Cấu trúc-Nguyên lý hoạt động máy tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
--------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG


Đề tài : Cấu trúc máy tính dùng bộ vi xử lý Pentium

Giáo viên hướng dẫn: Thạc Sĩ LÊ DŨNG
Sinh viên thưc hiện: NGUYỄN XUÂN SƠN
Lớp : CĐ ĐTVT K_4


Hà Nội ,tháng 3 năm 2005
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨAVIỆTNAM
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỘC LẬP -TỰ DO-HẠNH PHÚC
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
1.Đầu đề thiết kế:


2.Các số liệu ban đầu:

3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
4.Các bản vẽ(Ghi số lượng và kích thước bản vẽ):
5.Cán bộ hướng dẫn:
Họ và tên cán bộ hướng dẫn

6.Ngày giao nhiệm vụ thiết kế……
2

7.Ngày hoàn thành nhiệm vụ:………
Ngày tháng năm 2005
CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI


Kết quả điểm đánh giá
-Quá trình thiết kế: Sinh viên đã hoàn thành và
nộp đồ án cho khoa
-Điểm duyệt :
-Điểm bảo vệ : Ngày tháng năm 2005
NGÀY THÁNG NĂM 2005



3
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SINH VIÊN
(Ký và ghi rõ họ tên)

NGUYỄN XUÂN SƠN
.

Lêi c¶m ¬n
Trong suốt quá trình học tập tại khoa ĐTVT-Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội,chúng em đã được quý thầy cô cung cấp và truyền đạt
4
các kiến thức chuyên môn cần thiết và quý giá.Bên cạnh đó chúng em
còn được rèn luyện thêm một tinh thần độc lập, sáng tạo trong học tập
cũng như trong công tác . Đây là vốn quý thiết thực cho công việc của
chúng em khi về công tác tại các cơ quan.
Đồ án tốt nghiệp này là sự tổng thể và áp dụng tất cả các kiến

thức mà chúng em đã được tiếp thu ở trên lớp và qua một quá trình
thực tế đi thực tập,cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình ,hết mình về thời
gian và công sức của thầy giáo hướng dẫn là ThS LÊ DŨNG.
Tuy nhiên ,do sự tiếp thu kiến thức của chúng em còn có những
hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót ,kính mong quý thầy cô
chiếu cố.Sự góp ý phê bình , đánh giá khả năng học tập đối với chúng
em của quý thấy cô là bài học kinh nghiệm quý giá cho chặng đường
tiếp theo của chúng em sau khi ra trường.
Là sinh viên ngành ĐTVT, được đào tạo tại một ngôi trường giàu
truyền thống là Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội,chúng em rất tự
hào về khoa mà mình đang theo học
,tự hào về những thầy cô,về sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ
thuật ,của sự ươm mầm cho tương lai đất nước Việt Nam nói riêng và
cho thế giới.
Một lần nữa ,chúng em xin chân thành cảm ơn công lao to lớn
của các thầy cô.Kính chúc các thầy cô mạnh khỏe ,tiếp tục truyền đạt
những kinh nghiệm ,những bài học cho các thế hệ sinh viên tương lai.
GIỚI THIỆU
Tin học là một trong các nghành khoa học đang phát triển tại
Việt Nam .Dù chưa có thời gian phát triển lâu như ở các nước khác
5
trên thế giới nhưng cũng đã có những đóng góp không nhỏ trong sự
phát triển chung của các lĩnh vực của đời sống.
Xu hướng phát triển hệ thống thông tin trên thế giới là xã hội
hóa thông tin ,thông tin mang tính toàn cầu .Thị trường tin học nước ta
cũng lớn mạnh theo ,rất nhiều công ty hàng đầu thế giới về tin học đã
mở rộng lĩnh vực hoạt động sang Việt Nam .Intel là một công ty hàng
đầu trong lĩnh vực sản xuất bộ vi xử lý máy tính đã đến Việt Nam để
mở rộng thị trường.Bộ vi xử lý Pentium của Intel hiện là bộ vi xử lý
được sử dụng rộng rãi nhất ,với rất nhiều ưu điểm và được tối ưu để

