LỜI NĨI ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển khơng ngừng của công nghệ cùng với những tiến bộ
vượt bậc trong lĩnh vực Điện – Điện tử, máy tính ngày càng trở nên quen thuộc và trở
thành một thiết bị quan trọng với hầu hết mọi người. Đặc biệt, trong lĩnh vực Cơng
nghệ thơng tin, máy tính là nền tảng và cơng cụ để phát triển các phần mềm ứng dụng.
Vì vậy, Kiến trúc máy tính là mơn học bắt buộc đối với tất cả sinh viên chuyên ngành
Công nghệ thông tin ở các trường Cao đẳng, Đại học.
Tập bài giảng Kiến trúc máy tính được biên soạn cho đối tượng sinh viên Cao
đẳng và Đại học khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam
Định. Tập bài giảng được chia làm 5 chương:
Chương 1: Nhập môn
Chương 2: Kiến trúc phần mềm
Chương 3: Tổ chức bộ xử lý trung tâm CPU
Chương 4: Bộ nhớ và các hệ thống lưu trữ
Chương 5: Hệ thống BUS và tổ chức vào/ ra
Nhóm biên soạn xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp khoa Công nghệ thông
tin, cùng các đồng nghiệp trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã giúp
chúng tơi hồn thành tập bài giảng này.
Trong lần biên soạn đầu tiên, tập bài giảng không tránh khỏi những sai sót, rất
mong người đọc đóng góp ý kiến để tập bài giảng được hoàn thiện hơn. Mọi sự đóng
góp ý kiến xin gửi về Văn phịng Khoa Cơng nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm
kỹ thuật Nam Định.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Nam Định, tháng 11 năm 2015
Nhóm biên soạn
Th.s Nguyễn Thị Thu Hằng
Th.s Hồng Thị Hồng Hà
Th.s Trần Văn Long

i

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ................................................................................................................ i
MỤC LỤC ......................................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... x
CHƢƠNG 1: NHẬP MƠN ........................................................................................... 1
1.1. Khái niệm và phân loại máy tính ...................................................................... 1
1.1.1. Khái niệm máy tính và kiến trúc máy tính ................................................ 1
1.1.2. Phân loại máy tính ..................................................................................... 2
1.2. Lịch sử phát triển của máy tính ........................................................................ 3
1.2.1. Thế hệ đầu tiên (1946-1955) ..................................................................... 3
1.2.2. Thế hệ thứ hai (1955-1965) ....................................................................... 4
1.2.3. Thế hệ thứ ba (1966-1980) ........................................................................ 5
1.2.4. Thế hệ thứ tư (1980- đến nay) ................................................................... 6
1.2.5. Khuynh hướng hiện tại .............................................................................. 7
1.3. Máy tính Von-Neumann .................................................................................... 8
1.4. Cấu trúc và chức năng của máy tính .............................................................. 10
1.4.1. Các thành phần cơ bản trong máy tính .................................................... 10
1.4.2. Chức năng của các thành phần ................................................................ 11
1.5. Biểu diễn thông tin trong máy tính ................................................................. 17
1.5.1. Các hệ đếm .............................................................................................. 17
1.5.2. Chuyển đồi giữa các hệ đếm ................................................................... 20
1.5.3. Biểu diễn số nguyên. ............................................................................... 22
1.5.4. Biểu diễn số thực ..................................................................................... 24
1.5.5. Biểu diễn ký tự ........................................................................................ 31
1.6. Đại số Boolean ................................................................................................... 35
1.6.1. Các phép toán và định lý của đại số Boolean.......................................... 35
1.6.2. Các cổng logic ......................................................................................... 36
1.6.3. Hàm logic và phương pháp biểu diễn hàm logic .................................... 40

1.6.4. Tối thiểu hóa hàm logic ........................................................................... 41
1.7. Một số mạch kết hợp ........................................................................................ 45
1.7.1. Mạch logic tổ hợp.................................................................................... 45
1.7.2. Mạch tuần tự ............................................................................................ 50
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1 ............................................................................... 53
CHƢƠNG 2 : KIẾN TRÚC PHẦN MỀM ................................................................ 57
2.1. Các kiểu thi hành một lệnh.............................................................................. 57
2.2. Kiểu kiến trúc thanh ghi đa dụng ................................................................... 58
ii


2.3. Tập lệnh .............................................................................................................59
2.3.1. Gán trị ......................................................................................................60
2.3.2. Lệnh có điều kiện ....................................................................................63
2.3.3. Vòng lặp ..................................................................................................66
2.3.4. Thâm nhập bộ nhớ ngăn xếp ...................................................................66
2.3.5. Các thủ tục ...............................................................................................66
2.4. Các kiểu định vị ................................................................................................68
2.5. Kiểu và chiều dài của toán hạng .....................................................................73
2.6. Kiến trúc RISC .................................................................................................73
2.7. Kiểu định vị trong các bộ xử lý RISC .............................................................76
2.7.1. Kiểu định vị thanh ghi .............................................................................76
2.7.2. Kiểu định vị tức thì ..................................................................................76
2.7.3. Kiểu định vị trực tiếp ...............................................................................77
2.7.4. Kiểu định vị gián tiếp bằng thanh ghi + độ dời .......................................78
2.7.5. Kiểu định vị tự tăng ................................................................................78
2.8. Ngôn ngữ cấp cao và ngơn ngữ máy ...............................................................78
CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 2 ...............................................................................80
CHƢƠNG 3: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM CPU .....................................82
3.1. Cấu trúc và hoạt động của CPU ......................................................................82

3.1.1. Cấu trúc của CPU ....................................................................................82
3.1.2. Hoạt động của CPU .................................................................................96
3.2. Kỹ thuật ống dẫn (Pipeline) .............................................................................99
3.2.1. Khái niệm ................................................................................................99
3.2.2. Khó khăn trong kỹ thuật ống dẫn ............................................................99
3.2.3. Siêu ống dẫn ..........................................................................................100
3.3. Siêu vơ hƣớng ..................................................................................................101
3.4. Máy tính Vec-tơ ..............................................................................................101
3.5. Máy tính song song .........................................................................................102
3.6. Kiến trúc IA-64 ...............................................................................................106
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 3 .............................................................................110
CHƢƠNG 4 : BỘ NHỚ VÀ CÁC HỆ THỐNG LƢU TRỮ ..................................112
4.1. Khái niệm và phân cấp bộ nhớ ......................................................................112
4.1.1 Khái niệm ...............................................................................................112
4.1.2. Phân cấp bộ nhớ ....................................................................................112
4.2. Các đặc điểm của bộ nhớ ...............................................................................113
4.3. Bộ nhớ chính ...................................................................................................115
4.3.1. Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) .............................................116
iii


4.3.2. Bộ nhớ ROM ......................................................................................... 123
4.3.3. Tổ chức bộ nhớ...................................................................................... 129
4.4. Bộ nhớ cache ................................................................................................... 137
4.4.1. Nguyên lý vận hành của cache .............................................................. 137
4.4.2. Các phương pháp ánh xạ giữa cache và bộ nhớ chính .......................... 144
4.4.3. Giải thuật thay thế ................................................................................. 150
4.5. Bộ nhớ ngoài ................................................................................................... 151
4.5.1. Phân loại ................................................................................................ 151
4.5.2. Hệ thống đĩa dự phòng RAID ............................................................... 163

