BÁO CÁO HỌC PHẦN: CẤU TRÚC VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG MÁY TÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – HẬU CẦN CAND
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


BÁO CÁO
HỌC PHẦN: CẤU

TRÚC VÀ BẢO TRÌ

HỆ THỐNG MÁY

TÍNH

Học viên thực hiện:

Bắc Ninh, năm 2018


MỤC LỤC
1. TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH..............1
1.1. Máy tính là gì?............................................................................................1
1.1.1. Khái niệm..............................................................................................1
1.1.2. Các nguyên lý cơ bản của máy tính......................................................1
1.2. Chương trình máy tính................................................................................3
1.2.1. Khái niệm..............................................................................................3
1.2.2. Chức năng của chương trình máy tính.................................................3
2. KIẾN TRÚC MÁY TÍNH.................................................................................5
2.1. Kiến trúc tập lệnh........................................................................................6
2.1.1. Khái niệm..............................................................................................6
2.1.2. Quá trình kiến trúc tập lệnh..................................................................6
2.2. Vi kiến trúc (vi xử lý)..................................................................................8

3. THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA MÁY TÍNH......................................................8
3.1. CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm).................................9
3.2. Bo mạch chủ (mainboard/motherboard):....................................................9
3.3. Bộ nhớ RAM (Random Access Memory).................................................10
3.4. Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD)......................................................11
3.5. Ổ đĩa quang (CD, DVD)...........................................................................13
3.6. Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card)....................................13
3.7. Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU).....................................................14
3.8. Màn hình máy tính (Monitor):..................................................................15
3.9. Bàn phím máy tính (Keyboard):...............................................................16
3.10. Chuột (Mouse):.......................................................................................16
3.11. Thùng máy (Case):..................................................................................16
3.12. Máy in:....................................................................................................16
4. CÁC THẾ HỆ MÁY TÍNH.............................................................................16
4.1. Thế hệ đầu tiên (1938-1953): Dòng đèn điện tử.......................................17
4.2. Thế hệ thứ hai (1952-1963): Dòng Transistar...........................................18
4.3. Thế hệ thứ ba (1962-1975): Dòng IC........................................................19
4.4. Thế hệ thứ tư (1972-19??): Dòng IC tích hợp cao (dòng máy chúng ta
đang sử dụng)...................................................................................................21
4.5. Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC..............................22


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Một ví dụ về chương trình máy tính...................................................4
Hình 3.1. CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm)........................9
Hình 3.2. Bo mạch chủ (mainboard/motherboard)..........................................10
Hình 3.3. Bộ nhớ RAM (Random Access Memory)........................................11
Hình 3.4. Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD).............................................12
Hình 3.5. Ổ đĩa quang (CD, DVD)..................................................................13
Hình 3.6. Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card)...........................14

Hình 3.7. Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU)............................................15
Hình 4.1. Thế hệ đầu tiên: Dòng đèn điện tử...................................................17
Hình 4.2. Thế hệ thứ hai: Dòng Transistar.......................................................19
Hình 4.3. Thế hệ thứ ba: Dòng IC....................................................................20
Hình 4.4. Thế hệ thứ tư: Dòng IC tích hợp cao................................................21
Hình 4.5. Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC.....................22


1. Tổng quan về máy tính và chương trình máy tính
1.1. Máy tính là gì?
1.1.1. Khái niệm
Máy tính (còn gọi là máy vi tính hay máy điện toán) là một thiết bị hay
một hệ thống điện tử cho phép lưu trữ và xử lý thông tin tự động. Thông tin lưu
trữ trên máy tính là thông tin số hoặc biểu diễn dưới dạng quy luật logic. Hoạt
động của máy tính được điều khiển bằng một phần mềm gọi là hệ điều hành.
Máy tính được lắp ghép bởi các thành phần có thể thực hiện các chức
năng đơn giản đã định nghĩa trước. Quá trình tác động tương hỗ phức tạp của
các thành phần này tạo cho máy tính một khả năng xử lý thông tin. Nếu được
thiết lập chính xác (thông thường bởi các chương trình máy tính) máy tính có
thể mô phỏng lại một số khía cạnh của một vấn đề hay của một hệ thống. Trong
trường hợp này, khi được cung cấp một bộ dữ liệu thích hợp nó có thể tự động
giải quyết vấn đề hay dự đoán trước sự thay đổi của hệ thống.
Từ “máy tính” (computers), đầu tiên, được dùng cho những người tính
toán số học, có hoặc không có sự trợ giúp của máy móc, nhưng hiện nay nó
hoàn toàn có nghĩa là một loại máy móc. Đầu tiên máy tính chỉ giải các bài toán
số học, nhưng máy tính hiện đại làm được nhiều hơn thế. Máy tính có thể mua ở
Anh đầu tiên là máy Ferranti Mark 1 Star sản xuất năm 1951 theo đề cương
“bé”.
Đến những năm 1990, khái niệm máy tính đã thực sự tách rời khỏi khái
niệm điện toán và trở thành một ngành khoa học riêng biệt với nhiều lĩnh vực đa

dạng và khái niệm hơn hẳn ngành điện toán thông thường và được gọi là công
nghệ thông tin. Tuy vậy đến ngày nay, một số người vẫn còn nhầm lẫn giữa hai
khái niệm điện toán và công nghệ thông tin.
1.1.2. Các nguyên lý cơ bản của máy tính
Máy tính có thể làm việc thông qua sự chuyển động của các bộ phận cơ
khí, điện tử (electron), photon, hạt lượng tử hay các hiện tượng vật lý khác đã
1