phục vụ cho công việc.
Hiên nay các thiết bị tin học ngày càng được các công ty công
sở cũng như người dân sử dụng,nhưng số người có hiểu biết về máy
tính chưa nhiều.Đồ án này của em trình bày những hiểu biết cơ bản về
máy vi tính dùng bộ vi xử lý Pentium nhằm mục đích đóng góp một
phần nhỏ nào đó trong việc tìm hiểu máy tính và vi xử lý Pentium.Do
thời gian tìm hiểu có hạn và khả năng nghiên cứu chưa được chuyên
sâu nên trong đồ án của em còn có nhiều thiếu sót về sự trình bày
cũng như kiến thức.
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Lời cảm ơn........................................................................5
Giới thiệu...........................................................................6
6
CHƯƠNG 1 Các thành phần cơ bản của máy tính cá nhân..9
1.1 Các loại hình máy tính cá nhân ................................9
1.2 Bộ nguồn...................................................................10
1.2.1 Nguồn cấp điện máy lớn................................10
1.2.2 Nguồn cấp điện cho máy tính xách tay..........15
1.3 Cấu trúc bản mạch chính..........................................21
1.3.1 Vi xử lý...........................................................21
1.3.2 ROM-BIOS.....................................................21
1.3.3 Các khe và ổ cắm..........................................22
CHƯƠNG 2 Vi xử lý Pentium...................................................28
2.1 Cấu trúc vi xử lý pentium.......................................28
2.1.1 Đặc điểm chung của pentium.........................28
2.1.2 Cấu trúc của pentium.....................................30
2.2 Cấu trúc hệ thống vi xử lý pentium........................36
2.2.1 Tài nguyên hệ thống ......................................36
2.2.2 Các thanh ghi quản lý bộ nhớ........................39
CHƯƠNG 3 Thiết bị điều khiển dữ liệu...................................40

3.1 Vi mạch tổng hợp cho pentium......................................40
3.2Vi mạch tổng hợp Intel 810 ………………………………40
3.3Vi mạch tổng hợp Super I/O……………………………...45
CHƯƠNG 4 Thiết bị thu nhận dữ liệu......................................47
4.1 Bàn phím……………………………………………………47
4.2 Con chuột…………………………………………………..48
CHƯƠNG 5 Thiết bị hiển thị dữ liệu
5.1 Những khái niệm cơ bản về màn hình………………….52
5.2 Màn hình ống tia âm cực …………………………………53
5.3 Màn hình tinh thể lỏng…………………………………….54
5.4 Màn hình Plasma………………………………………….56
5.6 Thiết bị chiếu hình vi cơ………………………………….56
5.5 Thẻ điều hợp hiển thị……………………………………..57
CHƯƠNG 6 Thiết bị lưu trữ dữ liệu…………………………….56
6.1 Đĩa từ……………………………………………………….56
6.1.1 Ổ đĩa mềm Đĩa mềm .............................................56
6.1.2 Ổ đĩa cứng……………………………………………60
7
6.1.3 Đĩa Bernouli…………………………………………..62
6.1.4 Cấu trúc vật lý và logic ……………........................64
6.1.5 Bộ điều khiển và các giao diện ổ đĩa từ ................65
6.2 Các loại thẻ nhớ……………………………………………69
6.3 Bộ nhớ trong………………………………………………..70
6.3.1 Cấu trúc vật lý ……………………………………….72
6.3.2 Cấu trúc logic và cách truy nhập …………………..75

CHƯƠNG 1 Các thành phần cơ bản của máy tính cá nhân
1.1. Các loại hình máy tính cá nhân:
Để đảm bảo tính tương thích ,cấu trúc phần cứng bên trong
của máy tính cá nhân về cơ bản là giống nhau .Vì thế chúng chỉ được

phân biệt theo hình dạng vật lý như sau:
8
• Loại để bàn (desktop),loại để bàn thu nhỏ (desktop slim-line)
• Loại đặt đứng (tower),loại đặt đứng nhỏ(mini tower)
• Loại xách tay(notebook).
• Loại bỏ túi (palmtop,palmpilot).
Loại để bàn được thiết kế để đặt được trên bàn làm việc .Đây
là loại hình máy tính phổ biến nhất .Một máy để bàn thường có kích
thước rộng:sâu:cao là 45:38:16 cm.Một loại máy tính để bàn khác có
kích thước nhỏ hơn là “desktop slim-line” có kích thước là 40:38:13
cm.Với loại máy này ,để cắm được bản mạch phụ ta cần thẻ gốc gọi
là” Riser”cắm vuông góc với bản mạch chính.
Loại máy đặt đứng thường đặt cạnh bàn làm việc hay bên
dưới .Loại này có ưu điểm không gian máy rộng thoáng ,tốt cho làm
nguội và mở rộng cấu hình.
Loại đặt đứng nhỏ thực chất là máy để bàn được đặt
đứng.Loại này có ưu điểm là tiết kiệm diện tích để máy,nhưng có
nhược điểm là thẻ mở rộng chuyển sang nằm song song với mặt bàn
làm việc,làm giảm đáng kể quá trình làm nguội máy bằng đối lưu.
Máy tính xách tay hiện đại (notebook) thường có kích thước
chuẩn của khổ A4.Loại này có tính năng hệt như một máy tính để bàn
thông thường và có một màn hình tinh thể lỏng.
Máy tính bỏ túi là một máy tính cá nhân hoàn chỉnh nhưng có
thiết kế nhỏ gọn và dung lượng bộ nhớ hạn chế.Một vài loại máy thuộc
họ này là Palmtop và Palmpilot.
1.2. Bộ nguồn:
1.2.1.Nguồn cấp điện máy lớn :
*Nhiệm vụ :
Bộ nguồn có chức năng chuyển điện xoay chiều AC 110-220V
AC thành 1 chiều DC :+5V(dây đỏ),-5V(dây trắng ),+12V(dây vàng ),--

