Giáo Trình Kiến Trúc Máy Tính - Nguyễn Hữu Lộ phần 3 docx

Cấn Trúc Máy Tính
-27-

Một vấn đề quan trọng đã xảy ra trong các PC là sự xung đột giữa các chip bộ
nhớ RAM (Random Access Memory) được cài đặt cùng với bộ nhớ dành cho hệ thống,
do vậy 384 KB RAM trùng đòa chỉ với vùng nhớ dành cho hệ thống sẽ bò bỏ qua
(nghóa là tổng dung lượng bộ nhớ RAM sử dụng được sẽ bằng tổng dung lượng bộ nhớ
RAM cài đặt trừ đi 384 K).
Thí dụ các PC có 4 MB RAM được cài đặt cho thấy chỉ có 3712 KB được sử dụng
bao gồm 640KB cho vùng nhớ qui ước và 3072 KB cho vùng nhớ mở rộng. Tuy vậy
vẫn có các PC chỉ thiếu 128KB thay vì 384KB nhờ vào các biện pháp sắp xếp lại bộ
nhớ.

Sự xung đột xảy ra do các phân đoạn A000 và B000 được dành cho RAM video,
các phân đoạn C000 và D000 được dành cho bộ nhớ chỉ đọc ROM và RAM của các
board cắm trên các khe cắm mở rộng (expansion slot) của board chính (mainboard),
các phân đoạn E000 và F000 được dành cho bộ nhớ chỉ đọc chứa hệ xuất nhập cơ bản
ROM BIOS (Basic Input Output System) trên board chính. Điều này có nghóa là tất cả
RAM chiếm những đòa chỉ này phải bò tắt hoặc các thành phần nêu trên không thực
hiện được chức năng của mình để tránh xung đột trong vùng UMA.

Các nhà thiết kế board chính thường thực hiện các khả năng sau để tránh xung
đột:

- Sử dụng RAM nhanh hơn để lưu trữ bản sao của các ROM chậâm,
gọi là tạo cửa sổ, vô hiệu hoá các ROM này trong xử lý.
- Tắt các RAM không sử dụng tạo cửa sổ nhằm tránh xung đột
trong vùng UMA.
- Sắp xếp lại RAM không được sử dụng tạo cửa sổ.

Phần lớn các PC tạo cửa sổ cho ROM BIOS (thường là 64K), ROM video

(32K)RAM dùng trong bộ nhớ chính là RAM động (Dynamic RAM) và các RAM động
cải tiến như EDO-RAM (Extended Data Out RAM) và SDRAM (Synchronous DRAM)
có thời gian truy xuất trong khoảng từ 10 nsec đến 200 nsec.

Các chip nhớ RAM hiện nay được ghép thành các mun nhớ một hàng chân gọi
là SIMM hoặc các mun nhớ hai hàng chân gọi là DIMM.
Các SIMM 30 chân có dung lượng 256K, 1M, 4M, 16 MB nhớ (8 bit hoặc 9 bit
nếu có bit chẵn lẻ)
Các SIMM 72 chân có dung lượng 1 M, 2M, 4M, 8 M, 16 M, 32M và 64 MB nhớ
hay 256K, 512K, 1M, 2M, 4M, 8 M, 16 M từ nhớ 32 bit (hoặc 36 bit nếu kể thêm các
bit kiểm tra chẳn lẻ)
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-28-
Các DIMM 168 chân có dung lượng 1M, 2M, 4M, 8 M, 16 M từ nhớ 64 bit (hoặc
72 bit nếu kể thêm các bit kiểm tra chẵn lẻ).

Ngoài bộ nhớ RAM động, trong các PC còn tồn tại các bộ nhớ chỉ đọc ROM lưu
các chương trình cố đònh như ROM BIOS và ROM bàn phím hay bộ điều khiển bàn
phím.