biết. Mặc dù máy tính được xây dựng từ nhiều công nghệ khác nhau song gần
như tất cả các máy tính hiện nay đều là máy tính điện tử. Máy tính có thể trực
tiếp mô hình hóa các vấn đề cần được giải quyết, trong khả năng của nó các vấn
đề cần được giải quyết sẽ được mô phỏng gần giống nhất với những hiện tượng
vật lý đang khai thác. Ví dụ, dòng chuyển động của các điện tử có thể được sử
dụng để mô hình hóa sự chuyển động của nước trong đập. Những chiếc máy tính
tương tự (analog computer) giống như thế đã rất phổ biến trong thập niên 1960
nhưng hiện nay còn rất ít.
Trong phần lớn các máy tính ngày nay, trước hết, mọi vấn đề sẽ được
chuyển thành các yếu tố toán học bằng cách diễn tả mọi thông tin liên quan
thành các số theo hệ nhị phân (hệ thống đếm dựa trên các số 0 và 1 hay còn gọi
là hệ đếm cơ số 2). Sau đó, mọi tính toán trên các thông tin này được tính toán
bằng đại số Boole (Boolean algebra). Các mạch điện tử được sử dụng để miêu tả
các phép tính Bool. Vì phần lớn các phép tính toán học có thể chuyển thành các
phép tính Bool nên máy tính điện tử đủ nhanh để xử lý phần lớn các vấn đề toán
học (và phần lớn thông tin của vấn đề cần giải quyết đã được chuyển thành các
vấn đề toán học). Ý tưởng cơ bản này, được nhận biết và nghiên cứu bởi Claude
E. Shannon – người đã làm cho máy tính kỹ thuật số (digital computer) hiện đại
trở thành hiện thực. Máy tính không thể giải quyết tất cả mọi vấn đề của toán
học. Alan Turing đã sáng tạo ra khoa học lý thuyết máy tính trong đó đề cập tới
những vấn đề mà máy tính có thể hay không thể giải quyết. Khi máy tính kết

thúc tính toán một vấn đề, kết quả của nó được hiển thị cho người sử dụng thấy
thông qua thiết bị xuất như: bóng đèn, màn hình, máy in…
Những người mới sử dụng máy tính, đặc biệt là trẻ em, thường cảm thấy
khó hiểu về ý tưởng cơ bản là máy tính chỉ là một cái máy, nó không thể “suy
nghĩ” hay “hiểu” những gì nó hiển thị. Máy tính chỉ đơn giản thi hành các tìm
kiếm cơ khí trên các bảng màu và đường thẳng đã lập trình trước, rồi sau đó
thông qua các thiết bị đầu ra (màn hình, máy in,…) chuyển đổi chúng thành
những ký hiệu mà con người có thể cảm nhận được thông qua các giác quan
2


(hình ảnh trên màn hình, chữ trên văn bản được in ra). Chỉ có bộ não của con
người mỡi nhận thức được những ký hiệu này tạo thành các chữ hay số và gắn ý
nghĩa cho chúng. Trong quan điểm của máy tính thì mọi thứ mà nó “nhận thấy”
(kể cả khi máy tính được coi là có khả năng tự nhận biết) chỉ là các hạt electron
tương đương với các số 0 và 1.
1.2. Chương trình máy tính
1.2.1. Khái niệm
Chương trình máy tính là một tập hợp các hướng dẫn cho việc thực hiện nhiệm
vụ của một máy tính. Một máy tính đòi hỏi các chương trình phải hoạt động và
thường thực hiện các lệnh chương trình ở bộ phận xử lý trung tâm. Một chương
trình máy tính được viết bằng một ngôn ngữ lập trình.
Một số ví dụ về các chương trình máy tính:
Một trình duyệt web như Mozilla Firefox và Apple Safari có thể được sử dụng
để xem các trang web trên internet.
Một bộ phần mềm văn phòng có thể được sử dụng để viết các tài liệu hoặc bảng
tính.
Trò chơi video là những chương trình máy tính.
Một chương trình máy tính được lưu như một tập tin trên ổ cứng máy tính. Khi
người dùng chạy các chương trình, các tập tin được đọc bởi máy tính và các bộ

xử lý đọc dữ liệu trong tập tin như là một danh sách các hướng dẫn. Sau đó, các
máy tính làm những gì chương trình cho phép nó làm.
Một chương trình máy tính được viết bởi một lập trình viên. Các lập trình viên
phải viết một chương trình mà máy tính có thể đọc được, vì vậy các chương
trình đó phải được viết bằng một ngôn ngữ lập trình, chẳng hạn như BASIC, C,
Java. Một khi nó được viết, các lập trình viên sử dụng một trình biên dịch để
biến nó thành một ngôn ngữ mà máy tính có thể hiểu được.
Ngoài ra còn có các chương trình xấu hay còn được gọi là phần mềm độc hại,
được viết bởi những người muốn làm những điều xấu với máy tính của người
dùng. Một số phần mềm gián điệp cố gắng để ăn cắp thông tin từ máy tính. Một
số cố gắng để làm hỏng các dữ liệu được lưu trữ trên ổ đĩa cứng. Một số khác lại
đưa người dùng đến các trang web bán hàng hoặc có thể là virus máy tính.
1.2.2. Chức năng của chương trình máy tính

3


Chương trình máy tính có thể được phân loại theo các tuyến chức năng.
Các loại chức năng chính là phần mềm ứng dụng và phần mềm hệ thống. Hệ
thống phần mềm bao gồm các hệ điều hành mà trong đó là sự tương tác giữa
phần cứng với phần mềm máy tính. Mục đích của hệ điều hành là cung cấp một
môi trường trong đó các phần mềm ứng dụng thực hiện một cách thuận tiện và
hiệu quả. Ngoài các hệ điều hành, phần mềm hệ thống bao gồm các chương
trình nhúng, các chương trình khởi động và Microcode. Phần mềm ứng dụng
được thiết kế cho người dùng cuối có một giao diện người dùng.