4.6. Bộ nhớ ảo ......................................................................................................... 166
4.6.1. Việc phân trang – Paging ...................................................................... 167
4.6.2. Thực hiện việc phân trang ..................................................................... 169
4.6.3. Phương pháp cấp trang khi có u cầu và mơ hình tập làm việc .......... 173
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 4 ............................................................................. 176
CHƢƠNG 5 : HỆ THỐNG BUS VÀ TỔ CHỨC VÀO/ RA ................................. 181
5.1. Nguyên tắc giao tiếp với thiết bị ngoại vi ..................................................... 181
5.2. Hệ thống BUS ................................................................................................. 185
5.3. Mô-đun vào/ ra. .............................................................................................. 187
5.4. Truy cập bộ nhớ trực tiếp.............................................................................. 188
5.5. Giao diện giữa bộ xử lý với các bộ phận vào/ ra ......................................... 190
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 5 ............................................................................. 207
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. i

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Máy tính..............................................................................................................................2
Hình 1. 2. Máy tính ENIAC ...............................................................................................................3
Hình 1. 3. Đèn điện tử .........................................................................................................................4
Hình 1. 4. Máy tính thế hệ thứ 2 ........................................................................................................5
Hình 1.5. Mạch tích hợp .....................................................................................................................5
Hình 1. 6. Các máy tính thế hệ thứ 3.................................................................................................5
Hình 1. 7. Các cơng nghệ sản xuất máy tính....................................................................................7
Hình 1. 8. John von Neumann và máy tính IAS .............................................................................8
Hình 1. 9. Kiến trúc máy tính Von-Neumann .................................................................................9
Hình 1. 10. Sơ đồ máy tính Von Neumann .....................................................................................9
Hình 1. 11. Cấu trúc chung của máy tính .........................................................................................10
Hình 1. 12. Bộ xử lý trung tâm ..........................................................................................................12

Hình 1. 13. Bo mạch chủ ....................................................................................................................12
Hình 1. 14. Ổ đĩa cứng ........................................................................................................................13
Hình 1. 15. Cổng giao tiếp của Onboard Card trên bo mạch chủ .................................................13
Hình 1. 16. Video Graphics Card ......................................................................................................14
Hình 1. 17. Màn hình máy tính ..........................................................................................................15
Hình 1. 18. Bộ nguồn máy tính..........................................................................................................16
Hình 1. 19. Các đầu cắm của bộ nguồn ............................................................................................17
Hình 1. 20. a. Bàn phím; b.Chuột ......................................................................................................17
Hình 1. 21. Dạng đơn (single precision): 32 bit...............................................................................25
Hình 1. 22. Dạng kép (double precision): 64 bit .............................................................................26
Hình 1. 23. Dạng kép mở rộng (double-extended precision): 80 bit ............................................27
Hình 1. 24. Hình Bitmap.....................................................................................................................34
Hình 1. 25. Số hóa âm thanh. .............................................................................................................35
Hình 1. 26. Hàm AND........................................................................................................................37
Hình 1. 27. Các IC AND ....................................................................................................................37
Hình 1. 28. Hàm OR ...........................................................................................................................37
Hình 1. 29. Các IC OR........................................................................................................................38
Hình 1. 30. Hàm NOT ........................................................................................................................38
Hình 1. 31. Hàm XOR ........................................................................................................................38
Hình 1. 32. Hàm NOR ........................................................................................................................39
Hình 1. 33. Các IC NOR ....................................................................................................................39
Hình 1. 34. Hàm NAND ....................................................................................................................39
Hình 1. 35. Biểu diễn qua lại giữa các cổng.....................................................................................40
Hình 1. 36. Bìa các nơ của hàm f(A,B)=A+B .................................................................................40
Hình 1. 37. Sơ đồ mạch logic.............................................................................................................43
Hình 1. 38. Bìa các nơ của các hàm 3 biến, 4 biến..........................................................................44
Hình 1. 39. Bìa các nơ của hàm
...................................45
Hình 1. 40. Bìa các nơ của hàm
.................................45

Hình 1. 41. Sơ đồ mơ phỏng bộ cộng bán tổng ( HA-Half Adder ) .............................................45
Hình 1. 42. Sơ đồ mạch logic cộng hai số nhị phân một bít ..........................................................46
Hình 1. 43. Sơ đồ mơ phỏng mạch ...................................................................................................46
Hình 1. 44. Bìa các nơ của bộ cộng tồn phần.................................................................................47
Hình 1. 45. Sơ đồ mạch cộng toàn phần...........................................................................................47
v


Hình 1. 46. Sơ đồ khối mạch mã hóa nhị phân từ 8 sang 3 ........................................................... 47
Hình 1. 47. Mạch logic dùng phần tử OR........................................................................................ 48
Hình 1. 48. Sơ đơ đồ khối mạch mã hóa thập phân........................................................................ 48
Hình 1. 49. Sơ đồ mạch mã hóa thập phân dùng OR..................................................................... 49
Hình 1. 50. Khối giải mã 3 sang 8..................................................................................................... 50
Hình 1. 51. Cấu trúc mạch giải mã 3 sang 8 .................................................................................... 50
Hình 1. 52. Sơ đồ mơ phỏng và bảng trạng thái của Trigơ R-S khơng đồng bộ ........................ 51
Hình 1. 53. Bảng chuyển tiếp và bảng đầu vào kích của Trigơ R-S khơng đồng bộ................. 51
Hình 1. 54. Sơ đồ Trigơ R-S dùng phần tử NAND........................................................................ 52
Hình 1. 55. Sơ đồ Trigơ R-S dùng phần tử NOR ........................................................................... 52
Hình 1. 56. Trigơ R-S đồng bộ .......................................................................................................... 52
Hình 2. 1. Giản đồ trạng thái của chu kỳ lệnh ................................................................................. 59
Hình 2. 2. Minh hoạ lệnh dịch chuyển và quay vịng..................................................................... 63
Hình 2. 3. Bit trạng thái mà ALU tạo ra ........................................................................................... 64
Hình 2. 4. Gọi thủ tục và trở về khi thực hiện xong thủ tục........................................................... 68
Hình 2. 5. Minh hoạ hai cách sắp xếp địa chỉ trong bộ nhớ .......................................................... 68
Hình 2. 6. Mode địa chỉ trực tiếp (Direct Addressing) ................................................................... 70
Hình 2. 7. Mode địa chỉ gián tiếp (Indirect Addressing)................................................................ 70
Hình 2. 8. Mode địa chỉ thanh ghi (Register Addressing) ............................................................. 71
Hình 2. 9. Mode địa chỉ gián tiếp qua thanh ghi (Register Indirect Addressing) ....................... 71
Hình 2. 10. Mode địa chỉ dich chuyển (Displacement Addressing) ............................................ 72
Hình 2. 11. Mode địa chỉ Stack (Stack Addressing)....................................................................... 72

Hình 2. 12. Dạng lệnh trong kiểu định vị thanh ghi - thanh ghi cho vài CPU RISC ................. 76
Hình 2. 13. Dạng lệnh trong kiểu định vị thanh ghi - tức thì cho vài CPU RISC ...................... 76
Hình 2. 14. Dạng lệnh thâm nhập bộ nhớ trong của vài kiến trúc RISC ..................................... 77
Hình 2. 15. Mơ tả q trình chuyển đổi từ ngôn ngữ cấp cao sang ngôn ngữ máy ................... 79
Hình 3. 1. Hình ảnh CPU của hãng Intel và hãng AMD ............................................................... 82
Hình 3. 2. Lịch sử phát triển của CPU của Intel.............................................................................. 82
Hình 3. 3. Cấu tạo của CPU ............................................................................................................... 83
Hình 3. 4. Các cờ trong thanh ghi FR ............................................................................................... 84
Hình 3. 5. Ví dụ thanh ghi trạng thái của 8086................................................................................ 85
Hình 3. 6. Ngăn xếp ............................................................................................................................ 85
Hình 3. 7. Thanh ghi IR ...................................................................................................................... 85
Hình 3. 8. Mơ hình kết nối CU ......................................................................................................... 86
Hình 3. 9. Tín hiệu xung nhịp ........................................................................................................... 86
Hình 3. 10. Sơ đồ khối ALU.............................................................................................................. 87
Hình 3. 11. Bộ xử lý AMD K6-2 ...................................................................................................... 88
Hình 3. 12. Bộ xử lý Intel Core 2 Duo ............................................................................................. 88
Hình 3. 13. Vị trí FSB trên Mainboard............................................................................................. 89
Hình 3. 14. Khe cắm Slot ................................................................................................................... 90
Hình 3. 15. Socket 1156 ..................................................................................................................... 91
Hình 3. 16. Socket LGA 2011 ........................................................................................................... 91
Hình 3. 17. Mơ tả xử lý HTT ............................................................................................................. 92
Hình 3. 18. Mơ tả xử lý Multi Core .................................................................................................. 92
Hình 3. 19. Minh họa tính năng Intel Turbo Boost......................................................................... 93
vi


