Giới thiệu giáo trình ” Giáo Trình Cấu Trúc Máy Tính “
II. CẤU TRÚC CHUNG CỦA BẢN MẠCH CHÍNH
Vì xử lý, bộ nhớ chính và các chíp, các khe cắm mở rộng, các mạch điện từ hỗ trợ cho hoạt động của vi xử lý đều được gắn trên bản mạch chính (mainboard) và liên kết với nhau thông qua các bus, các dây dẫn (mạch in) nằm trên chính bản mạch chính. Bản mạch chính được đặt trong một vỏ máy gọi là case (valy). Trên case còn lắp đặt các ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm và ổ đĩa CD (compact disk); các ổ này được nối về bản mạch chính bằng dây cáp tín hiệu và các dây cấp nguồn nuôi. Ngoài ra trên case còn có hộp cấp nguồn điện cho bản mạch chính và máy tính nói chung, gọi tắt là nguồn nuôi; nguồn nuôi nhận điện áp xoay chiều 220 vôn và biến đổi thành các điện áp một chiếu cung cấp cho máy tính.
1. Vi xử lý
Phần trung tâm của bản mạch chính là vi xử lý. Vi xử lý thực hiện tất cả các hoạt động xử lý lôgic và số học. Nói chung, vi xử lý đọc số liệu từ bộ nhớ, xửlý các số liệu này theo hướng dẫn của lệnh (được viết bởi người lập trình) và sau đó viết kết quả vào bộ nhớ hoặc thiết bị ngoại vi. Cán phải nhấn mạnh ở đây một điểm khác biệt giữa con người và máy tính: con người có khả năng học và tự học nên có khả năng tự quyết định, tự ra lệnh để xử lý các dữ liệu nhận được. Còn máy tính mà bộ não của nó là vì xử lý không những cần dữ liệu, mà còn cán cả những lệnh để xử lý những dữ liệu đó; những lệnh này do người sử dụng cung cấp dưới dạng các chương trình.
Vi xử lý là một vi mạch tích hợp lớn, ví dụ vi xử lý Pentium 4 có khoảng bốn mươi triệu transistor. Có rất nhiều chân tín hiệu từ trong vi xử lý đưa ra ngoài để nối vì xử lý với bản mạch chính. Số lượng chân này thường là số hiệu của chân đế (socket) từ socket 370 trở đi. Tuỳ theo đời của vi xử lý mà có các loại chân đế khác nhau. Họ vi xử lý 8086 của hãng Intel có các loại chân đế sau:
– 80486 dùng chân đế loại socket 3 hoặc 8.
– 80586, MMX dùng chân đế loại socket 7.
– Pentium 2 hoặc 3 dùng socket 370 hoặc khe cắm mở rộng slot one.
– Pentium 4 dùng socket 423 hoặc 478.
Sở dĩ có các loại chân đế khác nhau vì việc nối dây, tạo chân cắm liên quan chặt chẽ đến độ tác động nhanh của vi xử lý. Nếu dây nối giữa các thành phần bên trong vi xử lý ngắn thì điện dung ghép nối nhỏ hơn, cho phép vì xử lý hoạt động ở tần số cao hơn.
2. Bộ nhớ chính
Trong khi tần số hoạt động của vi xử lý có thể đạt đến 3 GHz, thì người ta mới chế tạo được bộ nhớ chính hoạt động ở tần số thấp hơn nhiều. Bộ nhớ chính sử dụng loại chíp nhớ đọc/ghi được RAM (random access memory), được chia thành vài băng (bank). CPU dùng bộ nhớ để lưu trữ số liệu, các kết quả tính toán trung gian, các chương trình… Các dữ liệu được lưu trữ trong các đơn vị nhớ, gọi là ô nhớ (thường có kích thước tám bịt gọi là một byte) và được sắp xếp trong bộ nhớ theo trật tự nhất định (ví dụ như được đánh số địa chỉ theo thứ tự tăng dần như đánh địa chỉ số nhà), nhờ vậy khi cần thiết có thể truy nhập được.
Khi muốn đọc dữ liệu tại một ô nhớ có địa chỉ nào đấy, CPU phải truyền tín hiệu địa chỉ tới bộ nhớ theo bus địa chỉ, cho phép ô nhớ có địa chỉ đó được nối với bus D tương ứng từng bịt một và dữ liệu trong ô nhớ được đọc ra và truyền vào vi xử lý. Thời gian kể từ khi CPU phát địa chỉ tới bộ nhớ cho đến khi dữ liệu có thể đọc được gọi là thời gian truy nhập bộ nhớ (access time). Tần số làm việc của bộ nhớ tỷ lệ ngược với thời gian này. Bộ nhớ chính thường sử dụng loại RAM động – DRAM (dynamic random access memory) mà yếu tố nhớ là tụ điện, do vậy thời gian đọc/ghi số liệu phụ thuộc vào thời gian phóng/nạp của tụ nên thường kéo dài, kết quả là tần số hoạt động chậm hơn các loại bộ nhớ khác.
Có nhiều loại DRAM, bộ nhớ chính dùng SDRAM (synchronous DRAM) chỉ hoạt động được ở tần số 133 MHz, còn nếu dùng DDRAM (dual rate DRAM) thì tần số hoạt động được nhân đôi, tức là 266 MHz (sau này tần số có thể được nhân 3 hoặc hơn thế nữa, nhưng vẫn giữ nguyên tên gọi). Bộ nhớ có độ tác động nhanh cao hơn so với hai loại trên dùng RAMBUS hay RDRAM, có tần số hoạt động điển hình cỡ 533 MHz và 800 MHz tại thời điểm mà tần số hoạt động của vi xử lý đạt cỡ 3 GHz.
Bộ nhớ DRAM bao gồm từ một đến nhiều thanh RAM. Dung lượng của một thanh RAM có thể là 32, 64, 128, 256 Mbyte… Tuỳ theo thanh RAM được chế tạo theo chuẩn SIMM (single in-line memory module), DIMM (dual in-line memory module) hay chuẩn cho DDRAM, RDRAM mà các thanh RAM được cấm vào khe cắm RAM chuẩn tương ứng trên bản mạch chính.
3. Các chip cầu nối hạ tốc độ
Các khối thiết bị ngoại vi, cùng với bản mạch chính để cấu thành PC/AT hoàn chỉnh, được nối về bản mạch chính thông qua các bản mạch ghép nối trung gian, còn gọi là card giao diện. Nhiều khi các bản mạch ghép nối trung gian này được tích hợp luôn vào bản mạch chính. Ví dụ như các ổ đĩa cứng và ổ đĩa mềm nói với bản mạch chính thông qua bản mạch IDE (card giao diện IDE, gọi tắt là card IDE), màn hình được ghép nối thông qua card màn hình, máy in được ghép nối thông qua mạch ghép nối song song LPT, chuột và modem được ghép nổi thông qua mạch ghép nối nối tiếp COM…
Vì thiết bị ngoại vi cũng có thể được ghép nói với bản mạch chính thông qua các card giao diện rời, không tích hợp trong bản mạch chính, nên trên bản mạch chính có lắp sẵn các khe cắm mở rộng chuẩn về cơ khí và điện. Bus hệ thống được nối ra các khe cắm mở rộng. Các card giao diện được cắm vào khe cắm mở rộng này và nhờ thế mà được nối với bản mạch chính và hệ thống.