ROM BIOS chứa các chương trình thực hiện các chức năng cơ bản sau:

- Kiểm tra những thành phần của máy tính khi khởi động như: bộ
nhớ, board chính, board video, bộ điều khiển đóa, bàn phím và những thành
phần quan trọng khác của máy tính.
- Tìm và nạp hệ điều hành.
- Cung cấp các chương trình cho bộ vi xử lý để thực hiện các thao
tác liên quan đến các thiết bò xuất/nhập.
III- CÁC THIẾT BỊ LƯU TRỮ (BỘ NHỚ PHỤ):

Vì mỗi từ nhớ trong bộ nhớ chính được truy xuất trực tiếp với thời gian rất ngắn,
giá thành của bộ nhớ chính tương đối cao. Do đó hầu hết các máy tính đều có thêm
các thiết bò lưu trữ (bộ nhớ phụ) tốc độ thấp, rẻ hơn và thường có dung lượng lớn hơn
nhiều.
1. Băng từ:
Về mặt lòch sử, băng từ (magnetic tape) là thiết bò lưu trữ đầu tiên. Ổ băng từ của
máy tính tương tự như máy ghi băng trong gia đình. Băng từ có chiều dài 2400 ft được
quấn trên một ống cho (feed reel) qua 1 đầu ghi đến ống nhận (take-up reel). Bằng
cách thay đổi dòng điện trong đầu ghi, máy tính có thể ghi thông tin lên băng từ ở dạng
các vệt từ hoá nhỏ (magnetized spot)

Hình 2.11

Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-29-
Hình 2.11 trình bày cách tổ chức thông tin trên băng từ. Ở một máy tính với các
byte 8 bit, mỗi khung (frame) chứa 1 byte cộng thêm 1 bit phụ (dư), gọi là bit kiểm tra
chẵn lẻ để cải thiện độ tin cậy. Mật độ ghi tiêu biểu của băng từ là 1600bpi (byte per
inch). Mật độ thường dùng khác là 800bpi và 6250 bpi.

Sau khi ổ băng từ thực hiện xong việc ghi 1 bản ghi vật lý (physical record), 1
khe (gap) được để lại trên băng từ trong lúc ổ băng từ giảm (tăng) tốc độ xuống (lên)
khi dừng (khởi động) băng trước đầu đọc . Nếu chương trình ghi các bản ghi ngắn trên
băng từ, nhiều khoảng trống sẽ bò bỏ phí ở các khe. Bằng cách ghi các bản ghi dài hơn
các khe nhiều, việc sử dụng băng từ sẽ có hiệu quả cao.
Băng từ là loại thiết bò truy xuất tuần tự nối tiếp. Nếu băng từ được đònh vò ở vò
trí khởi đầu (đầu từ đang ở đầu băng), muốn đọc bản ghi n, ta phải đọc qua hết các bản
ghi từ 1 tới n-1. Nếu thông tin muốn đọc nằm ở cuối băng, chương trình phải đọc hầu
như toàn bộ băng và mất khoảng vài phút. CPU có thể thực hiện hàng triệu lệnh mỗi

giây, trong lúc băng từ lại làm gia tăng sự lãng phí về thời gian. Hầu như băng từ chỉ
thích hợp khi dữ liệu được truy xuất tuần tự nối tiếp.
2. Đóa từ
Đóa từ (disk) là một đóa kim loại hình tròn có đường kính từ 5 tới 10 inch được
phủ từ trên 2 mặt bởi nhà sản xuất (hình 2.12). Thông tin được ghi trên một số vòng
tròn đồng tâm gọi là rãnh hoặc còn gọi từ đạo (track). Đóa có từ vài chục đến vài trăm
rãnh trên mỗi mặt. Các đầu từ được đặt trên 1 giá (cánh tay - arm ) dòch chuyển vào ra
theo đường bán kính. Đầu từ có bề rộng đủ để đọc hoặc ghi thông tin lên rãnh một
cách chính xác. Ổ đóa thường gồm nhiều đóa xếp theo chiều đứng cách xa nhau khoảng
1 inch. Vò trí xuyên tâm của các đầu từ (khoảng cách từ trục) gọi là từ trụ (cylinder). Ổ
đóa có n đóa sẽ có 2n đầu từ và có 2n rãnh trên 1 từ trụ.

Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-30-

(a) Ổ đóa có 1 đóa (b) Ổ đóa có 4 đóa
Hình 2.12

Các rãnh được chia thành nhiều cung (sector), thường có khoảng từ 10 đến 100
cung trên 1 rãnh. Một cung chứa một số byte nào đó, thường là 512 bytes.