Hình 3. 20. Ký hiệu trên CPU............................................................................................................94
Hình 3. 21. Đường đi dữ liệu .............................................................................................................97
Hình 3. 22. Kỹ thuật ống dẫn .............................................................................................................99
Hình 3. 23. Siêu ống dẫn bậc 2 so với siêu ống dẫn đơn giản. ......................................................100

Hình 3. 24. Siêu vơ hướng (a) so với kỹ thuật ống dẫn (b) ............................................................101
Hình 3. 25. Cấu trúc nền của một bộ nhớ phân tán.........................................................................104
Hình 3. 26. Tổ chức kết nối của máy tính song song có bộ nhớ phân tán ...................................105
Hình 3. 27. Định dạng lệnh trong kiến trúc IA-64 ..........................................................................107
Hình 4. 1. Các cấp bộ nhớ ..................................................................................................................112
Hình 4. 2. Hai mức bộ nhớ .................................................................................................................113
Hình 4. 3. Mạch điện của phần tử SRAM 1 bit...............................................................................117
Hình 4. 4. Mạch điện của phần tử nhớ DRAM 1 bit ......................................................................117
Hình 4. 5. Bộ nhớ DDRAM2 ............................................................................................................119
Hình 4. 6. Hình dáng các loại DDRAM...........................................................................................120
Hình 4. 7. Tốc độ của DDR2, DDR3 ...............................................................................................121
Hình 4. 8. Điện áp của DDR2, DDR3 ..............................................................................................122
Hình 4. 9. Thời gian trễ của DDR2, DDR3 .....................................................................................123
Hình 4. 10. Số chân nối của DDR, DDR2, DDR3 .........................................................................123
Hình 4. 11. Cấu tạo MROM ..............................................................................................................124
Hình 4. 12. Bộ nhớ MROM có dung lượng 16x1 sử dụng Transistor MOS .............................125
Hình 4. 13. Bộ nhớ PROM ................................................................................................................126
Hình 4. 14. Cấu tạo EPROM .............................................................................................................127
Hình 4. 15. Xóa EPROM ...................................................................................................................127
Hình 4. 16. Hình dạng bên ngồi củaEPROM................................................................................128
Hình 4. 17. Cấu tạo EAPROM ..........................................................................................................128
Hình 4. 18. Hình dạng và vị trí EEPROM trên bo mạch ...............................................................129
Hình 4. 19. Tổ chức ơ nhớ ..................................................................................................................129
Hình 4. 20. Tổ chức mạch nhớ ..........................................................................................................129
Hình 4. 21. Sơ đồ logic chip nhớ 4x3, mỗi hàng là 1 từ nhớ 3 bit ................................................131
Hình 4. 22. Giải mã 1 bước ...............................................................................................................132
Hình 4. 23. Bộ nhớ ROM 2048x8 - Giải mã địa chỉ 2 bước .........................................................133
Hình 4. 24. Chip nhớ 16MB DRAM (4Mx4bit) ............................................................................134
Hình 4. 25. Hình ảnh các chip nhớ trên bo mạch ............................................................................134
Hình 4. 26. Mơ-đun nhớ 8Kx8 ..........................................................................................................135

Hình 4. 27. Mơ-đun nhớ 8Kx4 ..........................................................................................................136
Hình 4. 28. Mơ-đun nhớ 16Kx8 ........................................................................................................137
Hình 4. 29. Trao đổi dữ liệu giữa các thành phần CPU-Cache-Bộ nhớ trong ............................137
Hình 4. 30. Trao đổi thơng tin giữa bộ nhớ chính và cache...........................................................139
Hình 4. 31. Ánh xạ trực tiếp ...............................................................................................................146
Hình 4. 32. Ánh xạ liên kết hồn tồn...............................................................................................148
Hình 4. 33. Ánh xạ liên kết tập hợp...................................................................................................150
Hình 4. 34. Các thành phần của ổ đĩa cứng......................................................................................152
Hình 4. 35. Cấu trúc dữ liệu của đĩa cứng ........................................................................................153
Hình 4. 36. Thơng số dung lượng ổ đĩa ............................................................................................153
Hình 4. 37. Kích thước ổ đĩa cứng 1,8”, 2,5” và 3,5” (từ trái qua phải).......................................154
Hình 4. 38. Giao diện kết nối phía sau của ổ cứng IDE và SATA ...............................................156
vii


Hình 4. 39. Phân biệt 2 loại cáp truyền tải dữ liệu của SATA và EIDE (IDE)........................... 156
Hình 4. 40. Các loại kết nối củaUSB, FireWire 400, FireWire 800............................................. 157
Hình 4. 41. Ổ cứng SSD..................................................................................................................... 158
Hình 4. 42. Bên trong ổ đĩa SSD và HDD....................................................................................... 159
Hình 4. 43. Ổ cứng SSHD.................................................................................................................. 159
Hình 4. 44. Ổ đĩa CD Rom ................................................................................................................ 160
Hình 4. 45. Đĩa CD Rom.................................................................................................................... 161
Hình 4. 46. Bề mặt đĩa CD Rom ....................................................................................................... 161
Hình 4. 47. Nguyên lý ghi dữ liệu lên đĩa CD Rom ....................................................................... 161
Hình 4. 48. Nguyên lý đọc tín hiệu từ đĩa CD Rom ....................................................................... 162
Hình 4. 49. RAID 0 ............................................................................................................................. 164
Hình 4. 50. RAID 1 ............................................................................................................................. 164
Hình 4. 51. RAID 2 ............................................................................................................................. 165
Hình 4. 52. RAID 3 ............................................................................................................................. 165
Hình 4. 53. RAID 4 ............................................................................................................................. 166