12V(dây xanh),dây tiếp đất (dây đen ) để cung cấp cho các mạch điện
trong máy cũng như cho các thiết bị ngoại vi(Ổ CD-ROM,).
9
Nguồn điện là điều kiện cơ bản cho máy tính hoạt động nên
một bộ nguồn máy tính làm việc ổn định và cung cấp đủ công suất rất
quan trọng đối với một máy tính cá nhân .Tuỳ theo chủng loại và cấu
hình ,mỗi máy tính cá nhân cần công suất nguồn khác nhau.
Bảng so sánh một công suất nguồn của một số máy tính thông
dụng:
Máy XT AT Để bàn
(Desktop)
Để đứng
(Tower)
Côngsuất
(W)
135 220 150-200 200-450
Khi thiết kế card mở rộng ,hay trang bị thêm các chi tiết ngoại vi
khác ,ta cần lưu ý công suất tiêu thụ của máy tính không dược vượt
quá công suất nguồn cung cấp.
Để trang bị một bộ nguồn có công suất thích hợp ta cần tính
tổng công suất tiêu thụ của bản mạch chính và các thiết bị ngoại vi
cộng thêm 25-50% hệ số an toàn.
Bảng liệt kê những tham số công suất cơ bản của một vài chi tiết trong
máy tính:
Chi tiết Hiệu điện thế
(V)
Dòng điện tối
đa
(mA)
Giới hạn ổn

áp(%)
Bản mạch
chính
3,52
5,0
3000
4000
+2,5 đến-2,5
+5,0 đến -5,0
10
12
-12
25
25
+5,0 đến 5,0
+10,0 đến -9,0
Bàn phím 5,0 275 +5,0 đến -5,0
chuột 5,0 300 +5,0 đến -5,0
Khe căm
ISA(1khe)
5,0
-5,0
12
-12
4500
200
1500
300
+5,0 đến -5,0
+5,0 đến -5,0

+5,0 đến -5,0
+5,0 đến -5,0
Khe cắm PCI +5,0
+3,52
5000
5000
+5,0 đến _4,0
+5,0 đến -1,2
ổ đĩa mềm +5,0 500 5,0 đến -5,0
Ổ đĩa cứng +5,0 750 5,0 đến -5,0
Bộ nguồn được chia theo nguyên tắc hoạt động thành 2 loại:
-Bộ nguồn tuyến tính .
-Bộ ổn áp ngắt.
Bộ nguồn tuyến tính :
Bộ nguồn cổ điển bao gồm một biến thế để hạ điện áp ,một
mạch nắn dòng(Dùng 4 điode công suất ) và một hoặc nhiều bộ ổn
định điện áp (có thể đổi 12V thành 5V).Do chuyển điện thế tần số
thấp (50-60Hz),nên biến thế của bộ nguồn tuyến tính rất lớn,năng
lượng điện bị thất thoát dưới dạng nhiệt nhiều.Vì bộ ổn định hiệu
điện thế làm việc theo nguyên tắc tuyến tính ,năng lượng thất thoát
dưới dạng nhiệt gây nóng máy và hao tốn điện.
Những nhược điểm trên khiến bộ nguồn tuyến tính ngày nay
hầu như không tồn tại trong máy tính cá nhân .Chúng được thay
thế bởi bộ nguồn ưu việt hơn :Bộ ổn áp ngắt.
11
Bộ ổn áp ngắt (Switching Regulator):
Là một bộ nguồn rất nhẹ và có hiệu suất cao .Năng lượng
điện được điều tiết theo nguyên tắc đóng mở.Bộ ổn áp ngắt tiết
kiệm nhiều năng lượng hơn bộ nguồn tuyến tính..Chúng có nhược
điểm là rất khó tìm ra hỏng hóc để sửa chữa .Trong bộ ổn áp ngắt