Để chỉ rõ một thao tác truy xuất đóa, chương trình phải cung cấp những thông tin
sau: từ trụ (cylinder), đầu từ (head) (cả 2 thông tin trên đònh rõ 1 rãnh nào đó), cung
(sector) nào ở đó thông tin bắt đầu, số lượng từ được truyền đi, đòa chỉ bộ nhớ chính nơi
thông tin đến hoặc đi và thông tin được đọc từ đóa vào bộ nhớ hay được ghi từ bộ nhớ
lên đóa.

Các thao tác truy xuất đóa luôn bắt đầu ở đầu của một cung, không bao giờ ở giữa
cung. Nếu phải truy xuất nhiều cung vượt qua rãnh khác trong cùng một từ trụ (nghóa

là từ mặt 0 sang mặt 1 ở cùng vò trí của giá nối đầu từ), ta sẽ không mất thời gian bởi
vì việc chuyển từ đầu từ này sang đầu từ khác được thực hiện bằng mạch điện tử mà
không liên quan đến phần cơ khí. Tuy nhiên, nếu truy xuất qua ranh giới của từ trụ,
phải mất thời gian quay trong khi đònh vò lại các đầu từ cho từ trụ kế tiếp và đợi cho
cung 0 quay trở lại.
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-31-

Hình 2.13 : Khoảng cách đầu từ với mặt đóa

Nếu đầu từ được đònh vò trên một từ trụ sai, trước tiên đầu từ phải di chuyển. Sự
di chuyển này gọi là tìm kiếm (seek). Mỗi lần tìm kiếm sẽ mất 3 msec giữa các rãnh
kế cận nhau, và mất từ 20 đến 100msec để đi từ từ trụ trong cùng ra đến từ trụ ngoài
cùng. Khi đầu từ đã ở đúng vò trí, bộ điều khiển phải đợi cho tới khi cung đầu tiên
quay tới đúng tại đầu từ đọc viết thì mới bắt đầu truy xuất. Thời gian đợi (bò bỏ phí) để
quay tới cung đúng thay đổi từ 0 (nếu chương trình gặp may) đến hết toàn bộ thời gian
quay. Thời gian đợi này gọi là thời gian trễ luân phiên (rotational latency). Đa số các
đóa thời kỳ đầu đều quay với vận tốc 3600 vòng /phú nên thời gian trễ cực đại là 16,67
msec. (Hiện nay vận tốc quay đã lên đến 5400-7200 rpm). Thời gian truy xuất tổng
cộng chính là thời gian tìm kiếm cộng với thời gian trễ luân phiên và thời gian truy
xuất thực.

Gần như tất cả các máy tính đều sử dụng ổ đóa có nhiều đóa như mô tả ở trên để
lưu trữ các dữ liệu quan trọng. Những đóa này thường gọi là đóa cứng (hard disk). Loại
thường dùng nhất là đóa winchester (thập niên 60). Ổ đóa được bòt kín (tránh ô nhiễm
do bụi). Các đầu từ trên đóa winchester được đònh dạng theo phương pháp khí động lực
học và lơ lửng trên một đệm khí tạo ra do sự quay tròn của đóa. Dung lượng của đóa
ban đầu thường khoảng hàng chục MB, còn hiện nay là hàng chục, hàng trăm GB (tên
các mainframe)

Dữ liệu nhò phân dưới dạng các chuỗi bit 0, 1 (dạng thô) không được ghi trực tiếp
lên đóa. Thay vào đó người ta mã hoá chúng, nghóa là chuyển đổi dữ liệu nhò phân thô
thành chuỗi xung và ghi lên đóa. Việc chuyển đổi này nhằm phù hợp với việc đảo
chiều cực tính các vùng từ tính trên đóa khi có sự thay đổi chiều dòng điện trên đầu
ghi. Khi đọc dữ liệu trên đóa, quá trình giải mã chuỗi xung sẽ diễn ra để ta có lại dữ
liệu nhò phân thô ban đầu. Thiết bò làm công việc mã hoá và giải mã được gọi là bộ
mã hoá/giải mã ENDEC (Encoder - Decoder). Có nhiều phương pháp mã hoá khác
nhau như điều chế tần số FM (Frequency Modulation), điều chế tần số thay đổi MFM
(Modified Frequency Modulation) v.v…

Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-32-
3. Đóa mềm
Với sự xuất hiện của máy vi tính, người ta có một phương pháp để cài đặt phần
mềm. Đó là sử dụng đóa mềm (diskette hay Floppy disk), là phương tiện nhỏ gọn có
thể đem đi xa được.