Hình 1.2.2.1.1. Một ví dụ về chương trình máy tính
Phần mềm ứng dụng: là một chương trình máy tính được thiết kế để thực
hiện một nhóm các chức năng phối hợp nhiệm vụ hoặc các hoạt động vì lợi ích
của người sử dụng. Ví dụ về một ứng dụng bao gồm một bộ xử lý từ, một bảng

tính, một ứng dụng kế toán, một trình duyệt web, một máy nghe nhạc,…
Phần mềm tiện ích: là những chương trình ứng dụng được thiết kế để hỗ
trợ quản trị hệ thống và lập trình máy tính. Các loại phần mềm tiện ích như Anti
– virus, phần mềm sao lưu, quản lý clipboard, Cryptographic, nén dữ liệu,…
Hệ điều hành: là một chương trình máy tính hoạt động như một trung gian
giữa một người sử dụng máy tính và các phần cứng máy tính.
Chương trình khởi động: một máy tính được lưu trữ chương trình đòi hỏi
một chương trình máy tính ban đầu được lưu giữ trong bộ nhớ chỉ để đọc và
4


khời động. Qúa trình khởi động là xác định và khởi tạo tất cả các khía cạnh của
hệ thống, từ đăng ký xử lý để điều khiển thiết bị cho nội dung bộ nhớ.
Chương trình nhúng: một thiết bị phần cứng có thể đã nhúng firmware để
kiểm soát hoạt động của nó. Firmware được sử dụng khi các chương trình máy
tính không bao giờ thay đổi, hoặc khi chương trình không bị mất khi tắt nguồn.
Microcode: là các chương trình kiểm soát một số bộ phận xử lý trung tâm
và một số phần cứng khác. Mã này di chuyển dữ liệu giữa các thanh ghi, đơn vị
logic số học và các đơn vị chức năng khác trong CPU.
2. Kiến trúc máy tính
Trong kỹ thuật máy tính, kiến trúc máy tính là thiết kế khái niệm và cấu
trúc hoạt động căn bản của một hệ thống máy tính. Nó là một bản thiết kế
(blueprint) mô tả có tính chất chức năng về các yêu cầu (đặc biệt là tốc độ và các
kết nối tương hỗ) và những sự thi hành thiết kế cho những bộ phận khác nhau
của một máy tính - tập trung chủ yếu vào việc CPU hoạt động nội tại như thế
nào và truy cập các địa chỉ trong bộ nhớ bằng cách nào.
Nó cũng có thể được định nghĩa như là khoa học và nghệ thuật lựa chọn
và kết nối các thành phần phần cứng để tạo thành các máy tính đáp ứng được
các mục đích về tính năng, hiệu suất và giá cả.
Kiến trúc máy tính bao gồm ít nhất ba phạm trù con chính:

Kiến trúc tập lệnh (Instruction set architecture, ISA), là hình ảnh trừu
tượng của một hệ thống tính toán được nhìn từ góc độ của một lập trình viên sử
dụng ngôn ngữ máy (hay hợp ngữ), bao gồm tập lệnh, cách đánh địa chỉ bộ nhớ
(memory address modes), các thanh ghi, và các định dạng địa chỉ và dữ liệu.
Vi kiến trúc (Microarchitecture), còn gọi là Tổ chức máy tính (Computer
organization) là một mô tả bậc thấp, cụ thể hơn về hệ thống. Mô tả này nói về
các bộ phận cấu thành của hệ thống được kết nối với nhau như thế nào và chúng
hoạt động tương hỗ như thể nào để thực hiện kiến trúc tập lệnh. Ví dụ, kích
5


thước bộ đệm cache của một máy tính là một đặc điểm về tổ chức máy tính mà
thường không liên quan đến kiến trúc tập lệnh.
Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất cả các thành phần phần
cứng khác bên trong một hệ thống tính toán chẳng hạn:
 các đường kết nối hệ thống như bus (máy tính) và switch
 các bộ điều khiển bộ nhớ (memory controller) và các cây phả hệ bộ
nhớ
 các cơ chế CPU off-load như Direct memory access (truy nhập bộ
nhớ trực tiếp)
 các vấn đề như đa xử lý (multi-processing).
2.1. Kiến trúc tập lệnh
2.1.1. Khái niệm
Một tập lệnh, hoặc kiến trúc tập lệnh (tiếng Anh: Instruction Set
Architecture, viết tắt ISA), là một phần của kiến trúc máy tính liên quan đến lập
trình, bao gồm các bản địa các loại dữ liệu, hướng dẫn, đăng ký, giải quyết chế
độ, kiến trúc bộ nhớ, làm gián đoạn và xử lý ngoại lệ, và bên ngoài I / O. An ISA
bao gồm một đặc điểm kỹ thuật của các thiết lập của opcode (ngôn ngữ máy), và
các lệnh bản địa thực hiện bởi một bộ xử lý cụ thể.
2.1.2. Quá trình kiến trúc tập lệnh