dòng điện xoay chiều AC (Alternative Current) được chỉnh lưu ngay
thành dòng cao thế .Tiếp đó dòng 1 chiều này được ngắt mở với
tần số cao(20-40 Khz).Một nguồn cao tần và một vài transistor năng
suất đảm nhận việc ngắt dòng với tần ssố cao.Dòng cao thế cao tần
này sau đó được đưa vào biến thế để hạ xuống điện thế làm việc.
Biến thế này nhỏ hơn rất nhiều so với biến thế tần số thấp
.Do công suất nguồn được hiệu chỉnh theo phương pháp điều biên
chiều rộng xung PWM(Pulse-Width Modulation) nên năng lượng
điện thất thoát cũng nhỏ hơn rất nhiều.
Bộ nguồn máy tính cần thoả mãn các điều kiện sau:
-Ổn định:Bộ nguồn cần có đủ công suất cung cấp điện thế ổn định
cho máy tính trong thời gian dài.Bộ nguồn không ổn định có thể gây
lỗi trong các thiết bị ngoại vi khác
(Ví dụ:Nguồn điện không ổn định có thể làm máy tính hoạt động
không chính xác gây ra lỗi ổ đĩa cứng )
Làm nguội tốt :Bộ nguồn tốt không chỉ cung cấp điện cho
máy ,quạt gió của bộ nguồn còn là thiết bị làm mát chính cho toàn bộ
máy vi tính.Quạt thông gió làm việc ổn định giúp linh kiện máy không
quá nóng.
12
Hiệu suất cao:Bộ nguồn trong máy tính hiện đại được trang bị
bộ logic điều khiển thông minh, đưa máy vào trạng thái nghỉ chờ
(Standby) khi không được sử dụng.Khi máy tính trong trạng thái
Standby thì tất cả các linh kiện máy đều giảm đến mức tối thiểu điện
năng tiêu thụ.Khả năng này giúp máy tính tiết kiệm được môt lượng
điện năng đáng kể.
Khả năng mở rộng:Bộ nguồn cần có đủ công suất khi lắp thêm
các thiết bị mới vào máy.Bộ nguồn máy tính các nhân cung cấp cho bo
mạch chính những mức điện thế sau:
+5V:Dây dẫn thường có màu dỏ .Nó được hầu hết các vi

mạch ,cárd cắm sử dụng .
+12V:Là điện thế dung cho động cơ ổ đĩa cứng và các thiét
bị như ổ CD, ổ đĩa mềm…Điện thế này không được bo mạch chính
sử dụng nhưng được nối đến khe cắm ISA cho card cắm.Dây dẫn
nay thường có màu vàng.
-5V và -12V:Những điện thế này được các vi mạch thế hệ cũ
dùng đến.Bộ nguồn cung cấp điện thế âm vì lí do tương thích,máy tính
hiện đại không dùng đến .Vì ít được sử dụng điện thế âm thường
được thiết kế với dòng thấp.
-+3,3V:Vi xử lý hiện đại (họ 486 hay Pentium) được sản xuất
theo công nghệ mới nên cần điện thế làm việc thấp hơn các thế hệ
cũ.Những vi mạch này làm việc ở điện thế +3,3V hay 2,8V.Một số bản
mạch chính cấy thêm vi mạch hạ thế để cung cấp nguồn từ nguồn
5V.Nhược điểm của vi mạch hạ thế làm tăng thêm nguồn nhiệt trên
13
bản mạch chính.Bộ nguồn của cấu hình chuẩn mới ATX(AT Extended)
quy định điện thế 3,3V đến trực tiếp từ bộ nguồn.
Bộ nguồn thông minh đưa tín hiệu nguồn sẵn sàng (power
good) về bản mạch chính khi đóng mạch máy.Bản mạch chính chỉ bắt
đầu làm việc khi nhận được tín hiệu này .Tín hiệu này trở về trạng thái
thụ động khi mất điện ,quay trở lại tích cực khi có điện trở lại .Vì vậy
máy tính sẽ tự khởi động lại khi bị mất điện một thời gian ngắn .Một số
bộ nguồn thông minh tắt hẳn máy khi mất điện. Để khởi động lại người
dùng ngắt công tắc khoảng 15s sau đó bật máy trở lại .
Bộ nguồn thông minh còn cho phép phần mềm quản lý
nó.Tín hiệu ngắt điện (Power off) đến từ bản mạch chính khiến bộ
nguồn tự ngắt điện.Bộ nguồn này có một dây 5V đợi (5V Standby) để
cung cấp cho một số vi mạch của bản mạch chính khi đã tắt hệ
thống(Turn off).
Bản mạch chính chuẩn AT hay Baby AT có 2 ổ cắm sáu chân

để nối với bộ nguồn.Nhược điểm của 2 ổ cắm này là chúng hoàn toàn
giống nhau,tráo nhầm 2 ổ cắm này sẽ làm cháy bản mạch.Khi cắm 2 ổ
cắm này ta chú ý 4 dây đen nằm chính giữa.
Bộ nguồn trong hộp máy chính là nơi cung cấp năng lượng cho
hầu như toàn bộ máy .Bộ nguồn được thiết kế gồm có:
-Bộ biến thế tự ngẫu.
-Bộ chuyển điện AC-DC(nắn điện).
-Quạt giải nhiệt.
-Ổ cắm cho màn hình .
-Ổ cắm điện cho bộ nguồn.
14
-Cầu chì bảo vệ .
-Các đầu cáp xuất điện 1 chiều để cấp điện cho các Main, ổ đĩa
mềm, ổ đĩa cứng…
1.2.2. Nguồn cấp điện cho máy tính xách tay:
Năm 1996 nguồn cho máy tính xách tay là pin Nickel
-Cadimium(niCad).Những kim loại này có nhiều nhược điểm vừa độc
hại vừa it điện lại phải xả hết điện trước khi nạp.Ngày nay pin loaii này
hầu như biến mất .
Loại pin NIMH (Nickel-Metal Hybrid ) đỡ ảnh hưởng môi trường
hơn và cho điện lượng cao hơn .Năm 1998 xuất hiện loại pin Li-ion
(lithium-Ion),có thời gian làm việc lâu hơn nhẹ hơn và không cần xả
hết điện trước khi nạp.
Năm 1999 trên thị trường xuất hiện loại pin mới Li-polymer .Pin
này có mật độ điện tích cao hơn rất nhiều so với Li -ion.Thay vì dùng
điện môi là chất lỏng như các loại pin khác thì Li- polymer dùng điện
môi dạng rắn hay ghép giữa các điên cực.
Công nghê ZINC-AIR (Kẽm -không khí ) cũng là một công nghệ
có thể cạnh tranh với pin Li-Polymer.Pin này có tỷ lệ năng lượng /khối
cao hơn các loại pin khác ,nhưng có nhược điểm là có kích thước lớn.