Hình 4. 54. RAID 5 ............................................................................................................................. 166
Hình 4. 55. Ánh xạ các địa chỉ 4096..8191vào các địa chỉ bộ nhớ chính 0..4095...................... 168
Hình 4. 56. Một cách chia khơng gian địa chỉ ................................................................................. 170
Hình 4. 57. Ví dụ một địa chỉ ảo........................................................................................................ 171
Hình 4. 58. Ví dụ một bảng phân trang ............................................................................................ 171
Hình 4. 59. Cách tạo ra địa chỉ bộ nhớ chính từ địa chỉ ảo ............................................................ 172
Hình 4. 60. Ánh xạ từ không gian địa chỉ ảo lên khơng gian bộ nhớ chính có 8 khung trang . 173
Hình 4. 61. Hàm w (k, t) là kích thước của tập làm việc tại thời điểm t ...................................... 175
Hình 5. 1. Cấu trúc hệ thống vào/ ra ................................................................................................. 181
Hình 5. 2. Các thành phần thiết bị ngoại vi ...................................................................................... 182
Hình 5. 3. Vào/ ra cách biệt đối với CPU 8088............................................................................... 182
Hình 5. 4. Vào/ ra bằng bảng nhớ đối với CPU 8088 .................................................................... 183
Hình 5. 5. Lưu đồ hoạt động của điều khiển vào/ ra bằng chương trình ..................................... 183
Hình 5. 6. Hoạt động của điều khiển vào/ ra bằng ngắt ................................................................. 184
Hình 5. 7. Sơ đồ hoạt động của hệ thống Bus có vi mạch DMA ................................................. 185
Hình 5. 8. Hệ thống BUS trong bo mạch chủ của một máy tính.................................................. 186
Hình 5. 9. Sơ đồ khối của mơ-đun vào/ ra ....................................................................................... 187
Hình 5. 10. Mơ-đun âm thanh............................................................................................................ 187
Hình 5. 11. Mơ-đun Ethernet ............................................................................................................. 188
Hình 5. 12. Sự tương tác Direct Memory Access........................................................................... 189
Hình 5. 13. Vị trí DMAC trong máy tính......................................................................................... 189
Hình 5. 14. Sơ đồ cấu trúc của DMAC ............................................................................................ 190
Hình 5. 15. Sơ đồ khối và BUS trong bo mạch chủ ....................................................................... 191
Hình 5. 16. Thành phần chính trên bo mạch chủ ............................................................................ 192
Hình 5. 17. Chipset bắc....................................................................................................................... 192
Hình 5. 18. Chipset nam ..................................................................................................................... 193
Hình 5. 19. ROM BIOS...................................................................................................................... 193
Hình 5. 20. CMOS .............................................................................................................................. 194
Hình 5. 21. IC SIO............................................................................................................................... 194
Hình 5. 22. Mạch tạo xung................................................................................................................. 194

Hình 5. 23. Mơ-đun tạo ổn áp cho CPU........................................................................................... 195
viii


Hình 5. 24. Khe AGP và PCI Express..............................................................................................195
Hình 5. 25. Khe PCI ............................................................................................................................196
Hình 5. 26. Khe RAM.........................................................................................................................196
Hình 5. 27. Ba cổng IDE và bốn cổng SATA .................................................................................196
Hình 5. 28. Chân cắm cấp nguồn điện cho Mainboard..................................................................196
Hình 5. 29. Chân cắm cấp nguồn điện cho CPU ............................................................................197
Hình 5. 30. Chân cắm quạt của CPU ................................................................................................197
Hình 5. 31. Các dây tín hiệu nối với Case ........................................................................................197
Hình 5. 32. Giao diện chính của phần mềm CPU-Z.......................................................................198
Hình 5. 33. Thơng tin về Cache .........................................................................................................199
Hình 5. 34. Thơng tin về Mainboard.................................................................................................200
Hình 5. 35. Thơng tin về RAM..........................................................................................................201
Hình 5. 36. Thơng tin chi tiết về RAM .............................................................................................201
Hình 5. 37. Thơng tin chi tiết về Card đồ họa ..................................................................................202
Hình 5. 38. Thơng tin về phiên bản phần mềm ...............................................................................203
Hình 5. 39. Giao diện chính của phần mềm GPU-Z ......................................................................204
Hình 5. 40. System Properties trên Windows..................................................................................205
Hình 5. 41. Mở tiện ích DirectX Diagnostic ....................................................................................205
Hình 5. 42. Giao diện chính của DirectX Diagnostic .....................................................................206

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Lịch sử phát triển máy tính thế hệ thứ 4 (Intel) ............................................................ 6
Bảng 1. 2. Các thế hệ máy tính .......................................................................................................... 8

Bảng 1. 3. Hệ thập lục phân ............................................................................................................... 19
Bảng 1. 4. Bảng mã ASCII - Một số ký tự điều khiển ................................................................... 32
Bảng 1. 5. Bảng mã ASCII - Các ký tự in được ............................................................................. 32
Bảng 1. 6. Bảng chân lý của hàm f(A,B)=A+B.............................................................................. 36
Bảng 1. 7. Một số định luật của đại số logic .................................................................................... 36
Bảng 1. 8. Bảng chân lý và bảng trạng thái của hàm f(A,B)=A+B ............................................. 40
Bảng 1. 9. Bảng chân lý của hàm Z = F(A, B, C) =
.......................................... 41
Bảng 1. 10. Bảng chân lý của hàm
........................................................ 42
Bảng 1. 11. Bảng chân lý của hàm
............................................. 43
Bảng 1. 12. Bảng chân lý của bộ cộng bán tổng ............................................................................. 46
Bảng 1. 13. Bảng trạng thái của bộ cộng toàn phần ....................................................................... 46
Bảng 1. 14. Bảng sự thật mạch mã hóa nhị phân từ 8 sang 3........................................................ 48
Bảng 1. 15. Bảng bảng sự thật mạch mã hóa nhị phân từ 10 sang 4............................................ 49
Bảng 1. 16. Bảng chân lý mạch giải mã 3 sang 8 ........................................................................... 50
Bảng 2. 1. Cách chọn lựa vị trí các tốn hạng ................................................................................. 57
Bảng 2. 2. Chuỗi lệnh dùng thực hiện phép tính C := A + B ........................................................ 57
Bảng 2. 3. Điểm lợi và bất lợi của 3 kiểu kiến trúc phần mềm ..................................................... 58
Bảng 2. 4. Kiểu định vị của một bộ xử lý có kiến trúc phần mềm kiểu thanh ghi đa dụng. ..... 72
Bảng 2. 5. Đặc tính của một vài máy CISC..................................................................................... 74
Bảng 2. 6. Đặc tính của ba mẫu đầu tiên máy RISC ...................................................................... 74
Bảng 3. 1. Bảng thông số kỹ thuật của CPU core i3, i5, i7........................................................... 95
Bảng 3. 2. Các thông số kỹ thuật của CPU ghi trên báo giá các cơng ty máy tính .................... 95
Bảng 3. 3. Bảng mã hoá tập hợp các ánh xạ trong trường mẫu. ................................................... 108
Bảng 4. 1. Bảng chân lý của MROM ............................................................................................... 125
Bảng 4. 2. Kích thước cache của một số hệ thống.......................................................................... 144

x



CHƢƠNG 1: NHẬP MÔN
1.1. Khái niệm và phân loại máy tính
1.1.1. Khái niệm máy tính và kiến trúc máy tính
Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau:
- Nhận dữ liệu vào (Input).
- Xử lý dữ liệu theo chương trình được nhớ sẵn bên trong bộ nhớ (Processing).
- Đưa dữ liệu ra (Output).
Máy tính thực hiện được các cơng việc trên thơng qua:
- Chương trình (Program): là dãy các câu lệnh nằm trong bộ nhớ, nhằm mục
đích hướng dẫn máy tính thực hiện một cơng việc cụ thể nào đấy. Máy tính thực hiện
theo lệnh trong chương trình. Máy tính khơng tự thực hiện được nếu khơng có
chương trình.
- Phần mềm (Software): bao gồm chương trình và dữ liệu.
- Phần cứng (Hardware): baao gồm tất cả các thành phần vật lý cấu thành lên hệ
thống máy tính.
- Phần dẻo (Firmware): Là thành phần chứa cả hai thành phần trên.
Kiến trúc máy tính đề cập đến những thuộc tính hệ thống mà lập trình viên
có thể quan sát được. Nói cách khác, đó là các thuộc tính có ảnh hưởng trực tiếp
đến việc thực thi một chương trình, ví dụ như tập lệnh của máy tính, số bit được sử
dụng để biểu diễn số liệu, cơ chế nhập/ xuất, kỹ thuật định địa chỉ bộ nhớ…
Kiến trúc máy tính bao gồm ba phần: Kiến trúc phần mềm, tổ chức máy tính và
lắp đặt phần cứng.
- Kiến trúc phần mềm của máy tính: chủ yếu là kiến trúc phần mềm của bộ xử
lý, bao gồm: tập lệnh, dạng các lệnh và các kiểu định vị. Trong đó, tập lệnh là tập hợp
các lệnh mã máy (mã nhị phân) hồn chỉnh có thể hiểu và được xử lý bởi bộ xử lý trung
tâm. Thông thường các lệnh trong tập lệnh được trình bày dưới dạng hợp ngữ.. Kiến
trúc phần mềm là phần mà các lập trình viên hệ thống phải nắm vững để việc lập trình
hiệu quả.