Bất kỳ tập lệnh được đưa ra có thể được thực hiện trong nhiều cách khác
nhau. Tất cả các cách để thực hiện một bộ hướng dẫn cụ thể cung cấp cùng một
mô hình lập trình, và tất cả hiện thực đó tập lệnh có thể chạy các file thực thi nhị
phân. Các cách khác nhau để thực hiện một lệnh đặt cho cân bằng khác nhau
giữa chi phí, hiệu suất, điện năng tiêu thụ, kích thước,...
Khi thiết kế các vi cấu trúc của một bộ xử lý, các kỹ sư sử dụng các khối
"cứng có dây" mạch điện tử (thường được thiết kế riêng) như hổ, ghép kênh,
đếm, thanh ghi, ALU vv Một số loại ngôn ngữ chuyển đăng ký sau đó thường
6


được sử dụng để mô tả giải mã và trình tự của mỗi chỉ dẫn của một ISA sử dụng
vi kiến trúc vật lý này. Có hai cách cơ bản để xây dựng một bộ điều khiển để
thực hiện các mô tả này (mặc dù rất nhiều mẫu thiết kế sử dụng những cách giữa
hoặc thỏa hiệp):
Một số mẫu thiết kế máy tính "buộc cố định" hoàn thành việc giải mã tập
lệnh và trình tự (giống như phần còn lại của vi kiến trúc).
Thiết kế khác sử dụng vi thói quen hoặc bảng (hoặc cả hai) để làm điều
này, điển hình như trên-chip ROM hoặc PLAs hoặc cả hai (mặc dù RAMS và
riêng biệt ROM đã được sử dụng trong lịch sử).
Một số mẫu thiết kế sử dụng một sự kết hợp của thiết kế mạch điện điện
và vi cho các đơn vị điều khiển. Một số thiết kế CPU biên soạn các hướng dẫn
thiết lập để một khả năng ghi nhớ RAM hoặc đèn flash bên trong CPU (như
Rekursiv bộ xử lý và các Imsys Cjip), hoặc một FPGA (máy tính cấu hình lại).
The Western Digital MCP-1600 là một ví dụ cũ, bằng cách sử dụng một chuyên
dụng, ROM riêng cho vi.
An ISA cũng có thể được mô phỏng trong phần mềm của một thông dịch
viên. Đương nhiên, do các nguyên cần giải thích, đây là chậm hơn so với trực
tiếp chương trình đang chạy trên phần cứng mô phỏng, trừ khi các phần cứng
đang chạy giả lập là một đơn đặt hàng của các cường độ nhanh hơn. Hôm nay,

nó là thực tế phổ biến cho các nhà cung cấp của ISA mới hoặc
microarchitectures để giả lập phần mềm có sẵn cho các nhà phát triển phần mềm
trước khi thực hiện phần cứng đã sẵn sàng.
Thường thì các chi tiết của việc thực hiện có một ảnh hưởng mạnh mẽ
trên các hướng dẫn cụ thể được lựa chọn cho các tập lệnh. Ví dụ, nhiều cài đặt
của đường ống dẫn chỉ cho phép một bộ nhớ tải đơn hoặc bộ nhớ lưu trữ theo
hướng dẫn, dẫn đến một kiến trúc load-store (RISC). Ví dụ khác, một số cách
đầu thực hiện các đường ống dẫn dẫn đến một khe chậm trễ.

7


Những yêu cầu của tốc độ cao xử lý tín hiệu kỹ thuật số đã bị đẩy vào các
hướng dẫn hướng-buộc ngược lại được thực hiện trong một cách đặc biệt. Ví dụ,
để thực hiện các bộ lọc kỹ thuật số đủ nhanh, hướng dẫn MAC trong một điển
hình bộ xử lý tín hiệu số (DSP) phải sử dụng một loại kiến trúc Harvard có thể
nạp một lệnh và hai từ dữ liệu cùng một lúc, và nó đòi hỏi một chu trình đơn
nhân-tích lũy nhân.
2.2. Vi kiến trúc (vi xử lý)
Vi xử lý (viết tắt là µP hay uP), đôi khi còn được gọi là bộ vi xử lý, là một
linh kiện điện tử máy tính được chế tạo từ các tranzito thu nhỏ tích hợp lên trên
một vi mạch tích hợp đơn. Khối xử lý trung tâm (CPU) là một bộ vi xử lý được
nhiều người biết đến nhưng ngoài ra nhiều thành phần khác trong máy tính cũng
có bộ vi xử lý riêng của nó, ví dụ trên card màn hình (Graphic card) chúng ta
cũng có một bộ vi xử lý.
Trước khi xuất hiện các bộ vi xử lý, các CPU được xây dựng từ các mạch
tích hợp cỡ nhỏ riêng biệt, mỗi mạch tích hợp chỉ chứa khoảng vào chục
tranzito. Do đó, một CPU có thể là một bảng mạch gồm hàng ngàn hay hàng
triệu vi mạch tích hợp. Ngày nay, công nghệ tích hợp đã phát triển, một CPU có
thể tích hợp lên một hoặc vài vi mạch tích hợp cỡ lớn, mỗi vi mạch tích hợp cỡ