Hình 2.14: Hoạt động đóa mềm

Không như các đóa Winchester, các đầu từ của đóa cứng lơ lửng trên bề mặt đóa ở
khoảng cách vài micron, đầu từ của các đóa mềm thực sự tiếp xúc với bề mặt đóa. Do
vậy, môi trường tiếp xúc của bề mặt đóa và đầu từ sẽ bò hao mòn tương đối nhanh. Để
làm giảm sự hao mòn này, trong các máy vi tính, người ta rút đầu từ lên trên và ngừng
quay đóa khi ổ đóa không đọc hoặc không ghi thông tin. Do đó, khi có lệnh đọc hoặc
ghi thông tin kế tiếp, sẽ có thời gian trễ khoảng nửa giây để môtơ tăng tốc độ.

Ngày nay kích thước đóa thường là 3.5 inch, còn loại 5.25 inch gần như không còn
sử dụng nữa do đóa 3.5 inch chứa nhiều dữ liệu hơn và nhờ chứa trong vỏ cứng do vậy
được bảo vệ tốt hơn.

Với loại kích thước 3.5 inch, dung lượng thường là 1.44MB, có 80 rãnh, 15 cung
trên 1 rãnh, 2 mặt sử dụng được, số vòng quay/ phút là 300 và tốc độ dữ liệu là 500
kbps.

Hãng Toshiba cũng đã sản xuất các đóa mềm dung lượng 2.88 MB, kích thước 3.5
inch năm 1987 và sử dụng trong các hệ thống PS/2. Các phiên bản DOS 5.0 trở lên đã
hổ trợ cho loại đóa mềm này.

Các ổ đóa mềm đều sử dụng phương pháp mã hoá MFM khi đọc và ghi dữ liệu
trên đóa mềm.

Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-33-
4. Đóa quang
Trong những năm gần đây, các đóa quang (optical disk) (khác với đóa từ) đã được
đưa vào sử dụng. Các đóa quang có mật độ ghi thông tin cao hơn nhiều so với các đóa
từ thông thường. Ban đầu đóa quang được triển khai để ghi các chương trình truyền
hình nhưng rồi chúng cũng được dùng làm các thiết bò lưu trữ của máy tính.

Các đóa quang đầu tiên được sáng chế bởi 1 tập đoàn điện tử của Hà Lan là
Philips và được phát triển thêm với sự hợp tác của Sony của Nhật. Các đóa quang này
dựa vào công nghệ đã dùng trong máy quay đóa âm tần Compact Disc và được gọi là
CD ROM (Compact Disc Read Only Memory)

Đóa CD ROM được chế tạo bằng cách dùng một tia laser có công suất cao để đốt
cháy các lỗ có kích thước 1 micron (10
-6
m) trên một đóa chủ (master disk). Từ đóa chủ

này, người ta tạo được một khuông dùng làm mẫu để tạo những bản sao trên các đóa
plastic. Kế đến phủ lên bề mặt một lớp nhôm mỏng và tiếp theo là một lớp plastic bảo
vệ trong suốt. Thiết bò dùng để đọc đóa CD ROM có một bộ phân tích đo năng lượng
phản xạ từ bề mặt khi có một tia laser công suất thấp phát tới bề mặt. Các lỗ được gọi
là pit và những vùng không bò đốt cháy giữa các pit gọi là land sẽ có sự phản xạ khác
nhau giúp ta phân biệt được giữa pit và land.

Kỹ thuật này có nhiều hệ quả quan trọng. Thứ nhất, do các đóa CD ROM được
dập khuông, không ghi thông tin như các đóa mềm thông thường và được chế tạo hàng
loạt bằng máy tự động theo một khuôn mẫu sẵn nên giá thành rất thấp. Thứ hai, do
đóa plastic có bao phủ một lớp nhôm được dập theo khuôn nên sẽ không thật chính xác,
thông tin số trên đóa thường chứa nhiều lỗi.