- Tổ chức của máy tính (Computer Organization): liên quan đến cấu trúc bên
trong của bộ xử lý, cấu trúc các bus, các cấp bộ nhớ và các mặt kỹ thuật khác của máy
tính. Tổ chức máy tính quan tâm đến các đơn vị vận hành và sự kết nối giữa chúng
nhằm thực hiện hóa những đặc tả về kiến trúc, chẳng hạn như về tín hiệu điều khiển,
giao diện giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi, kỹ thuật bộ nhớ được sử dụng…
- Lắp đặt phần cứng của máy tính: chính là việc lắp ráp một máy tính dùng các
linh kiện điện tử và các bộ phận phần cứng cần thiết.

1


Cấu trúc máy tính (Computer Structure): là những thành phần của máy tính
và những liên kết giữa các thành phần.
Kể từ lúc ngành cơng nghiệp máy tính ra đời cho đến nay, sự phân biệt giữa
kiến trúc và tổ chức máy tính là một yếu tố quan trọng. Nhiều hãng sản xuất máy
tính cho ra đời cả một họ máy chỉ khác nhau về tổ chức cịn kiến trúc hồn toàn
giống nhau. Kết quả là các kiểu máy trong cùng một họ có giá cả và hiệu suất vận
hành khác nhau. Hơn thế nữa, một kiến trúc máy có thể tồn tại qua nhiều năm liền
trong khi tổ chức máy dựa trên đó sẽ thay đổi theo bước tiến của cơng nghệ.
Tất cả họ Intel*86 đều có kiến trúc cơ bản giống nhau.
IBM System/370 đều có kiến trúc cơ bản giống nhau.

Hình 1. 1. Máy tính
1.1.2. Phân loại máy tính
Máy tính là một khái niệm tương đối rộng, tuỳ theo cấu trúc, chức năng,
hình dáng... mà có thể phân ra nhiều loại khác nhau. Về căn bản máy tính được
phân làm các loại chính sau:
Phân loại theo tín hiệu xử lý:
+ Máy tính tương tự (Analog Computer): xử lý dữ liệu tương tự, dùng trong
nghiên cứu khoa học, y học, đo lường khí tượng thuỷ văn…

+ Máy tính số (Digital Computer): xử lý tín hiệu số, dùng rộng rãi trong việc
lưu trữ dữ liệu, giáo dục, thương mại, giải trí…
Phân loại theo khả năng xử lý:
+ SuperComputer: Siêu máy tính, khả năng tính tốn, tốc độ xử lý, khả năng
lưu trữ rất lớn. Dùng để chứa cơ sở dữ liệu trong các mạng an ninh quốc phịng, các
tập đồn đa quốc gia…
+ MiniComputer: máy tính nhỏ, khả năng lưu trữ, tốc độ … kém hơn siêu
máy tính. Thường dùng để chứa cơ sở dữ liệu trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ.
+ MicroComputer: máy vi tính, khả năng xử lý, lưu trữ… phù hợp với cá nhân, nên
còn được gọi là máy tính cá nhân hay PC (Personal Computer).
Phân loại theo cơng dụng:
+ Mainframe (máy chính) - Terminate (máy trạm): máy chính dùng để chứa
tồn bộ cơ sở dữ liệu và được cài đặt một hệ điều hành đa xử lý (Multiproccessor

2


Operating System) như MAC OS, Unix… Máy trạm đơn giản chỉ là một thiết bị đầu cuối
(gồm bàn phím để nhập, màn hình hoặc máy in để xuất) nối vào Mainframe dùng làm hệ
thống nhập xuất. Mọi công việc xử lý đều thuộc về máy chính.
+ Server (Máy chủ) – Client (Máy khách): Máy chủ và máy khách được dùng
trong mơ hình Client- Server. Máy chủ là máy cung cấp các dịch vụ mạng, cài đặt
một hệ điều hành chạy được trên nền Server (Windows NT, Windows 2000
server…). Máy khách có thể hiểu đơn giản là một PC, cài đặt một hệ điều hành
Client (Win9x, 2000, XP ), sử dụng các dịch vụ do máy chủ cung cấp.
+ Máy tính nhúng (Embedded Computer): được đặt trong thiết bị khác để điều
khiển thiết bị đó làm việc và được thiết kế chuyên dụng. Ví dụ: điện thoại di động,
máy ảnh số, bộ điều khiển trong máy giặt, điều hoà nhiệt độ, router - bộ định tuyến
trên mạng.
Theo kiểu thiết kế họ phần cứng máy tính cá nhân IBM, các đặc tính kỹ thuật

và các chuẩn dành cho PC vào thời gian ban đầu đều do IBM đưa ra. Từ những hệ
thống đời đầu như IBM PC, XT (eXTended) và AT (Advanced Technology) cùng
với nhiều chuẩn mà các hệ thống ngày nay sử dụng đều phải phù hợp với chuẩn mà
IBM đã đưa ra. Bao gồm các nhân tố về bo mạch chủ, cách thiết kế thùng máy và bộ
nguồn, cấu trúc bus, cách thức sử dụng tài nguyên hệ thống, cấu trúc và cách thức
ánh xạ bộ nhớ, các giao tiếp hệ thống, bộ nối, chân cắm...
1.2. Lịch sử phát triển của máy tính
Sự phát triển của máy tính được mơ tả dựa trên sự tiến bộ của các công nghệ
chế tạo các linh kiện cơ bản của máy tính như: bộ xử lý, bộ nhớ, các ngoại vi…Ta có
thể nói máy tính điện tử số trải qua bốn thế hệ liên tiếp. Việc chuyển từ thế hệ trước
sang thế hệ sau được đặc trưng bằng một sự thay đổi cơ bản về cơng nghệ.
1.2.1. Thế hệ đầu tiên (1946-1955)

Hình 1. 2. Máy tính ENIAC

3


Hình 1. 3. Đèn điện tử
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) là máy tính điện tử số
đầu tiên do Giáo sư Mauchly và người học trò Eckert tại Đại học Pennsylvania thiết
kế vào năm 1943 và được hoàn thành vào năm 1946. Đây là một máy tính khổng lồ
với thể tích dài 20 mét, cao 2,8 mét và rộng vài mét. ENIAC bao gồm: 18.000 đèn
điện tử, 1.500 công tắc tự động, cân nặng 30 tấn, và tiêu thụ 140KW giờ. Nó có 20
thanh ghi 10 bit (tính tốn trên số thập phân). Có khả năng thực hiện 5.000 phép
tốn cộng trong một giây. Cơng việc lập trình bằng tay bằng cách đấu nối các đầu
cắm điện và dùng các ngắt điện.
Giáo sư toán học John Von Neumann đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy tính VonNeumann. Đây là một ý tưởng nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay.
Vào những năm đầu của thập niên 50, những máy tính thương mại đầu tiên được
đưa ra thị trường như 48 hệ máy UNIVAC I và 19 hệ máy IBM 701 đã được bán ra.