lớn chứa hàng ngàn hoặc hàng triệu tranzito. Nhờ đó công suất tiêu thụ và giá
thành của bộ vi xử lý đã giảm đáng kể.
Sự tiến hóa của các bộ vi xử lý một phần nhờ vào việc chạy theo Định
luật Moore và hiệu suất của nó tăng lên một cách ổn định sau hàng năm. Định
luật này phát biểu rằng sự phức tạp của một mạch tích hợp sẽ tăng lên gấp đôi
sau mỗi chu kỳ 18 tháng. Và thực tế, sự phát triển của các bộ vi xử lý đã bám sát
định luật này từ những năm 1970. Nhờ đó, từ máy tính mẹ (mainframe
computer) lớn nhất cho đến các máy tính xách tay hiện nay đều sử dụng một bộ
vi xử lý nhỏ nhắn tại trung tâm của chúng.
3. Thành phần chính của máy tính
8


Thành phần chính của má tính bao gồm: Bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ
nhớ, bộ xử lý vào-ra, và thiết bị ngoại vi. Các thiết bị như máy in, máy fax và
các điều khiển khác được nối tới máy tính làm tăng khả năng hoạt động của máy
tính gọi là thiết bị ngoại vi. Hai hoặc nhiều máy tính nối với nhau dùng cho việc
truyền thông giữa các máy tính với nhau thông qua môi trường truyền dẫn nào
đó được gọi là mạng máy tính.
3.1. CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm)
PU có trách nhiệm xử lý hầu hết dữ liệu/tác vụ của máy tính, thêm vào đó
bộ xử lý trung tâm còn là trung tâm điều khiển thiết bị đầu vào (chuột, bàn
phím) và thiết bị đầu ra (màn hình, máy in).
Về hình dạng và cấu trúc, CPU là một tấm mạch nhỏ, bên trong chứa một
tấm wafer silicon được bọc trong một con chip bằng gốm và gắn vào bảng mạch.
Tốc độ CPU được đo bằng đơn vị Hertz (Hz) hay Gigahertz (GHz), giá trị của
con số này càng lớn thì CPU hoạt động càng nhanh.

Hình 3.1.1.1.1. CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm)
3.2. Bo mạch chủ (mainboard/motherboard):

9


Bo mạch chủ là bảng mạch chính và lớn nhất trong cấu trúc máy tính, nó
đóng vai trò là trung gian giao tiếp giữa các thiết bị với nhau. Việc kết nối và
điều khiển thông thường là do các chip cầu Bắc và cầu Nam, chúng là trung tâm
điều phối các hoạt động của máy vi tính.

Hình 3.2.1.1.1. Bo mạch chủ (mainboard/motherboard)
Gọi là bo mạch lớn nhất, song bo mạch chủ thường có nhiều kích cỡ khác
nhau, phổ biến là các tiêu chuẩn:
– Bo mạch chuẩn ATX có kích thước 305 × 244 mm, thông thường bo
mạch này chứa khá đầy đủ kết nối cũng như các chức năng trên đó như card đồ
họa, âm thanh, thậm chí kết nối LAN và WiFi tích hợp.
– Bo mạch chuẩn micro-ATX thường dạng vuông với kích thước lớn nhất
là 244 × 244 mm, kích thước này đủ để chứa 4 khe cắm RAM và 4 khe mở rộng.
– Bo mạch mini-ITX có kích thước nhỏ nhất, thường là 170 x 170mm, do
vậy bo mạch này thường rút gọn, chỉ còn 1 khe cắm mở rộng và 2 khe cắm
RAM.
3.3. Bộ nhớ RAM (Random Access Memory)
10


RAM là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (thuật ngữ này tiếng Việt dịch ra khá
sai – vì truy cập không hề có sự ngẫu nhiên nào), tạo thành một không gian nhớ
tạm để máy vi tính hoạt động. Tuy gọi là bộ nhớ nhưng khi tắt máy vi tính thì
RAM chẳng còn nhớ gì dữ liệu từng được máy lưu trên đó. Cụ thể hơn, RAM là
nơi nhớ tạm những gì cần làm để CPU có thể xử lý nhanh hơn, do tốc độ truy
xuất trên RAM nhanh hơn rất nhiều lần so với ổ cứng hay các thiết bị lưu trữ
khác như thẻ nhớ, đĩa quang… Bộ nhớ RAM càng nhiều thì máy vi tính của bạn

có thể mở cùng lúc nhiều ứng dụng mà không bị chậm.

Hình 3.3.1.1.1. Bộ nhớ RAM (Random Access Memory)
Dung lượng bộ nhớ RAM hiện được đo bằng gigabyte (GB), 1GB tương
đương 1 tỷ byte. Hầu hết máy tính thông thường ngày nay đều có ít nhất 2-4GB
RAM, với các máy cao cấp thì dung lượng RAM có thể lên đến 16GB hoặc cao
hơn. Giống như CPU, bộ nhớ RAM bao gồm những tấm wafer silicon mỏng,
bọc trong chip gốm và gắn trên bảng mạch. Các bảng mạch giữ các chip nhớ
RAM hiện tại được gọi là DIMM (Dual In-Line Memory Module) do chúng tiếp
xúc với bo mạch chủ bằng hai đường riêng biệt.
3.4. Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD)
11


Ổ đĩa cứng (còn gọi là ổ cứng) là bộ nhớ lưu trữ chính của máy vi tính,
các thành quả của một quá trình làm việc được lưu trữ trên ổ đĩa cứng trước khi
có các hành động sao lưu dự phòng trên các dạng bộ nhớ khác.