Vấn đề lỗi được xử lý bằng 2 cách. Trước tiên, đầu đọc trong ổ đóa có một gương
chính xác được điều khiển bởi một cơ cấu trợ động (một máy để điều khiển một cỗ
máy to hơn) dùng để theo dõi bề mặt đóa nhằm bù lại sự không hoàn hảo khi chế tạo.
Thứ hai, dữ liệu được ghi lên đóa dùng một phương pháp mã hoá phức tạp gọi là mã
sửa lỗi xen kẽ (cross interleave) Reed-Solomon. Phương pháp mã hoá này dùng nhiều
bit hơn mã Hamming để có thể sửa nhiều lỗi.

Hơn nữa thay vì biểu thò pit là 0 và land là 1 (hoặc ngược lại), người ta biểu thò
cho mỗi lần chuyển tiếp pit-land hoặc land-pit là 1. Khoảng cách giữa 2 lần chuyển
tiếp cho biết có bao nhiêu bit zero giữa các bit. Dữ liệu được ghi thành các nhóm 24
byte, mỗi nhóm được mở rộng thêm từ 8 đến 14 bit bằng cách dùng mã Reed-Solomon.
Thêm 3 bit đặc biệt vào giữa mỗi nhóm và thêm một byte đồng bộ để tạo thành một
khung (frame). Một nhóm 98 khung tạo thành một khối (block) chứa 2 KByte dữ liệu.
Khối là đơn vò cơ bản được đòa chỉ hoá. Mặc dù phương pháp này phức tạp và tốn một
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-34-

vùng điã đáng kể nhưng lại cho ta độ tin cậy rất cao với vật liệu sử dụng có giá thành
thấp.

Thông tin trên CD ROM được ghi theo dạng xoắn ốc liên tục, không giống như
điã từ theo các từ trụ và rãnh riêng biệt. Khuông dạng này được minh họa trong hình
2.15

Tốc độ đọc cơ bản của một điã quang là 150 KByte/sec. Các ổ điã đọc nhanh có
tốc độ là bội số của tốc độ cơ sở này (Thí dụ 24X, 32X, 36X, 48X, 52X,…)

Dữ liệu được lưu trữ trên CD ROM theo phương pháp mã hoá EFM (Eight to
Fourteen Modulation). Tương tự như trên điã từ, giá trò 0 và 1 không phải là giá trò lỗ
và vùng trống mà là giá trò chuyển đổi.

Hình 2.15

CD ghi lại được CD-R (CD-Recordable) là loại điã quang từng được gọi là
WORM (Write Once, Read Multiple). Điã này có cấu trúc tương tự như CD thường.
Lớp chứa dữ liệu là lớp polymer hữu cơ (cyanine và phthalocyanine). Khi tia laser đốt
cháy, lớp mày này chuyển sang màu đen và đóng vai trò các lỗ dữ liệu (pit). Có 2
phương pháp ghi CD-R:

- Ghi toàn điã một lần DAO (Disc At Once): dữ liệu toàn điã
chỉ được ghi lên điã một lần, không ghi thêm lên được những lần sau.
- Ghi từng rãnh TAO (Track At Once): cho phép ghi lên điã
nhiều lần. Chiều dài tối thiểu mỗi lần ghi là 300 khối.
CD ghi lại được CD-RW (CD-ReWriteable) trong đó lớp dữ liệu lớp kim loại .
Nguyên tắc ghi dữ liệu dựa theo sự thay đổi trạng thái của lớp kim loại: trạng thái tinh
thể (phản xạ ánh sáng - vùng trống) và trạng thái vô đònh hình (không phản xạ ánh
sáng - vùng lỗ)

Điã quang mật độ cao DVD (Digital Video Disk hay Digital Versatile Disk) là
thế hệ điã quang mới sẽ thay thế điã CD trong tương lai gần. Đây là một loại điã
quang có dung lượng dữ liệu lớn hơn và khả năng truy nhập nhanh hơn các điã quang
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-35-
trước nó. Dung lượng dữ liệu tính hàng GByte (~4,7GB) . Tốc độ truy nhập cơ bản 1x
của 1 ổ DVD là 1,321 MByte/sec (nhanh gấp 9 lần tốc độ của một ổ điã CD thường.
Các ổ DVD 4X đều có khả năng đọc CD-ROM với vận tốc 32X.