Đặc điểm:
- Tiêu thụ nhiều điện năng, toả nhiều nhiệt và hệ thống ít tin cậy.
- Xuất hiện băng giấy và phiếu đục lỗ. Chỉ có 1 loại máy mainframe.
- Sử dụng ngơn ngữ máy.
- Các máy điển hình: ENIAC, EDVAC, IAS
- Tính tốn chậm, kích thức lớn.
- Chế tạo đơn lẻ.
1.2.2. Thế hệ thứ hai (1955-1965)
Công ty Bell đã phát minh ra transistor vào năm 1947 và do đó thế hệ thứ hai
của máy tính được đặc trưng bằng sự thay thế các đèn điện tử bằng các transistor
lưỡng cực. Tuy nhiên, đến cuối thập niên 50, máy tính thương mại dùng transistor
mới xuất hiện trên thị trường. Kích thước máy tính giảm, rẻ tiền hơn, tiêu tốn năng
lượng ít hơn. Vào thời điểm này, mạch in và bộ nhớ bằng xuyến từ được dùng. Ngôn
ngữ cấp cao xuất hiện (như FORTRAN năm 1956, COBOL năm 1959, ALGOL
4


năm 1960) và hệ điều hành kiểu tuần tự (Batch Processing) được dùng. Trong
hệ điều hành này, chương trình của người dùng thứ nhất được chạy, xong đến
chương trình của người dùng thứ hai và cứ thế tiếp tục.

Máy PDP-1

IBM 360 -1960s (Transistors)

Hình 1. 4. Máy tính thế hệ thứ 2
1.2.3. Thế hệ thứ ba (1966-1980)
Thế hệ thứ ba được đánh dấu bằng sự xuất hiện của các mạch kết (mạch tích
hợp - IC: Integrated Circuit). Mạch tích hợp hay còn gọi là vi mạch, là các chip bán
dẫn trong đó chứa các transistor và các linh kiện khác.


Hình 1.5. Mạch tích hợp

Micro VAX

Siêu máy tính CRAY-1

Hình 1. 6. Các máy tính thế hệ thứ 3
5


Các mạch kết độ tích hợp mật độ thấp (SSI: Small Scale Integration) có thể
chứa vài chục linh kiện và kết độ tích hợp mật độ trung bình (MSI: Medium Scale
Integration) chứa hàng trăm linh kiện trên mạch tích hợp.
Mạch in nhiều lớp xuất hiện, bộ nhớ bán dẫn bắt đầu thay thế bộ nhớ bằng
xuyến từ. Máy tính đa chương trình và hệ điều hành chia thời gian được dùng.
1.2.4. Thế hệ thứ tƣ (1980- đến nay)
Thế hệ thứ tư được đánh dấu bằng các IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large
Scale Integration) có thể chứa hàng nghìn linh kiện. Các IC mật độ tích hợp rất cao
(VLSI: Very Large Scale Integration) có thể chứa hơn 10 ngàn linh kiện trên mạch.
Hiện nay, các chip VLSI chứa hàng triệu linh kiện.
Với sự xuất hiện của bộ vi xử lý (microprocessor) chứa cả phần thực hiện và
phần điều khiển của một bộ xử lý, sự phát triển của cơng nghệ bán dẫn các máy vi
tính đã được chế tạo và khởi đầu cho các thế hệ máy tính cá nhân.
Các bộ nhớ bán dẫn, bộ nhớ cache, bộ nhớ ảo được dùng rộng rãi.
Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý của máy tính khơng ngừng được phát
triển: kỹ thuật ống dẫn, kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao,…
Vi xử lý 8088 ra đời đánh dấu thời kỳ phát triển máy tính cá nhân PC
(Personal Computer).
Bảng 1. 1. Lịch sử phát triển máy tính thế hệ thứ 4 (Intel)

Năm
Vi xử lý
1979
8088 (Intel)
1978
8086 (Intel)
1980
80286 (Intel)
1993
Pentium (Intel)
1997
Pentium II (Intel), Celeron
1999
Pentium III (Intel), Celeron
2003
Pentium IV (Intel), Celeron
Các cơng nghệ mạch tích hợp:
- SSI (Small scale integration) – từ 1965
+ Tích hợp tới 100 transistor trên một chip
- MSI (Medium scale integration) – cho đến 1971
+ Tích hợp từ 100 đến 3,000 transistor trên một chip
- LSI (Large scale integration) – từ 1971 đến 1977
+ Tích hợp từ 3,000 đến 100,000 transistor trên một chip
- VLSI (Very large scale integration) – từ 1978 đến nay
+ Tích hợp từ 100,000 đến 100,000,000 transistor trên một chip
- ULSI (Ultra large scale integration)
6


Có hơn 100,000,000 transistor trên một chip


Hình 1. 7. Các cơng nghệ sản xuất máy tính
1.2.5. Khuynh hƣớng hiện tại
Việc chuyển từ thế hệ thứ tư sang thế hệ thứ 5 cịn chưa rõ ràng, thế hệ của
những máy tính thơng minh, dựa trên các ngơn ngữ trí tuệ nhân tạo như LISP và
PROLOG,... và những giao diện người - máy thơng minh. Là thời kỳ phát triển máy
tính “thơng minh”, có thể tự động nhận biết những thay đổi của mơi trường xung quanh
như con người. Máy tính Neuron - Neural Network - một kỹ thuật của trí khơn nhân
tạo, bắt chước cách thức tổ chức các tế bào thần kinh nối với bộ não con người. Người
ta cung cấp những thông tin cho mạng thần kinh để huấn luyện cho nó nhận biết được
các sự vật mẫu nhằm có thể đưa ra các dự báo hoặc giải pháp xử lý thích ứng.
Tuy nhiên cũng nên lưu ý là thế hệ này hiện nay đang trong quá trình nghiên
cứu, một số mẫu máy tính thử nghiệm đầu tiên đã xuất hiện trong vài năm trở lại đây
và các khái niệm liên quan đang mới hình thành.
Theo sự phát triển của cơng nghệ, các máy tính hiện nay được thiết kế, xây
dựng theo một xu hướng chung là:
- Mạnh hơn về tốc độ và khả năng tính tốn
- Nhỏ hơn về kích thước
- Tiết kiệm hơn về năng lượng
Các tiến bộ liên tục về mật độ tích hợp trong VLSI đã cho phép thực hiện
các mạch vi xử lý ngày càng mạnh (8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit với việc xuất
hiện các bộ xử lý RISC năm 1986 và các bộ xử lý siêu vô hướng năm 1990).
Chính các bộ xử lý này giúp thực hiện các máy tính song song với từ vài bộ xử
lý đến vài ngàn bộ xử lý. Điều này làm các chuyên gia về kiến trúc máy tính tiên
đốn thế hệ thứ 5 là thế hệ các máy tính xử lý song song. Hiện nay đã có những
bước đột phá sang thế hệ máy tính “thơng minh” trong đó ROBOT Asimo của hãng
Honda là một ví dụ.