Hình 3.4.1.1.1. Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD)
Ổ cứng là nơi lưu trữ hệ điều hành, phần mềm và mọi dữ liệu do người
dùng tạo ra. Khi tắt máy, mọi thứ vẫn còn đó nên bạn không phải cài lại phần
mềm hay mất dữ liệu khi mở máy. Khi bật máy vi tính, hệ điều hành và ứng
dụng sẽ được chuyển từ ổ cứng lên bộ nhớ RAM để chạy.
Dung lượng lưu trữ ổ cứng cũng được đo bằng gigabyte (GB) như bộ nhớ.
Một ổ đĩa cứng thông thường hiện tại có thể chứa 500GB hoặc thậm chí 1
terabyte (1.000GB) hoặc hơn. Hầu hết ổ cứng được bán ngày nay là loại truyền
thống – sử dụng đĩa kim loại để lưu trữ dữ liệu bằng từ tính.
Song hiện cũng đang thịnh hành một loại mới hơn là ổ SSD (hay gọi là ổ
cứng rắn). Ổ cứng SSD là loại ổ sử dụng các chip nhớ chứ không có phần quay
cơ học, lợi điểm của công nghệ mới này là cho tốc độ đọc và ghi nhanh hơn,

12


hoạt động yên tĩnh và độ tin cậy cao hơn, nhưng giá của loại ổ cứng SSD vẫn
còn đắt hơn ổ truyền thống.
3.5. Ổ đĩa quang (CD, DVD)
Ổ đĩa quang là thiết bị dùng để đọc đĩa CD hay DVD bằng ánh sáng laser
(thường mắt người không nhìn thấy được ánh sáng này), nguyên lý của ổ đĩa
quang là chiếu laser chiếu vào bề mặt đĩa để ánh sáng phản xạ lại vào đầu thu rồi
giải mã thành tín hiệu. Hầu hết máy vi tính để bàn và máy tính xách tay (ngoại
trừ các máy dòng siêu mỏng hay quá nhỏ gọn) đều đi kèm với một ổ đĩa quang,
nơi đọc/ghi đĩa CD, DVD, và Blu-ray (tùy thuộc máy).

Hình 3.5.1.1.1. Ổ đĩa quang (CD, DVD)
3.6. Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card)
Card đồ họa là thiết bị chịu trách nhiệm xử lý các thông tin về hình ảnh
trong máy tính. Bo mạch đồ họa thường được kết nối với màn hình máy tính
giúp người sử dụng máy tính có thể giao tiếp với máy tính. Để xử lý các tác vụ
đồ họa và lưu trữ kết quả tính toán tạm thời, bo mạch đồ họa có các bộ nhớ riêng
13


hoặc các phần bộ nhớ dành riêng cho chúng từ bộ nhớ chung của hệ thống.
Trong các trường hợp khác, bộ nhớ cho xử lý đồ họa được cấp phát với dung
lượng thay đổi từ bộ nhớ hệ thống.

Hình 3.6.1.1.1. Card đồ hoạ (Video Graphic Array, Graphic card)
Dung lượng của bộ nhớ đồ họa một phần quyết định đến: độ phân giải tối
đa, độ sâu màu và tần số làm tươi mà bo mạch đồ họa có thể xuất ra màn hình

máy vi tính. Do vậy dung lượng bộ nhớ đồ họa là một thông số cần quan tâm khi
lựa chọn một bo mạch đồ họa.
Dung lượng bộ nhớ đồ họa có thể có số lượng thấp (1 đến 32 MB) trong
các bo mạch đồ họa trước đây, 64 đến 128 MB trong thời gian hai đến ba năm
trước đây và đến nay đã thông dụng ở 256 MB với mức độ cao hơn cho các bo
mạch đồ họa cao cấp (512 đến 1GB và thậm chí còn nhiều hơn nữa).
3.7. Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU)

14


Bộ nguồn là thiết bị cung cấp điện năng cho toàn bộ các linh kiện lắp ráp
bên trong thùng máy tính hoạt động (tuy nhiên không phải các PSU đều là
nguồn máy tính, bởi chúng được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử).

Hình 3.7.1.1.1. Bộ nguồn (Power Supply Unit – PSU)
Bộ nguồn máy tính là một bộ phận rất quan trọng đối với một hệ thống
máy tính, tuy nhiên do sự phức tạp trong tính toán công suất nguồn, người dùng
thường ít quan tâm đến. Thực chất sự ổn định của một máy tính ngoài các thiết
bị chính (bo mạch chủ, CPU, RAM, ổ cứng…) phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn
máy tính. Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất hoặc không
ổn định sẽ có thể gây lên sự mất ổn định của hệ thống máy tính, hư hỏng hoặc
làm giảm tuổi thọ các thiết bị khác sử dụng năng lượng của nó cung cấp.
3.8. Màn hình máy tính (Monitor):
Monitor là thiết bị gắn liền với máy tính, mục đích chính là hiển thị và là
cổng giao tiếp giữa con người và máy tính. Đối với các máy tính cá nhân (PC),
màn hình máy tính là một bộ phận tách rời. Đối với máy tính xách tay, màn hình
15

