Bài giảng Bảo trì hệ thống: Chương 2 - ThS. Trần Quang Hải Bằng

BẢO TRÌ HỆ THỐNG
Chương 2
Bo mạch chủ của máy tính



Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.

Các bộ vi xử lý
Bộ nhớ
Các khe cắm mở rộng
Các vi điều khiển
Bài tập thực hành



Bảo trì hệ thống - Chương 2

2


2.1. Các bộ vi xử lý
Bộ vi xử lỷ (Microprocessor hay CPU) là thành phần
quan trọng nhất của máy tính
Là mạch tích hợp phức tạp nhất gồm rất nhiều
transistor(các CPU thế hệ ngày nay có khoảng nx108

transistor)
Lịch sử phát triển



Bảo trì hệ thống - Chương 2

3

Lịch sử phát triển CPU
1971 – Intel 4004 Là chip 4-bit với 2.300
bóng bán dẫn đạt xung nhịp 740KHz
1972 – Intel 8008 Là chip 8-bit đầu tiên
xung nhịp 500KHz (có thể nâng lên
800KHz)
1974 – Intel 8080 Xung nhịp được đẩy
lên 2MHz và có khả năng nhận diện được
64KB bộ nhớ



Bảo trì hệ thống - Chương 2

4


Lịch sử phát triển CPU
1975 – MOS 6502 Được xem là đối thủ
của Intel 8080. Sản xuất bởi MOS
Corporation.

1976 – Zilog Z80 Được 1 cựu kỹ sư
Intel phát triển. Có khả năng tương
thích của Intel 8080 nhưng cao cấp
hơn, hỗ trợ các máy tính gia đình như
ZX Spectrum
1978 – Intel 8086 Nổi tiếng với danh
hiệu là con chip x86 đầu tiên. Xung
nhịp đạt 5MHz với 29K bóng bán dẫn


Bảo trì hệ thống - Chương 2

5

Lịch sử phát triển CPU
1979 – Intel 8088 Là phiên bản giá rẻ
của 8086, sử dụng bus 8-bit và được
trang bị trong các máy tính IBM.
1979 – Motorola 6800 Là chip 16-bit
nhưng nhà sản xuất mở rộng lên 32bit. Được trang bị trên các máy Mac
đời đầu của Apple
1982 – Intel 80286 Là bản nâng cấp
của 8086, có xung nhịp 6MHz nhưng
các phiên bản sau lên tới 25MHz. Chip
có 134K bóng bán dẫn và không gian
địa chỉ 16MB


Bảo trì hệ thống - Chương 2

6


Lịch sử phát triển CPU
1985– Intel 80386 Là chip 32-bit đầu
tiên của Intel, có 275K bóng bán dẫn
(cao hơn 100 lần so với chip 4004).
Đạt xung nhịp 40MHz
1987 – Sun SPARC Kiến trúc của chip
Sparc đến này còn được sử dụng trong
hệ thống của Sun (nay của Oracle) và
các siêu máy tính
1989 – Intel 80486 Nâng cấp của
80386, là chip x86 đầu tiên có hơn 1,2
triệu bóng bán dẫn. Có cache và FPU
nằm trên chip.


Bảo trì hệ thống - Chương 2

7

Lịch sử phát triển CPU
1990 – IBM RS/6000 IBM từng thử
nghiệm các con chip RISC trong thập
niên 1970 và sau đó tạo nên máy trạm
RS/6000 vào năm 1990. Chip này được
phát triển thành chip POWER để sử
dụng trên máy tính của IBM và Apple
1993 – Intel Pentium Là chip siêu vô

hướng. Ban đầu có xung nhịp 60MHz
sau đó được nâng lên 300MHz. Chip có
3.1 triệu bóng bán dẫn.
1995 – Intel Pentium Pro Cache L2 năm
trên chip, có chức năng thực thi không
theo trật tự


Bảo trì hệ thống - Chương 2

8


Lịch sử phát triển CPU
1996 – AMD K5 AMD đã có nhiều năm
sản xuất chip cho Intel nhưng K5 là chip
đầu tiên họ tự thiết kế và cạnh tranh với
chip Pentium của Intel.
1996 – DEC Strong ARM Digital
Equipment Corpration là hãng phát triển
dòng chip dựa trên kiến trúc của chip
ARM, dùng trag bị trên một số máy PDA.
Sau này StrongARM được bán lại cho
Intel
1997 – Intel Pentium !! Có 7.5 triệu
bóng bán dẫn, xung nhịp đạt 233MHz
đến 450MHz.