1.3.Cấu trúc bản mạch chính
Đa số các bản mạch chính hiện đại tối thiểu phải có các bộ
phận chủ yếu sau:
-Bộ Vi xử lý CPU( Central Processing Unit).
-ROM BIOS(Flash Rom).
-Đế cắm/Khe cắm
-Các phương thức truy nhập các vi mạch ngoại vi trên BMC
Bản mạch chính chứa đựng những linh kiện điện tử và những
chi tiết quan trọng nhất của một máy tính cá nhân như bộ vi xử lý
CPU,hệ thống bus,các vi mạch hỗ trợ…Bản mạch chính là nơi lưu trữ
15
các đường nối giữa các vi mạch, đặc biệt là hệ thống bú.Vì vậy,bản
mạch chính càc thoả mãn các điều kiện về cấu trcs và đặc tính điện
khắt khe như: gọn,nhỏ ,và ổn định với nhiễu từ bên ngoài .Cũng như
nhiều loại máy điện , điện tử khác bản mạch chính và vỏ máy tính phải
tuân thủ theo các quy định quốc gia về an toàn điện ,an toàn nhiễu từ
(đặc biệt do dải tần số làm việc của 0máy tính nằm trong dải tần song
viba nên rất dễ gây nghiễu cho các thiết bị khác .
Bản mạch chính được sản xuất bằng công nghệ mạch in (PCB-
Printed Circuit Board) do số chân nối của vi mạch ngày càng nhiều
(Pentium có 273 chân ,Pentium III có 370 chân ,loại Pentium mới nhất
có 775 chân )nên số lượng dây dẫn trên bản mạch ngày càng lớn
khiến diện tích bản mạch cũng tăng theo.Số chân nối và độ phức tạp
gia tăng khiến việc thiết kế bản mạch thêm khó khăn. Để giải quyết
vấn đề này ,người ta dùng mạch in nhiều lớp (Multi-Layer_PCB) cho
máy tính hiện đại.Bản mạch chính được sản xuất theo lối xếp chồng
(Sandwich) tương tự công nghệ chế tạo vi mạch ,nhờ đó bản mạch có
nhiều lớp dây dẫn giảm đáng kể diện tích bề mặt.Các hãng sản xuất
vi mạch có công nghệ chế tạo hướng dẫn xắp xếp dây dẫn cho mỗi vi
mạch của họ .Các công nghệ góp phần làm giảm nhẹ chi phí thiết kế

bản mạch chính. Bản mạch chính hiện đại có 4 ->6 lớp dây dẫn .Một
công nghệ nữa góp phần thu nhỏ kích thước bản mạch chính là công
nghệ dán chi tiết SMT.Công nghệ này cho phép dán trực tiếp vi mạch
clên bản mạch chính.Giảm bớt công đoạn khoan bản mạch và giảm
đáng kể kích thước vỏ vi mạch.
16
Miêu tả cấu trúc của một bản mạch 4lớp .mọi lớp tín hiệu cần
có điện trở từ 60 ohm đến 90ohm.Chiều dày của bản mạch chính 4 lớp
là 1,5 mm.
Nếu bản mạch phức tạp ta cần nhiều lớp hơn nữa . Để tránh
nhiễu điện từ dây dẫn nhiều lớp ,lớp thứ nhất và thứ thứ hai cần chạy
vuông góc với nhau .Công nghệ bản mạch nhiều tầng cùng với các vi
mạch tổng hợp (chipset) góp phần giảm nhẹ tối thiểu chi tiết trên bản
mạch chính và bản thân kích thước bản mạch chính . Điều này có
nhiều lợi điểm khi cần thiết kế những máy tính gọn nhẹ(Xách tay hoặc
bỏ túi) nhưng có nhược điểm về quản lý nhiệt.Kích thước máy càng
nhỏ trong khi tần số làm việc cao dẫn đến nhiệt độ của máy khi làm
việc ngày càng cao .Quản lý nhịêt độ làm việc của bộ vi xử lý nói riêng
và của máy tính nói chung là một vấn đề nan giải hiện khi thiết kế một
máy tính cá nhân.
Bản mạch chính của máy tính cá nhân cổ điển tuân theo chuẩn
kích thước 12 inch.Các bản mạch chính trong máy tính hiện đại tuân
theo một trong các chuẩn sau:
*Chuẩn BAT(Baby AT) : giảm kích thước của bản mạch chính
xuống còn 22,9 cm chiều rộng và 25,4 cm chiều dài. Ổ cắm vi xử lý
nằm ở phía trước máy,các card cắm mở rộng sẽ nằm phía trên bộ xử
lý.Bản mạch chính BAT cần có bộ hạ thế để cung cấp nguồn 3,3 V cho
vi xử lý.
*Chuẩn ATX ra đời năm 1996 rộng 30,5 cm và dài 24,4 cm
.Loại mini ATX rộng 28,5 và dài 20,8 cm.Chuẩn này đặt ổ cắm vi xử lý