7



Bảng 1. 2. Các thế hệ máy tính
Thế hệ

Năm

Kỹ thuật

Sản phẩm mới

1

19461957

Đèn điện tử Máy tính điện tử
tung ra thị trường

2

1958-

Transistors

Máy tính rẻ tiền

1964

Hãng sản xuất và máy
tính
IBM 701. UNIVAC

Burroughs 6500, NCR,
CDC6600, Neywell

3

19651971

Mach IC

Máy tính mini

4

1980Đến nay

LSI - VLSI Máy tính cá nhân và Apple II, IBM-PC,
trạm làm việc
Apolo DN 300, Sun 2

5

Khuynh

Xử lý song Máy tính đa xử lý.

hướng
hiện tại

song


Đa máy tính

50 hãng mới: DEC PDP11, Data general , Nova

Sequent, Thinking
Machine Inc, Honda,
Casio

1.3. Máy tính Von-Neumann
Giáo sư tốn học John Von Neumann đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy tính IAS
(Princeton Institute for Advanced Studies) hay cịn gọi là máy tính Von-Neumann gồm
có các đặc điểm:
- Được bắt đầu nghiên cứu từ năm 1947, hoàn thành năm 1952.
- Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình được lưu trữ” (Stored-program
concept) của Von- Neumann/Turing (1945). Sử dụng một bộ nhớ lưu trữ dữ liệu. Bộ
nhớ chia làm nhiều ô, mỗi ơ có 1 địa chỉ (đánh số thứ tự) để có thể chọn lựa ơ nhớ
trong q trình đọc ghi dữ liệu (nguyên lý định địa chỉ).
- Chương trình được mã hóa để máy tính hiểu được.
- Dữ liệu là những thông tin đơn giản được sử dụng bởi chương trình.
- CPU nhận lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện tuần tự.
- Tổ chức của máy tính Von-Neumann hiện đang áp dụng cho các máy tính ngày nay.

Hình 1. 8. John von Neumann và máy tính IAS
8


Hình 1. 9. Kiến trúc máy tính Von-Neumann
Máy tính của Von-Neumann bao gồm 4 thành phần cơ bản:
- Main Memory (bộ nhớ chính): chứa chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ chính
gồm 4096 từ, mỗi từ chứa được 40 bit.


Hình 1. 10. Sơ đồ máy tính Von Neumann
- CPU gồm hai khối:
+ Khối logic và toán học (CA) hoạt động trên dữ liệu nhị phân, thực hiện các
phép toán số học và logic.
+ Khối điều khiển (CC): giải mã các lệnh từ bộ nhớ và thực hiện chúng tuần tự
- Thiết bị vào/ra (I.O) hoạt động do khối CC điều khiển.
- Đường truyền dữ liệu BUS: trao đổi dữ liệu giữa các khối trong máy tính
Nguyên lý :
- Nguyên lý điều khiển bằng chương trình: máy tính thực hiện một cơng việc
theo chương trình được đưa vào bộ nhớ. Ngun lý này đảm bảo khả năng thực hiện tự
động để giải quyết một bài tốn của máy tính điện tử
- Nguyên lý truy cập qua địa chỉ: dữ liệu trong chương trình khơng chỉ định
bằng giá trị mà thơng qua địa chỉ trong bộ nhớ. Nguyên lý đảm bảo tính mềm dẻo của
chương trình, có thể thể hiện thuật tốn không phụ thuộc vào các giá trị phát sinh trong
chương trình.
9


1.4. Cấu trúc và chức năng của máy tính
Máy tính là một hệ thống phức tạp với hàng triệu thành phần điện tử cơ sở. Ở
đây, có hai yếu tố được quan tâm đến là cấu trúc và chức năng.
Cấu trúc là cách thức các thành phần hệ thống liên hệ với nhau.
Chức năng là hoạt động của mỗi thành phần riêng lẻ với tư cách là một phần
của cấu trúc.
1.4.1. Các thành phần cơ bản trong máy tính
Cấu trúc chung của máy tính điện tử
Máy tính điện tử từ khi ra đời cho tới nay mặc dù đã trải qua 4 thế hệ, liên tục
được cải tiến, nhưng nhìn chung vẫn bao gồm 5 đơn vị chức năng chính sau:
- Bộ nhớ trong (Central Memory hoặc Main memory): có nhiệm vụ chứa các

chương trình và dữ liệu trước khi chương trình được thi hành.
- Đơn vị điều khiển (Control Unit, thường được viết tắt là CU): có nhiệm vụ
điều khiển sự hoạt động của tất cả các thành phần hệ thống máy tính mà chương trình
nó được giao thi hành.
- Đơn vị số học và logic (Arthmetic and Logical Unit, thường được viết tắt là
bộ ALU): có nhiệm vụ thực hiện các thao tác tính tốn theo sự điều khiển của CU.
- Thiết bị vào (Input Device): có nhiệm vụ nhận thơng tin từ thế giới bên ngồi
biến đổi sang dạng thích hợp rồi đưa vào bộ nhớ trong.
- Thiết bị ra (Output Device): có nhiệm vụ đưa thơng tin từ bộ nhớ trong ra
ngoài dưới dạng mà con người yêu cầu.

Hình 1. 11. Cấu trúc chung của máy tính
Tuy nhiên, theo quan điểm lắp ráp máy tính, thì máy tính gồm các thành phần
chính sau:

10


- CPU (Central Processing Unit - Bộ xử lý trung tâm)
- Mainboard (Bo mạch chủ)
- RAM (Random Access Memory - Bộ nhớ trong)
- HDD (Hard Disk Drive - Ổ cứng)
- Card Video (Card hình ảnh)
- Monitor (Màn hình)
- Power Supply (Bộ nguồn)
- Keyboard (Bàn phím)
- Mouse (Chuột)
1.4.2. Chức năng của máy tính
Một cách tổng qt, một máy tính có thể thực hiện bốn chức năng cơ bản: Xử
lý dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, trao đổi dữ liệu và điều khiển.

- Xử lý dữ liệu: máy tính phải có khả năng xử lý dữ liệu. Dữ liệu có thể có
rất nhiều dạng và phạm vi yêu cầu xử lý cũng rất rộng.
- Lƣu trữ dữ liệu: máy tính cũng cần phải có khả năng lưu trữ dữ liệu.
Ngay cả khi máy tính đang xử lý dữ liệu, nó vẫn phải lưu trữ tạm thời tại mỗi thời
điểm phần dữ liệu đang được xử lý. Do vậy ít nhất thì máy tính cần có chức năng
lưu trữ ngắn hạn. Tuy nhiên, chức năng lưu trữ dài hạn cũng có tầm quan trọng tương
đương, vì dữ liệu cần được lưu trữ trên máy cho những lần cập nhật và tìm kiếm kế tiếp.
- Trao đổi dữ liệu: máy tính phải có khả năng trao đổi dữ liệu với thế giới
bên ngoài. Khả năng này được thể hiện thông qua việc di chuyển dữ liệu giữa máy
tính với các thiết bị nối kết trực tiếp hay từ xa đến nó. Tùy thuộc vào kiểu kết nối và
cự ly trao đổi dữ liệu, chúng ta có tiến trình nhập xuất dữ liệu hay truyền dữ liệu:
- Điều khiển: bên trong hệ thống máy tính, đơn vị điều khiển có nhiệm vụ
quản lý các tài nguyên máy tính và điều phối sự vận hành của các thành phần chức
năng phù hợp với yêu cầu nhận được từ người sử dụng.
Sau đây, ta sẽ tìm hiểu chức năng chính của các thành phần theo quan điểm lắp ráp.
Bộ xử lý trung tâm (CPU)
Xử lý hầu hết dữ liệu/ tác vụ của máy tính, điều khiển thiết bị đầu vào (như
chuột, bàn phím) cũng như thiết bị đầu ra (như màn hình, máy in).

11


Hình 1. 12. Bộ xử lý trung tâm
Bo mạch chủ (Mainboard)
Là thiết bị trung gian để gắn kết tất cả các thiết bị phần cứng khác của máy. Nó
là bảng mạch to nhất gắn trong vỏ máy (hay trong laptop).