Bảo trì hệ thống - Chương 2

9

Lịch sử phát triển CPU
1999 – Pentium !!! Là phiên bản nâng
cấp của Pentium !! Sử dụng tập lệnh
SSE và có xung nhịp từ 400MHz đến
1.4GHz
1999 – AMD Athlon Là chip đầu tiên
đánh bại chip Intel về mặt hiệu năng. Có
xung nhịp 500MHz và phiên bản sau đạt
xung nhịp 1GHz với 22 triệu bóng bán
dẫn.
2000 – Intel Pentium 4 Sử dụng kiến
trúc Netburst, có xung nhịp 1.4GHz và có
thể tăng lên tối đa 3.8GHz. Tích hợp 42
triệu Transistor


Bảo trì hệ thống - Chương 2

10


Lịch sử phát triển CPU
2001 – Intel Itanium Là dòng chíp 64-bit
không dựa trên nền tảng x86. Có khả
năng xử lý song song, nhắm tới đối
tượng là chủ doanh nghiệp nhưng không
thu được nhiều thành công.

2002 – Intel XScaleARM Là chip nối tiếp
dòng StrongARM, được trang bị cho
nhiều máy PDA. Sau này XScale được
bán lại cho hãng Marvell vào năm 2006
2003 – Intel Pentium-M (Centrino)
Được thiết kế dành riêng cho dòng máy
laptop. Có xung nhịp 900MHz và tích
hợp 77 triệu transistor


Bảo trì hệ thống - Chương 2

11

Lịch sử phát triển CPU
2003 – AMD Opteron Là dong chip 64bit x86 của AMD dành cho máy trạm và
máy chủ. Tích hợp 105 triệu transistor.
2005 – Pentimum-D Là dòng chip 2
nhân đầu tiên của intel. Intel cũng khởi
đầu xu hướng dùng chip 2 nhân trên
máy PC
2006 – Intel Xeon 5300 Dòng chip 4
nhân đầu tiên của Intel dành cho máy
trạm và máy chủ. Thực tế là Xeon ghép
2 chip 2 nhân lại với nhau nâng tổng số
transistor tích hợp lên 582 triệu.


Bảo trì hệ thống - Chương 2

12


Lịch sử phát triển CPU
2008– Qualcomm SnapDragon ARM Hãng
công nghệ không dây sản xuất chip hiệu
năng cao dành cho smartphone dựa trên
kiến trúc của ARM. Chíp có xung nhịp 1GHz,
tích hợp 200 triệu Transistor.
2011 – Intel Core i3, i5, i7 Là những dòng
chip mới nhất của intel hiện nay. Có kiến
trúc Sandy Bridge, mỗi chip có tối đa 8 nhân
và tích hợp 995 triệu transistor
2011 – ARMv8 Dòng chip 64-bit có thiết kế
cho phép những chip sau này phát triển trên
nền tảng ARMv8 có thể có đến 228 nhan.


Bảo trì hệ thống - Chương 2

13

Phân loại CPU
Có nhiều cách để phân biệt CPU này với CPU khác
dựa trên kiến trúc thiết kế (Kentsfield, Yorkfield,
Sandy Bridge, Haswell), công nghệ chế tạo.
Các thuộc tính giúp phân loại CPU
– Tốc độ CPU
– Bộ nhớ Cache
– Điện thế sử dụng

Công nghệ chế tạo CPU
– Công nghệ siêu phân luồng (Hyper Threading
Techonology - HTT): Là công nghệ cho phép giả lập
thêm CPU trong 1 CPU vật lý


Bảo trì hệ thống - Chương 2

14


Phân loại CPU (tiếp)
Công nghệ chế tạo CPU
– Công nghệ siêu phân luồng



Bảo trì hệ thống - Chương 2

15

Phân loại CPU (tiếp)
Công nghệ đa nhân (multi core)
– Chế tạo CPU có hai hay nhiều nhân, xử lý vật lý hoạt
động song song với nhau, mỗi nhân đảm nhận những
công việc riêng biệt nhau

Bảo trì hệ thống - Chương 2

16


Phân loại CPU (tiếp)
Công nghệ (Intel® Turbo Boost)
– Là công nghệ nâng hiệu suất máy tính lên thêm 20%, giúp hệ
thống hoạt động nhanh hơn và kéo dài lượng pin, bằng cách tự
động điều chỉnh xung nhịp của từng nhân độc lập cho phù hợp
với nhu cầu xử lý.



