợ mà mainboard yêu cầu: hỗ trợ tối đa đến mức độ nào đó cho CPU, tốc độ truyền của hệ thống bus nhanh hay chậm, có hỗ trợ tính năng 3D cho CPU hay khơng...
Hình 3.1 Mainboard
Hình 3.2 Chipset Bảng 3.1. Các thế hệ Chipset của Intel
Chipset nói chung gồm có 2 thành phần: Chipset cầu Bắc (North Bridge
Chipset) và Chipset cầu Nam (South Bridge Chipset).
- Chipset cầu Bắc có nhiệm vụ quản lý việc giao tiếp dữ liệu giữa CPU, RAM, Card đồ họa AGP. Khả năng xử lý của mainboard phụ thuộc vào chipset này.
- Chipset cầu Nam có nhiệm vụ quản lý các thiết bị ngoại vi, thơng tin từ ngồi vào
Hình 3.3 Chipset cầu Bắc (North Bridge Chipset) và Chipset cầu Nam (South Bridge Chipset) 2.2. Đế cắm bộ vi xử lý
Công dụng: Giúp bộ vi xử lý gắn kết với mainboard.
Slot và Socket là hai loại đế cắm để kết nối CPU với mainboard.
Socket là đế cắm PGA (Pin Grid Array) có dạng hình vng, các chân cắm được bộ trí thành các hàng và cột. Socket hiện nay được gọi là Socket ZIF (Zero Insertion
Force) là loại có một địn bẩy nhỏ nằm ở một phía của Socket, khi lẫy được kéo lên
một góc 90 độ, bạn dễ dàng nhấc CPU ra khỏi Socket, khi ấn đòn bẩy xuống, CPU sẽ được đưa vào đúng các chân cắm trên đế và được giữ chặt lại mà bạn không cần phải dùng một lực nào cả. Chữ số đánh sau Socket để chỉ kiểu Socket, ví dụ: Socket 775 là
đế cắm có 775 chân.
Hình 3.4 Một số socket của chip Intel
Slot là loại khe cắm hai hàng chân. Bộ vi xử lý sẽ được gắn đứng và được gắn chặt
Bảng 3.2. Một số loại đế cắm của bộ vi xử lý
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 quát 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