là một bộ phận gắn chung không thể tách rời. Màn hình có thể dùng như 1 dạng
độc lập, song hiện đã có thể ghép nối nhiều loại màn hình lại với nhau để tăng
chất lượng và vùng hiển thị.
3.9. Bàn phím máy tính (Keyboard):
Bàn phím máy tính là thiết bị nhập dữ liệu, giao tiếp con người với máy
tính. Về hình dáng, bàn phím là sự sắp đặt các phím, một bàn phím thông
thường có các ký tự được in trên phím; với đa số bàn phím, mỗi lần nhấn một
phím tương ứng với một ký hiệu được tạo ra. Tuy nhiên, để tạo ra một số ký tự
cần phải nhấn và giữ vài phím cùng lúc hoặc liên tục; các phím khác không tạo
ra bất kỳ ký hiệu nào, thay vào đó tác động đến hành vi của máy tính hoặc của
chính bàn phím.
3.10. Chuột (Mouse):
Chuột là thiết bị phục vụ điều khiển, ra lệnh và giao tiếp con người với
máy tính. Để sử dụng chuột máy tính, nhất thiết phải sử dụng màn hình máy tính
để quan sát toạ độ và thao tác di chuyển của chuột trên màn hình.
3.11. Thùng máy (Case):
Thùng máy tính thường là một hộp kim loại dùng chứa bo mạch chủ cùng
với các thiết bị khác (ở trên) cấu thành nên một máy tính hoàn chỉnh. Cùng với
sự phát triển của công nghệ, thùng máy cũng được gia cố thêm một số thiết bị
sẵn ở bên trong nhằm tăng giá trị, thông thường những thùng máy đắt tiền sẽ
được tích hợp thêm quạt tản nhiệt, nguồn (PSU) và thậm chí là hệ thống tản
nhiệt nước để dùng giải nhiệt CPU.
3.12. Máy in:
Máy in là thiết bị dùng thể hiện ra các nội dung được soạn thảo hoặc thiết
kế sẵn. Trước đây máy in và máy quét (scan) tài liệu, văn bản, hình ảnh thường
được tách bạch ra làm 2 loại thiết bị, song xu hướng văn phòng hiện đại cần sự
gọn gàng, nên giờ đây hầu như các loại máy in có tích hợp sẵn máy quét đang là
sản phẩm được người dùng lựa chọn nhiều nhất.
16

4. Các thế hệ máy tính
"Thế hệ" trong thuật ngữ máy tính là sự thay đổi trong công nghệ máy
tính mà đã được sử dụng. Ban đầu, thuật ngữ thế hệ đã được sử dụng để phân
biệt giữa các công nghệ phần cứng khác nhau. Nhưng ngày nay, thuật ngữ này
bao gồm cả phần cứng và phần mềm, cùng nhau tạo nên toàn bộ hệ thống máy
tính.
Có tất cả 5 thế hệ được biết đến cho đến ngày nay. Mỗi thế hệ sẽ được
chúng tôi trình bài cụ thể về đặc điểm và mốc thời gian trong bài viết này. Ở đây
đề cập đến mốc thời gian gần đúng, được chấp nhận nhiều nhất.
4.1. Thế hệ đầu tiên (1938-1953): Dòng đèn điện tử.
Thế hệ máy tính thứ nhất nằm trong giai đoạn 1946 - 1959. Máy tính này
sử dụng ống chân không làm linh kiện cơ bản cho bộ nhớ và mạch điện cho
CPU (Central Processing Unit - đơn vị xữ lý trung tâm). Các ống này giống như
những bóng đèn điện, sinh ra rất nhiều nhiệt và dễ bị nung chảy thường xuyên.
Do đó, nó rất đắc tiền và chỉ được dùng trong các tổ chức rất lớn.

Hình 4.1.1.1.1. Thế hệ đầu tiên: Dòng đèn điện tử
17


Trong thế hệ này, hàng loạt hệ điều hành xử lý đã được sử dụng. Bìa đục
lỗ, băng giấy và băng từ được làm thiết bị đầu vào và thiết bị đầu ra. Máy tính sử
dụng mã máy làm ngôn ngữ lập trình.
Đặc điểm chính của thế hệ thứ nhất là:
- Công nghệ ống chân không
- Độ tin cậy thấp
- Chỉ hỗ trợ ngôn ngữ máy
- Rất đắc tiền
- Sinh ra nhiều nhiệt

- Thiết bị đầu vào và đầu ra chậm Kích thước khổng lồ
- Cần dòng điện xoay chiều AC
- Không thể xách tay
- Tiêu thụ lượng lớn điện năng
Một vài máy tính của thế hệ này là: ENIAC, EDVAC, UNIVAC, IBM701, IBM-650.
4.2. Thế hệ thứ hai (1952-1963): Dòng Transistar
Thế hệ thứ hai nằm trong khoảng giai đoạn 1959 - 1965. Trong thế hệ này
sử dụng Transitor nên rẻ hơn, tiêu thụ điện năng ít hơn, kích thước gọn hơn, độ
tin cậy cao và hoạt động nhanh hơn so với các máy thế hệ thứ nhất sử dụng ống
chân không.
Xin nói thêm về Transitor, nó là một loại linh kiện bán dẫn chủ động,
thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.
Transistor nằm trong khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính
điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác.