Sự phát triển điã quang ở giai đoạn 3 là các phương tiện quang có thể xoá được
bằng cách dùng kỹ thuật quang-từ (MO->magneto-optical). Điã plastic được bao phủ
một hỗn hợp kim loại có nhiều chất lạ như terbium và gadolinium. Các kim loại này có
tính chất rất đáng quan tâm là ở nhiệt độ thấp chúng không nhạy cảm với từ trường,
nhưng ở nhiệt độ cao, cấu trúc phân tử của chúng tự sắp thẳng hàng theo bất cứ hướng
nào hiện có.

Người ta sử dụng tính chất này để ghi thông tin, các đầu đọc của ổ điã bao gồm
một bộ phát tia laser và một nam châm. Bộ phát tia laser bắn ra một xung ánh sáng
cực ngắn vào kim loại, tức thời làm gia tăng nhiệt độ nhưng không tạo thành một pit
trên bề mặt. Đồng thời nam châm cũng phát ra một từ trường theo 1 trong 2 hướng. Khi
xung laser hết, kim loại đã được từ hoácó thể ở 1 trong 2 hướng, biểu thò là 0 hoặc 1.
Thông tin này có thể đọc theo cùng cách như với CD ROM bằng cách dùng một tia
laser có bức xạ yếu hơn nhiều. Điã này có thể xoá và ghi đè lên giống như cách đã ghi
lần đầu.
IV - CÁC THIẾT BỊ VÀO / RA

Trước khi một máy tính thực hiện một việc nào đó, ta phải cung cấp cho nó một
chương trình và các dữ liệu kèm theo. Sau khi thực hiện xong, máy tính phải thông báo

kết quả cho người sử dụng. Việc đưa thông tin vào máy tính và lấy thông tin ra khỏi
máy tính được gọi là vào/ra .

Không phải tất cả thông tin vào ra đều được dự đònh dành cho con người. Một
kính thiên văn mặt trời hoạt động nhờ máy tính có thể thực hiện nhập dữ liệu từ các
thiết bò quan sát mặt trời. Một máy tính điều khiển 1 thiết bò hoá học tự động có thể
trực tiếp xuất dữ liệu tới các máy thông qua thiết bò để điều hoà các chất hoá học được
sinh ra.

Có 2 cách tổ chức vào/ra thường sử dụng trong máy tính ngày nay. Các
mainframe lớn sử dụng thiết kế được trình bày trong hình 2.16 . Trong thiết kế này,
một hệ thống máy tính bao gồm 1 CPU (Hoặc có thể nhiều CPU), 1 bộ nhớ và một
hoặc nhiều bộ xử lý vào/ra (I/O processor) gọi là các kênh dữ liệu (data channel). Tất
cả các thiết bò vào/ra đều được nối với các kênh.

Khi muốn thực hiện vào/ra , CPU nạp 1 chương trình đặc biệt vào một trong các
kênh và yêu cầu kênh đó thực hiện. Kênh sẽ tự điều khiển tất cả các việc vào/ra tới
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-36-
và từ bộ nhớ để CPU tự do làm những việc khác. Khi thực hiện xong, kênh gửi tới CPU
một tín hiệu đặc biệt gọi là ngắt (interrupt) để buộc CPU ngừng bất kỳ điều gì đang
làm và chú ý đến kênh đó. Thuận lợi của cách tổ chức này là cho phép CPU hoàn toàn
không quan tâm đến công việc giữa thiết bò vào/ra với kênh. Bằng cách này ta có thể
thực hiện việc tính toán và vào / ra cùng một lúc

Hình 2.16

Vì các mainframe tạo ra một tải vào/ra lớn, nên chúng thường được trang bò ít
nhất 3 bus. Bus bộ nhớ (memory bus) cho phép kênh đọc và ghi các từ dữ liệu (data

word) từ bộ nhớ. Bus vào/ra cho phép bộ xử lý trung tâm phát các lệnh tới các kênh và
cho phép các kênh ngắt bộ xử lý trung tâm. Cuối cùng, bus thứ 3 cho phép bộ xử lý
trung tâm truy xuất bộ nhớ mà không phải dùng tới những bus khác.