Bảo trì hệ thống - Chương 2

17

So sánh CPU của Intel và AMD
Bộ xử lý

Tốc độ xung nhịp
(MHz)

So với

MMX

Cache trong

Đế cắm

Cyrix MediaGX

166,180, 200, 233,
266, 300…

Pentium MMX

có

16K

Socket 7

Cyric M II

300, 333, 350…

Pentium II
Celeron

có

64K

Socket 7

AMD – K6

166, 200, 233, 266

Pentium Pro
Pentium II

có

64K

Socket 7

AMD – K6/2

300, 333, 366,
380, 400, 450,475

Pentium II

có

64K

Super Socket 7

AMD – K6-III

400, 450

Pentium III

có

320K

Super Socket 7

ADM K7

500+

Pentium III

có

128K

Super Socket 7



Bảo trì hệ thống - Chương 2

18


2.2. Bộ nhớ
Bộ nhớ máy tính là nới lưu giữ lệnh và dữ liệu trước
khi thực hiện 1 chương trình. Sự phát triển của các
thiết bị nhớ gắn chặt với sự phát triển của MTĐT
Ở đây chỉ đề cập tới bộ nớ trong RAM và ROM

Bảo trì hệ thống - Chương 2

19

2.2.1. Bộ nhớ RAM
RAM – Random Access Memory là tập các thanh
ghi được đánh địa chỉ. Là nơi lưu lệnh và dữ liệu
của những quá trình xử lý đang được thực thi
RAM thường được bố trí gần CPU nhằm cải thiện
tốc độ truy xuất dữ liệu giữa CPU với thiết bị lưu trữ
ngoài.
Dữ liệu trên RAM không được lưu lại khi không còn
nguồn điện
Các thuộc tính quan trọng của RAM
– Dung lượng chứa
– Tốc độ Bus
– Tốc độ lấy dữ liệu


Bảo trì hệ thống - Chương 2

20


Phân loại RAM
Phân loại theo dạng khe cắm trên mainboard
– SIMM RAM (Single in-line memory module) – Sử dụng

nhiều trong thập niên 1980 ~ 1990. Có 72 chân
– DIMM RAM (Dual in-line memory module) – Sử dụng phổ
biến ngày nay.
•
•
•
•
•
•

172-pin MicroDIMM, used for DDR SDRAM
184-pin DIMM, used for DDR SDRAM
200-pin SO-DIMM, used for DDR SDRAM, DDR2 SDRAM
204-pin SO-DIMM, used for DDR3 SDRAM
214-pin MicroDIMM, used for DDR2 SDRAM
240-pin DIMM, used for DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, FBDIMM DRAM
• 244-pin MiniDIMM, used for DDR2 SDRAM


Bảo trì hệ thống - Chương 2

21

Phân loại RAM (tiếp)
SIMM RAM và DIMM RAM
SIMM RAM 30-pin

SIMM RAM 72-pin

DIMM RAM 168-pin

(SDRAM)
DIMM RAM 184-pin
(DDR SDRAM)


Bảo trì hệ thống - Chương 2

22


Phân loại RAM (tiếp)
Phân loại theo công nghệ chế tạo:
– DRAM (Dynamic RAM):
• Sử dụng các tụ điện để lưu dữ liệu. Vì các tụ điện có
xu hướng giải điện nên nên thông tin sẽ bị mất dần trừ
khi dữ liệu được "làm tươi" lại đều đặn.
• Có cấu trúc đơn giản (chỉ cần một transistor và một tụ
điện cho mỗi bit dữ liệu), giá thành rẻ.