18


Hình 4.2.1.1.1. Thế hệ thứ hai: Dòng Transistar
Trong thế hệ này, lõi từ tính được sử dụng làm bộ nhớ chinh, băng từ, đĩa
từ tính được làm thiết bị lưu trữ thứ cấp. Lúc này những hợp ngữ và ngôn ngữ
lập trình bậc cao như FORTRAN, COBOL được sử dụng. Máy tính sử dụng hệ
điều hành đa chương trình và xử lý hoàng loạt.
Những đặc điểm chính của thế hệ thứ hai:
- Sử dụng các transitor.
- Đáng tin cậy hơn, kích thước nhỏ hơn, sinh ra ít nhiệt hơn, tiêu thụ
ít điện năng hơn và nhanh hơn khi so sánh với thế hệ thứ nhất.
- Giá vẫn còn đắt Cần dòng điện AC.
- Hỗ trợ ngôn ngữ máy và hợp ngữ.
Một vài máy tính trong thế hệ này: IBM 1620, IBM 7094, CDC 1604,

CDC 3600, UNIVAC 1108.
4.3. Thế hệ thứ ba (1962-1975): Dòng IC.
Thế hệ thứ ba nằm trong giai đoạn khoảng 1965-1971. Máy tính thế hệ
thứ ba sử dụng các mạch tích hợp (IC - integrated circuits) ở vị trí của transitor.
Một IC đơn có rất nhiều transitor, điện trở, các tụ và các mạch điện liên quan.

19


Hình 4.3.1.1.1. Thế hệ thứ ba: Dòng IC.
IC được phát minh bởi Jack Kilby. Phát minh này đã làm máy tính có kích
thước nhỏ gọn hơn, độ tin cậy cao hơn và hiệu quả hơn.
Trong thế hệ thứ ba, xử lý từ xa, chia sẻ thời gian, hệ điều hành đa lập
trình được sử dụng. Các ngôn ngữ lập trình bậc cao như FORTRAN-II đến IV,
COBOL, PASCAL PL/1, BASIC, ALGOL-68, ... được sử dụng trong suốt thế hệ
này.
Những đặc điểm chủ yếu của máy tính thế hệ thứ ba là:
- Sử dụng mạch tích hợp IC
- Đáng tin cậy hơn hai thế hệ trước.
- Kích thước nhỏ hơn
- Sinh nhiệt ít hơn
- Nhanh hơn
- Ít bảo trì hơn
- Giá thành vẫn cao
- Cần dòng điện xoay chiều AC
- Tiêu thụ điện năng ít hơn
- Hỗ trợ ngôn ngữ bậc cao

20

Một vài máy tính thuộc thế hệ này là: IBM-360 series, Honeywell-6000
series, PDP (Personal Data Processor - bộ xử lý dữ liệu cá nhân) IBM-370/168,
TDC-316.
4.4. Thế hệ thứ tư (1972-19??): Dòng IC tích hợp cao (dòng máy chúng ta
đang sử dụng)
Thế hệ thứ tư nằm trong khoảng giai đoạn 1971-1980. Những máy tính
thế hệ thứ tư sử dụng mạch tích hợp có quy mô rất lớn (VLSI - Very Large Scale
Integrated). Mạch VLSI có khoảng 5000 con transitor, những mạch thành phần
khác và những mạch liên quan trên một con chip đơn.

Hình 4.4.1.1.1. Thế hệ thứ tư: Dòng IC tích hợp cao
Máy tính thế hệ thứ tư trở nên mạnh mẽ hơn, gọn nhẹ hơn, độ tin cậy cao
hơn, giá cả phải chăng hơn. Kết quả là, nó dẫn đến một cuộc cách mạng máy
tính cá nhân. Ở thế hệ này, chia sẻ thời gian, thời gian thực, mạng, Hệ điều hành
phân bố được sử dụng. Tất cả những ngôn ngữ lập trình bậc cao như C, C++,
DBASE, ... đều được sử dụng trong thế hệ này.
Những đặc điểm chủ yếu của máy tính thế hệ thứ tư:
- Sử dụng công nghệ VLSI.
- Giá thành rẻ.
21


- Đáng tin cậy hơn.
- Sử dụng như máy tính cá nhân PC (Personal Computer).
- Xử lý pipeline (Đây là một kỹ thuật làm cho các giai đoạn khác
nhau của nhiều lệnh được thực thi cùng một lúc).
- Kích thước rất nhỏ.
- Không cần dùng dòng điện A.C.
- Khái niệm internet được giới thiệu.

- Lĩnh vực mạng có sự phát triển tuyệt vời.
Một vài máy tính của thế hệ này là: DEC 10, STAR 1000, PDP 11, CRAY1(Siêu máy tính), CRAY-X-MP (Siêu máy tính).
4.5. Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC
Thế hệ thứ năm từ năm 1980 đến ngày hôm nay (thời điểm đang viết bài
là năm 2016). Công nghệ VLSI đã trở thành công nghệ ULSI (Ultra Large Scale
Integration - siêu tích hợp quy mô lớn). Dẫn đến việc sản xuất các vi điều khiển
chứa đến 10 triệu linh kiện điện tử.

Hình 4.5.1.1.1. Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSL, SoC
Thế hệ này dựa trên phần cứng xử lý song song và phần mềm trí tuệ nhân
tạo AI (Artificial Intelligence). Trí tuệ nhân tạo là một nhánh của khoa học máy
22