bên trái khe cắm bus mở rộng. ATX quy định giao diện nguồn mới cho
17
phép máy tắt và mở nguồn bằng phần mềm. Điện thế 3,3V đến trực
tiếp từ bộ nguồn.Giao diện nối tiếp ,song song ,bàn phím và chuột
được gắn trực tiếp trên bo mạch chính.
*Micro ATX Là chuẩn mới của Intel .Dài và rộng 24,4 cm.Vị trí
các ổ cắm giao diện giống như ATX khiến bản mạch Micro ATX có thể
lắp trong vỏ máy ATX.Micro ATX chỉ có 4 khe cắm mở rộng thay vì 7
khe như ATX.
*Chuẩn LPX là một kiểu BAT đặc biệt .Chuẩn này dùng trong
máy “Slim Line”và có bus mở rộng nằm trên card cắm “Riser”.
*Chuẩn NLX của Intel ra đời năm 1997 rộng 22,4 cm dài
33cm.Khe cắm mở rộng ,bộ nguồn ổ cắm ngoại vi đều nằm trong Card
cắm “Riser” ,Cắm tại một bên máy.Bản mạch chính Nlx có khe cắm
card điêù hợp hiển thị tăng tốc AGP.
Bản mạch chính các máy tính hiện đại đều thiết kế theo những
nguyên tắc sau:
-Linh kiện hay được thay đổi (RAM,Bộ xử lý,card điều hợp hiển
thị) được cắm vào các khe và ổ cắm trên bản mạch chính.
-Linh kiện không hay dùng (card SCSI ,card mạng) không được
cấy lên bản mạch chính.
18
Vi xử lý
Đồng xử lý
L1 Cahe
CPU Internal bus (64 bit)
Buffer Dram
Điều
khiển
Ram

Cache
L2
Cache
In/Out PCI bus (32bit)
Điều
khiển
(ISA,DM
A,
IRQ,CM
OS)
Điều
khiển
IDE
Điều
khiển
Hiển thị
ISA,PCI
Slot
Cổng bàn
phím,
chuột
Hdd,CD
VGA
port
Điều
khiển
vào ra
COM
LPT FDD
In/Out ISA bus (16 bit)

Cổng hồng
ngoại
19
Hình 1.
1.3.1 Vi xử lý
Trái tim của bản mạch chính là bộ vi xử lý .Cho đến ngày nay,bộ
vi xử lý được coi là sản phẩm nhân tạo phát triển nhanh nhất và có vai
trò quan trọng nhất của lịch sử loài người .
Pentium là tên họ vi mạch có từ 8086.Cấu trúc Pentium là một
bước phát triển mới từ Intel 486.Pentium có 3,3 triệu transistor ,bus
bên trong rộng 64 bit bus bên ngoài là 32 bit,làm việc với điện thế 3,3
V ,có 8 Kbyte bộ đệm cache sơ cấp L1.
Pentium Pro xuất hiên năm 1995 có 5,5 triệu transistor,có thêm
bộ đệm thứ cấp L2 .Cấu trúc của Pentium Pro tối ưu hóa cho xử lý 32
bit.
Pentium MMX xuất hiện năm 1997,là một vi xử lý mới của Intel
tăng sức mạnh cho xử lý video và âm thanh.
Pentium II xuất hiện năm 1997 phối hợp khả năng DIB (dual
independent bus) của Pentium Pro) với khả năng MMX trên Pentium
MMX trên một vi mạch duy nhất.
Pentium III là thế hệ vi xử lý mới của Intel sau Pentium II,xuất
hiên trên thị trường năm 1999.Pentium III có cấu trúc không thay đổi gì
so với Pentium II nhưng có thêm 70 lệnh mới dùng để tăng sức mạnh
cho vi xử lý.
1.3.1.ROM BIOS:
Bất cứ bản mạch chủ nào cũng có một vi mạch Rom (Read
only memory) nhỏ.Vi mạch này chứa đựng chương trình hệ điều
20
hành cơ sơ vào ra của bo mạch chính BIOS(Báic Input/Output
Sýtem).Những chương trình này cần thiết để khởi động máy và cài