Hình 1. 13. Bo mạch chủ
Ngồi ra bo mạch chủ cịn tạo ra môi trường hoạt động ổn định cho tất cả các
thiết bị khác, kể cả CPU. Bo mạch chủ là một trong những thành phần cơ bản cấu

thành nên máy vi tính. Bo mạch chủ quản lý và cấp phát tài nguyên hệ thống cho các
thành phần khác sử dụng, đảm nhận một số công việc xử lý dữ liệu đơn giản như giờ
hệ thống, xử lý các phép tính tốn đơn giản, dấu chấm động... Trên bo mạch chủ
thường được trang bị các cổng mở rộng PCI, AGP, PCI Xpress, IDE, SCSI, SATA, USB,
COM, PS/2, RJ-45, khe cắm CPU,... và các chipset cầu bắc, chipset cầu Nam, BIOS.
Ổ cứng (HDD)

12


Hình 1. 14. Ổ đĩa cứng
Ổ đĩa cứng là nơi lưu trữ hệ điều hành, phần mềm và mọi dữ liệu. Khi tắt
nguồn, mọi dữ liệu trong ổ đĩa cứng vẫn cịn nên khơng phải cài lại phần mềm. Khi bật
máy tính, hệ điều hành và ứng dụng sẽ được nạp từ ổ đĩa cứng lên bộ nhớ RAM để chạy.
Card Video (Card đồ họa)
Card Video hay còn gọi là Card đồ họa, viết tắt là VGA (Video Graphics
Adaptor) có nhiệm vụ chính là xử lý thơng tin về hình ảnh trong máy tính, ví dụ như
màu sắc, độ phân giải, độ tương phản,… thông qua kết nối với màn hình để hiển thị
hình ảnh giúp người dùng có thể thao tác, xử lý được trên máy tính.
Máy tính nào cũng đều phải có VGA để xử lý hình ảnh, độ phân giải... cho máy
tính. Bộ phận quan trọng nhất quyết định sức mạnh của VGA đó là bộ xử lý đồ họa
GPU (Graphic Processing Unit), đảm nhiệm nhiệm vụ xử lý tất cả các vấn đề liên quan
đến hình ảnh. Một thành phần quan trọng nữa của VGA là RAM của Card, dung lượng
RAM của VGA hiện nay phổ biến là 512MB, 1GB và 2GB. Nhưng sức mạnh VGA
nằm ở GPU, chính vì vậy máy chạy VGA có RAM 1GB nhưng vẫn bị chậm hơn
những máy chỉ chạy VGA 512MB.
VGA chia làm 2 loại: Onboard Card (Card tích hợp) và Video Graphics Card
(Card rời).
- Onboard Card: là Card có cổng giao tiếp được tích hợp sẵn trên bo mạch chủ
của máy tính, cụ thể hơn là nó được nhà sản xuất tích hợp sẵn vào CPU. Onboard Card

hoạt động nhờ vào sức mạnh của CPU và RAM để xử lý hình ảnh.

Hình 1. 15. Cổng giao tiếp của Onboard Card trên bo mạch chủ

13


- Video Graphics Card: Có tính năng giống với Onboard Card nhưng nó được
thiết kế riêng, hoạt động hồn tồn độc lập và chuyên về xử lý hình ảnh, đồ họa.

Hình 1. 16. Video Graphics Card
Các thơng số kỹ thuật của từng loại GPU hầu hết đều giống nhau. Ví dụ một số
thông số quan trọng của GPU GeForce 9800GT:
GPU Engine Specs:
Graphics Clock (MHz).................600MHz
Processor Clock (MHz)...............1500MHz
Texture Fill Rate (billion/sec).......33.6
Memory Specs:
Memory Clock (MHz)..................900
Standard Memory Config.............512 MB
Memory Interface Width.............256-bit
Memory Bandwidth (GB/sec)........57.6
Trongđó:
+ Graphic Clock: Tốc độ của nhân bộ vi xử lý GPU. Ví dụ, tốc độ nhân GPU
NVIDIA GeForce 9800GT là 600 MHz. Tốc độ này càng cao càng tốt.
+ Processor Clock: Tốc độ đồng hồ, còn gọi là Clock Rate. Tốc độ xử lý các
lệnh của một bộ vi xử lý. Mỗi máy tính chứa một đồng hồ nội bộ (Internal Clock) có
chức năng điều hịa tốc độ xử lý các lệnh và đồng bộ hóa tất cả các thành phần khác
nhau có trong máy tính. Đồng hồ này càng nhanh bao nhiêu, số lệnh mà GPU có thể
xử lý được mỗi giây nhiều hơn bấy nhiêu.

+ Texture Fill Rate:
Texture Fill Rate còn được hiểu là tốc độ làm đầy. Tốc độ làm đầy thông
thường được quy là tốc độ vẽ điểm ảnh của bộ xử lý đồ họa. Đối với Card đồ họa cũ
thì quan niệm tốc độ làm đầy là tốc độ dựng tam giác. Tuy nhiên, có 2 dạng tốc độ làm
đầy là: tốc độ làm đầy điểm ảnh và tốc độ làm đầy vật liệu. Theo khái niệm mô tả ở
trên, tốc độ làm đầy điểm ảnh là số lượng điểm ảnh mà Card đồ họa có thể xuất ra.

14


+ Memory Clock: Tốc độ xung của bộ nhớ. Chỉ số này càng cao càng tốt.
+ Standard Memory Config: Dung lượng bộ nhớ chứa trong Card. Bộ nhớ
thường được sử dụng bây giờ là GDDR gồm GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5.
Các thế hệ RAM về sau sẽ tốt hơn trước và dung lượng bộ nhớ càng cao thì càng
mạnh. Tuy nhiên, một chiếc Card có 1GB RAM GDDR2 chưa chắc đã mạnh hơn 1
chiếc Card 512MB dùng GDDR4.
+ Memory Interface Width: Bus bộ nhớ. Các loại Card hiện nay Bus bộ nhớ từ
64 bits đến 256 bits, và trong một vài trường hợp có thể đạt đến 512 bits. Bus bộ nhớ
càng tăng, thì lượng dữ liệu mà bộ nhớ có thể vận chuyển trong mỗi chu kỳ càng lớn.
Ví dụ, một chiếc VGA sử dụng Bus 128 bits có thể mang lượng dữ liệu nhiều gấp đôi
so với một chiếc Card Bus 64 bits và Bus 256 bits thì mang gấp 4 lần so với Bus 64 bits.
+ Memory Bandwidth: Khả năng truyền tải dữ liệu của bộ nhớ. Đây cịn được
hiểu là băng thơng giữa bộ nhớ của Card và GPU. Chỉ số này phụ thuộc vào xung của
bộ nhớ và Bus bộ nhớ. Bandwith không phụ thuộc vào dung lượng RAM trên Card.
Chỉ số này càng cao càng tốt.
Monitor (Màn hình)

Hình 1. 17. Màn hình máy tính
Tùy thuộc vào loại máy tính, màn hình có thể được gắn liền (máy xách tay, máy
để bàn All-In-One) hoặc là một đơn vị riêng biệt được gọi là một màn hình với dây

nguồn riêng. Một số màn hình có tích hợp cảm ứng, vì vậy có thể sử dụng ngón tay
chạm trên màn hình để điều khiển tương tự như dùng điện thoại hay máy tính bảng.
Với các máy tính để bàn truyền thống, màn hình nằm riêng biệt chỉ có nhiệm vụ hiển
thị nên nếu có hỏng hóc thì có thể thay thế mà không mất dữ liệu.
Chất lượng hiển thị được đo bằng độ phân giải, là số lượng điểm ảnh khi hiển
thị ở độ phân giải cao nhất có thể. Ví dụ một màn hình máy tính xách tay có độ phân
giải 1.920x1.080 pixel; số đầu tiên đại diện cho độ phân giải ngang và số thứ hai là độ
phân giải dọc. Nếu nhân hai số này sẽ cho biêt số lượng điểm ảnh và sau đó chia cho
kích thước đường chéo (inch) màn hình sẽ cho biết mật độ điểm ảnh.

15