– SRAM (Static RAM):
• Sử dụng các flip-flop (mạch nhớ có khả năng lật trạng
thái output tùy theo tác động của input) làm phần tử
nhớ cơ bản.
• Không cần thao tác “làm tươi” như RAM động và có tốc
độ nhanh hơn hẳn DRAM


Bảo trì hệ thống - Chương 2

23

Các loại DRAM
SDRAM - Synchronous Dynamic RAM Dùng xung tín
hiệu để đồng bộ hóa mọi thứ. Sử dụng phổ biến ngày
nay.
– Single Data Rate SDRAM (gọi tắt là RAM SD): 168-pin, sử dụng
trong các máy tính trang bị CPU Pentium III trở về trước.
– Double Data Rate SDRAM (gọi tắt DDRAM): 184-pin có tốc độ
tryền tải gấp đôi so với SDR nhờ sử dụng cả sườn lên và xuống
của xung nhịp để thực hiện đồng bộ.



Bảo trì hệ thống - Chương 2

24


Các loại DRAM (tiếp)
DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM)
– Thường gọi tắt là DDR2.
– Có 240 chân, xung nhịp 200/266/333/400/533 MHz

DDR 3 SDRAM(Double Data Rate 3 SDRAM)
– Gọi tắt là DDR3
– Có 240 chân, xung nhịp 400/533/666/800 MHz

RD RAM (Rambus Direct DRAM)
– Phát triển bởi hãng “Rambus” và có khả năng truyền
dữ liệu 16bit

– Sử dụng khe cắm RIMM (Rambus Inline Memory)
trên mainboard


Bảo trì hệ thống - Chương 2

25

Tốc độ RAM
Trên nhãn các thanh RAM thường ghi tốc độ gấp
đôi so với đồng hồ xung nhịp thực (vd: DDR2-800
làm việc ở xung nhịp thực 400MHz, DDR2-1066 và
DDR3 làm việc ở xung nhịp thực 533MHz…v.v.)
Tốc độ của RAM do Chip NorthBridge quyết định
Băng thông của RAM – thể hiện lượng dữ liệu có
thể truyền được từ mạch điều khiển sang RAM
trong 1 xung nhịp (Nhân tốc độ của RAM với 8 bit)
– Vd1: DDR2-800
có băng thông 6400 MB/s
tương thích với module bộ nhớ PC2-6400
– Vd2: DDR2-1333
có băng thông 10666 MB/s
tương thích với module bộ nhớ PC3-10666 hoặc
PC3-10600


Bảo trì hệ thống - Chương 2

26

Bảo trì hệ thống - Chương 2

27



Bảo trì hệ thống - Chương 2

28


Tóm tắt về RAM



Bảo trì hệ thống - Chương 2

29

Bộ nhớ ROM
Là bộ nhớ mà CPU chỉ có quyền đọc và thực hiện
chứ không có quyền thay đổi nội dung vùng nhớ.
Sử dụng transistor với các vị trí tắt/mở được quy
định sẵn, cố định và chỉ được ghi một lần với thiết
bị ghi đặc biệt. Khi những transistor này được thiết
lập, thì không thể thay đổi được.
Bộ nhớ ROM BIOS là một ví dụ tiêu biểu

Bảo trì hệ thống - Chương 2

30




Bảo trì hệ thống - Chương 2

31

Bộ nhớ ROM (tiếp)
ROM-BIOS là nơi chứa chương trình BIOS (Basic
Input/Output System - Hệ thống vào ra cơ bản) được
nhà sản xuất ghi sẵn. Tuy nhiên hiện nay đa số máy tính
sử dụng loại bộ nhớ có thể ghi lại được bằng xung điện
(flash memory)
BIOS còn chứa chương trình khởi động máy tính
(POST). Các tham số dành cho BIOS được lưu trong
chip RAM gọi là CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor - "Bán dẫn bù Oxit Kim loại") sử dụng 1
pin cấp nguồn để giữ thông tin gọi là pin CMOS được
gắn trên Mainboard.
Bộ nhớ ROM đắt tiền nên chúng được sử dụng cho
những mục đích nhất định

Bảo trì hệ thống - Chương 2

32


2.3. Các khe cắm mở rộng
Mỗi khe cắm sẽ được nối với bus tải tín hiệu.Vì
được thiết kế để phù hợp với các loại card mở rộng,
nên các khe cắm này được thiết kế theo nhiều
chuẩn khác nhau
Nhờ có các khe cắm này mà ta có thể bổ sung
nhiều tính năng mới cho máy tính thông qua các
card điều hợp
Các khe cắm mở rộng còn cung cấp một loạt các
chức năng điện tử phức tạp được đồng bộ với các
chức năng của bộ xử lý.