đặt chế độ làm việc cơ sở cho các thiết bị ngoại vi.Ta thường gặp
Flash Bíos trên bản mạch một máy tínhhiện đại.Flash Bios dung
EEPROM và có khả năng được nạp lại,nội dung BIOS của máy tính
có htể được thay thế dễ dàng để tương thích với các linh kiện và
card cắm mới .Bios gồm nhiều chương trình và hàm.Phần đầu của
chương trình BIOS kiểm tra hệ thống máy tính,quá trình này được
gọi là Post nếu các card cắm thông minh có khả năng “cắm là chạy”
thì giai đoạn này chính là lúc máy tính truy nhập tham số của các
card.BIOS cũng cho phép truy nhập chương trình BIOS-Setup để
người sử dụng tự chỉnh tham số các thiết bị ngoại vi.
Sau khi các bước kiểm tra không báo lỗi ,BIOS sẽ tìm cách
khởi động máy và nạp hệ điều hành từ ổ cứng .
Nếu không được ,nó sẽ tìm cách đọc ổ CD và sau đó sẽ tìm đọc ổ
đĩa mềm.Thứ tự tìm Hệ điều hành này có rthể thay dổi bằng chương trình
BIOS SETUP.Các Hệ điêu hành hiện đại 32 Bit không cần đến hàm của BIOS.
1.3.2.Các khe và ổ cắm:
Khe cắm vi xử lý có dạng hình vuông ZIF hoặc SEC (cho
Pentium II).
Khe cắm bộ nhớ ,có dạng SIMM (single inline memory modul-
khe cắm bộ nhớ đơn hàng ) và DIMM (dual inline memory modul-khe
cắm bộ nhớ hàng kép).SIMM phải cắm theo đôi,DiMM có thể được
cắm riêng rẽ.Năm 2000 xuất hiện loại khe cắm bộ nhớ RIMM (rambus
inline memory modul) cho bộ nhớ Rambus.Bộ nhớ Rambus cho phép
truy nhập dữ liệu với tần số 800 Mhz.
21
Khe cắm bộ nhớ cache :trên mọi bản mạch chính đêu có bộ
đệm cache hay khe cắm dành cho nó.Bản mạch chính cho Pentium
Pro và Pentium II và Pentium III.
Bản mạch chính có một hoặc nhiều ổ hay khe cắm dành cho bộ vi
xử lý.Bản mạch hay gạp nhất trong máy tính cá nhân rẻ tiền có một

ổ cắm bộ vi xử lý.Máy chủ hay Workstation có thể có nhiều hơn 2
bộ vi xử lý .Vi xử lý thế hệ Pentium II và một số vi xử lý thế hệ
Pentium III được giữ trong khe cắm loại 1.Các đời Pentium IV
được giữ trong đế cắm hình vuông .Các khe cắm vuông có tên
chung là khe cắm ZIF.Ổ cắm này được định vị các chân vi mạch
bằng một một cần kéo bên cạnh đế.Chân vi mạch được siêt chặt
vào vị trí làm việc.Ổ cắm này giúp lắp vi mạch an toàn,không cần
tác dụng lực,tránh nguy cơ chân vi mạch bị gãy hoặc uốn cong.
1.3.2.1. Khe cắm bộ nhớ :
Phần lớn bản mạch chính ngày nay có từ 2 đến 8 khe cắm
cho thanh bộ nhớ.Có 2 loại ckhe cắm phổ biến là SIMM và DIMM
.Khe cắm bộ nhớ trên bản mạch chính được đánh số từ thấp lên
cao.Phần lớn các bản mạch chính cho Pentium đòi hỏi phai cắm
SIMM theo đôi ,DIMM có thể được cắm riêng rẽ.Vi mạch Chipset
trên bản mạch chính quy định số thanh cắm tối đa bộ nhớ .
Từ năm 2000 công nghệ RAMBUS và khe cắm RIMM
(rambus inline memory modul) ra đời.Bộ nhớ rambus cho phép truy
nhập dữ liệu với tần số tối đa 800 Mhz.Tần số nay có thể tăng đến
1,6 Ghz trong tương lai.
22
1.3.2.2. Khe cắm bộ nhớ đệm Cache:
. Mọi bản mạch chính cho Intel 486 hay họ Pentium đều cấy
bộ đệm bộ đệm cache thứ cấp hay có một khe cắm dành cho nó
.Cache thường có kích thước 128 Kb hay 512 Kb.Cac bộ đệm
cache kích thước 1MB hay 2 MB cũng bắt đầu xuât hiện trên thị
trường.Bản mạch chính cho Pentium Pro hay Pentium II và một số
chip Pentium III không cần bộ đệm cache thứ cấp vì nó được cấy
trực tiếp trong vi mạch (Pentium Pro) hoặc cấy lai (Hybride)trong
trong card vi mạch (Pentium II.,III).
1.3.2.3. Khe cắm bus mở rộng :