Các máy vi tính dùng một cấu trúc hệ thống đơn giản hơn như trong hình 2.17 .
Hầu hết các máy vi tính này có một khung chứa các card với 1 board mạch in lớn được
gọi là board chính (mainboard). Board chính chứa một chip vi xử lý, bộ nhớ và các
chip hỗ trợ khác.
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-37-

Hình 2.17

Cấu trúc logic của máy vi tính được trình bày trong hình 2.18. Hấu hết các máy vi
tính có 1 bus gọi là bus hệ thống (system bus) dùng để kết nối CPU, bộ nhớ và các
thiết bò vào/ra. Mỗi thiết bò vào ra có hai phần, phần chứa các mạch điện tử gọi là bộ
điều khiển (controller), phần kia chứa chính các thiết bò vào/ra như ổ đóa, màn hình…
Bộ điều khiển thường được đặt trên 1 card và cắm vào khe mở rộng trên board chính
trừ các bộ điều khiển không tùy chọn (như bàn phím), thường được đặt trên board
chính.

Hình 2.18

Nhiệm vụ của bộ điều khiển là điều khiển thiết bò vào/ra và điều khiển truy cập
bus.

Việc điều khiển đọc hoặc ghi một khối dữ liệu trực tiếp với bộ nhớ mà không
qua bộ xử lý gọi là truy xuất bộ nhớ trực tiếp (DMA: Direct Memory Access)

Bus không chỉ được dùng bởi các bộ điều khiển vào/ra mà còn bởi CPU để tìm
nạp các lệnh và dữ liệu. Khi CPU và bộ điều khiển vào/ra đồng thời muốn sử dụng
bus thì người ta dùng một chip gọi là bộ phân xử bus (bus arbiter) để quyết đònh thành
phần được sử dụng bus. Nhìn chung, các thiết bò vào/ra được cho quyền ưu tiên cao hơn
CPU do các thiết bò như ổ đóa không thể dừng hoạt động hoặc đợi làm mất dữ liệu. Khi
không có thiết bò vào/ra nào làm việc, CPU có thể lấy tất cả các chu kỳ bus để truy
cập bộ nhớ. Tuy nhiên khi có một thiết bò vào/ra đang chạy đồng thời, thiết bò đó sẽ sẽ
yêu cầu và được cấp bus khi cần đến. Quá trình này gọi là đánh cắp chu kỳ (cycle
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-38-
stealing) và làm tốc độ máy tính chậm lại. So sánh với mainframe có nhiều bus thì
hiện tượng này không thể xảy ra.

Ngày nay người ta dùng nhiều loại thiết bò vào/ra. Một vài thiết bò vào/ra phổ
biến sẽ được đề cấp đến sau đây:
1. Bàn phím:
Bàn phím có nhiều loại khác nhau.
Đơn giản nhất là một chuyển mạch (switch) để tạo ra một tiếp xúc về điện khi ấn
phím. Với loại phức tạp hơn, dưới mỗi phím có một nam châm đi qua 1 cuộn dây khi
gõ phím, vì vậy một dòng điện cảm ứng được nhận biết.
Ngoài loại chuyển mạch bằng cơ khí, các bàn phím hiện nay còn sử dụng loại
chuyển mạch bằng tụ điện có ưu điểm chống mòn và bụi bám. Chuyển mạch có 2 bản
bằng nhựa nối thành ma trận chuyển mạch được thiết kế để phát hiện những thay đổi
về điện dung của mạch. Khi ấn phím, bản trên di chuyển so với bản dưới cố đònh làm
điện dung thay đổi. Loại chuyển mạch này không dựa vào tiếp xúc bằng kim loại nên
tránh được mòn và bụi, cũng như không bò kẹt phím.
Ngoài ra còn có loãi phím cảm biến điện từ (thay đổi dòng điện theo hiệu ứng
Hall)
Bàn phím trong hệ thống IBM PC và tương thích ban đầu thực chất là một bộ xử

lý bàn phím truyền thông với máy tính bằng một liên kết dữ liệu riêng biệt nhằm
truyền nối tiếp những khung 11 bit (8 bit dữ liệu và các bit điều khiển) nhưng không
theo chuẩn RS-232C. Bộ xử lý bàn phím là chip vi điều khiển 8048 hoặc 8049 hoặc
các chip tương thích như 6805 của Motorola. Bộ xử lý đọc ma trận phím, giải mã các
tín hiệu ấn phím, chuyển đổi mã vi trí của phím thành mã quét (scan code) rồi truyền
đến board chính của máy tính.

2. Màn hình:
Màn hình chủ yếu gồm một đèn tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) và các
nguồn cung cấp điện. CRT chứa một súng bắn một chùm tia điện tử đập vào màn
huỳnh quang đặt ở phía trước đèn, như trong hình 2.20 (các màn hình màu có 3 súng
điện tử tương ứng với 3 màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương). Trong thời gian quét
ngang, chùm tia điện tử quét qua

Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý
Cấn Trúc Máy Tính
-39-

Hình 2. 20
màn hình trong một thời gian khoảng 50 microsec và vạch ra một đường gần như
nằm ngang trên màn hình. Kế đến chùm tia điện tử thực hiện một đường hồi ngang trở
về cạnh bên trái để bắt đầu lần quét kế tiếp.
Tia quét ngang được điều khiển bởi một điện áp tăng tuyến tính đưa đến các
phiến làm lệch ngang đặt ở bên trái và bên phải súng điện tử. Việc quét dọc được điều
khiển bởi một điện áp tuyến tính tăng chậm hơn nhiều đưa đến các phiến làm lệch dọc
đặt ở phía trên và dưới súng điện tử. Sau 400 đến 1000 lần quét, điện áp trên các
phiến làm lệch dọc và ngang được nghòch đảo cùng lúc để đặt chùm tia điện tử trở về
góc phía trên bên trái của màn hình huỳnh quang. Toàn bộ ảnh thường được quét lập
lại từ 30 tới 60 lần trong 1 giây.
Đèn CRT hiện nay có 2 kiểu: cong và phẳng. Kiểu màn hình cong có mặt ngoài ở

chính giữa màn hình phình ra. Kiểu phẳng là loại đèn Trinitron chỉ cong theo chiều
ngang và có chiều dọc phẳng.
Các máy tính xách tay sử dụng bộ phận hiển thò là màn hình tinh thể lỏng (Liquid
Crystal Display). Đó là chất lỏng hữu cơ mà phân tử của nó có khả năng phân cực ánh
sáng dẫn đến thay đổi cường độ sáng. Trường tónh điện được dùng để điều khiển
hướng phân tử tinh thể lỏng.
Màn hình tinh thể lỏng dựa trên hiệu ứng trường xoắn (twisted nematic field
effect). Phân tử trong lớp tinh thể lỏng chuyển hướng 90 độ giữa hai mặt kính. nh
sáng bên ngoài bò phân cực và xoắn theo hướng phân tử tinh thể lỏng khiến tia sáng đi
qua được lớp tinh thể lỏng, lớp tinh thể lỏng có trạng thái sáng
Dùng điện cực trong suốt (thí dụ indium oxyt)nằm phía dưới lớp kính kéo phân tử
tinh thể lỏngđònh hướng theo trường tónh điện. Tia sáng bò giữ lại trong tinh thể lỏng
mà không đi qua hay phản xạ lại được nữa, lớp tinh thể lỏng có trạng thái tối.
Để đònh hướng ánh sáng đúng theo hướng phân tử tinh thể lỏng, ta cần bộ phân
cực ánh sáng. Khi tia sáng thoát ra phía bên kia tinh thể lỏng ta cần bộ phân cực ánh
sáng khác. Nguồn sáng có thể là LED hay các loại đèn khác. Nếu bố trí phía sau lớp
tinh thể lỏng một lớp gương phản xạ, ta có thể dùng ánh sáng thường bên ngoài để
quan sát màn hình. Trường tónh điện một chiều có thể phá hỏng cấu trúc tinh thể, vì
vậy người ta hay dùng hiệu điện thế xoay chiều. Hiệu điện thế dùng cho tinh thể lỏng
tương đối thấp, từ 5 đến 15V.
Màn hình tinh thể lỏng theo nguyên tắc kể trên có độ tương phản rất thấp (góc
nhìn 15
o
) Góc quan sát cũng rất hạn chế (20
o
từ ngang, 60
o
từ trên)
Nguyễn Hữu Lộc Khoa Vật Lý