Mọi bản mạch chính đều có một hoặc nhiều Bus mở rộng .Những
khe cắm này cho phép mở rộng hệ thống máy tính.Các loai khe cắm
bus mở rộng trong máy tính cá nhân:
Khe cắm ISA(Industry Standard Architecture):có trong máy tính
loại cũ là bus chuẩn cổ nhất và chậm nhất .Khe cắm này dành cho các
card cắm không đòi hỏi tốc độ cao.
VD:Card âm thanh cắm khe ISA không đòi hỏi tốc độ cao
như là card Yamaha 719.
Theo quy định PC99,khe cắm ISA sẽ biến mất khỏi máy vi tính
sau năm 1999.
Khe cắm PCI(Peripheral Component Interconnect) xuất hiện
trên bản mạch chính từ khi có Intelk 486 trên thị trươngf.Khe cắm này
thương có màu trắng ngắn hơn khe ISA,có từ2 dến 7 khe PCI.PCI là
bus cao tốc thường được dung cho card điều hợp hiển thị ,card điều
khiển ổ cứng ,card mạng.
23
Khe cắm AGP(Arcelerated Graphics Port) không thực sự là một
bus mở rộng .Bản mạch chính chỉ có một khe cắm AGP duy nhất được
dành cho card điều hợp hiển thị cực nhanh .Vi xử lý của card điều hợp
hiển thị được phép truy nhập trực tiếp bộ nhứ hệ thống thong qua giao
diện AGP .Khe cắm này có hình dạng tương tự PCI,điểm khác duy
nhất là nó thường có màu nâu và nằm xa vỏ máy hơn khe cắm PCI.
Khe cắm VESA hay VLB(VESA Local Bus) còn gọi là bus cục
bộ,có mặt trên các bản mạch chính loại cũ dành cho Vi xử lý 486.Bus
này ngày nay hầu như không có mặt trên máy tính mà nhường chỗ
cho PCI.Khe cắm VLB có hình dạng giống như ISA nhưng có thêm 2
khe cắm bổ sung ở phía sau.
Một số bản mạch chính có cấu trúc ghép cho phép ghép ISA
trên PCI.Khe cắm ISA và PCI thường được thiết kế gần nhau .
1.3.2.4. Ổ cắm nguồn:

Bản mạch chính có ổ cắm cho nguồn điện chuẩn thiết kế cho
bản mạch mới ATX dùng một ổ cắm nguồn 20 chân duy nhất ;Các loại
bản mạch nguồn khác đều dùng một đôi ổ cắm 6 chân.
Ổ cắm nguồn bản mạch thường nằm phía sau bên phải bản
mạch chính,gần bộ nguồn.
1.3.2.5. Ổ cắm bàn phím và chuột:
Hình dạng ổ cắm chuột và bàn phímphụ thuộc vào loại và kích
thước bản mạch chính.Có 2 loại ổ cắm cơ bản:
Máy tính đời cũ (Đời AT) dùng ổ cắm bàn phím DIN 5 chân
vàd không có ổ cắm chuột riêng.Chuột được nối với giao diện tuần tự
của máy(COM Port).
24
Máy tính đời mới dùng chuẩn ATX,LPX hay NTX dùng ổ cắm
mini DIN 6 chân dành riêng cho bàn phím và chuột PS/2.
Các bản mạch chính hiện đại thường có một vi mạch tổng
hợp Super I/O điều khiển giao diện song song ,giao diện tuần tự,giao
diện bàn phím và giao diện chuột.
1.3.2.6. Ổ cắm giao diện ngoại vi:
Ổ cắm giao diện ngoại vi được nối bản mạch chính của máy
tính với các thiết bị ngoại vi cắm ngoài hoặc cắm trong.Bản mạch
chính chuẩn ÃT không những chỉ có ổ cắm bàn phím và chuột mà còn
có cả ổ cắm giao diện ssong và tuần tự ở nagy phía sau máy.Những ổ
cắm Sub-D 25-29 chân không nằm trực tiếp trên bản mạch chính.Giao
diện song song và tuần tự trên bản mạch chính có dạng đầu cắm
Header được nối với 2 loại ổ cắm này thong qua một một cáp riêng
.Những giao diện sau thường có mặt trên bản mạch chính:
-Hai đầu cắm giao diện tuần tự có 9 hoặc 10 chân(chỉ có 9
chân được dùng ).
-Một đầu cắm giao diện sông song 26 chân.
-Một đầu cắm chuột PS/2 5 chân )nếu ổ cắm không có sẵn trên

bản mạch chính.
-Hai đầu cắm bus tuần tự đa năng USB .Ổ cắm này có thể
được lắp thêm.
-Một đầu cắm giao diện hồng ngoại IR (Infrared) 4 hoặc 5 chân
cho phép nối với cổng giao diện không dây.Cổng này thường gặp
trong máy tinhds xách tay.
25