Bảo trì hệ thống - Chương 2

33

2.3. Các khe cắm mở rộng (tiếp)
AGP – Accelerated Graphics Port
– Có băng thông 32-bits.
– Chuẩn AGP nguyên thủy (AGP 1X) cung cấp tốc độ
truyền dữ liệu 264Mbytes/s, AGP 2X là 528 Mbytes/s,
AGP 4X là 1Gbytes/s, AGP 8X là 2Gbytes/s
– Sử dụng điện áp 3.3/1.5/0.8 V

Bảo trì hệ thống - Chương 2

34


2.3. Các khe cắm mở rộng (tiếp)
PCI – Peripheral Component Interconnect
– PCI là một loại kênh ngoại vi trên Mainboard được
thiết kế bởi Intel vào năm 1993 dùng để gắn các card
mở rộng cung cấp các đường truyền tốc độ cao giữa
CPU và các thiết bị ngoại vi (màn hình, mạng, đĩa
cứng ngoài…)
– Cung cấp khả năng “plug-and-play”.
– PCI cho phép chia sẻ ngắt hệ thông IRQ (Interrupt
Request) giữa các card với nhau.
– Thiết bị PCI hoạt động ở tần số 33Mhz với các đường
truyền có băng thông 32 hoặc 64 bits (PCI version2.1
hoạt động ở xung nhịp 66Mhz)


Bảo trì hệ thống - Chương 2

35



Bảo trì hệ thống - Chương 2

36


2.3. Các khe cắm mở rộng (tiếp)
PCI Express (viết tắt là PCIe)
– Nhanh hơn nhiều và được thiết kế để thay thế giao
diện PCI, PCI-X và AGP cho các card mở rộng và
card đồ họa
– Sử dụng nhiều kết nối song song trong đó mỗi kết nối
truyền một luồng dữ liệu tuần tự và độc lập với các
đường khác.
– PCIe 1.1 chuyển dữ liệu với tốc độ 250MB/s mỗi
hướng trên mỗi luồng, tối đa 32 luồng.
– Trên lý thuyết PCIe cho phép truyền tải tổng cộng
8GB/mỗi chiều.



Bảo trì hệ thống - Chương 2

37



Bảo trì hệ thống - Chương 2

38

2.4. Các vi điều khiển
Vi điều khiển là một "máy tính" được tích hợp trên
một chip, nó thường được sử dụng để điều khiển
các thiết bị điện tử.
Là một hệ thống gồm
– 1 vi xử lý hiệu xuất đủ dùng (không giống CPU – VXL
đa năng)
– Bộ nhớ chương trình (ROM), Bộ nhớ dữ liệu (RAM)
– Bộ định thời, các module vào/ra, Các module biến đổi
digtal  analog ...v.v.

Thường được dùng để xây dựng các hệ thống
nhúng. Có nhiều trong các thiết bị điện: máy giặt, lò
vi sóng, điện thoại, đầu DVD, dây truyền tự động
sx...


Bảo trì hệ thống - Chương 2

39

2.4. Các vi điều khiển (tiếp)
Vi điều khiển khác với các bộ xử lý đa năng (CPU)
ở chỗ là nó có thể hoạt động chỉ với vài mạch hỗ trợ
bên ngoài.
Các vi điều khiển chủ yế được xây dựng theo kiến
trúc Harvard (phân biệt rõ ràng bộ nhớ dữ liệu và bộ
nhớ chương trình, có những đường bus riêng để
truy cập vào bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương
trình)

Bảo trì hệ thống - Chương 2

40


Các họ vi điều khiển thông dụng
Họ vi điều khiển (VĐK) AMCC: Do Applied Micro
Circuits Corporation (từ tháng 5/4002 thì do IBM sx)
– 403 PowerPC CPU (năm 1994): sử dụng nhiều trong
RAID controllers, set-top boxes, network switches
– 405 405 PowerPC CPU (năm 1998): sử dụng nhiều
trong digital cameras, modems, set-top boxes…
– 440 PowerPC Book-E CPU (năm 1999): tốc độ
800MHz, cache L1 32KB, cache L2 up to 256 KB
– PowerPC 460 (năm 2006): giống với PPC 440 nhưng
tốc độ đạt 1.4GHz
– PowerPC 470(năm 2009) : tốc độ 1.8GHz, cache L2
up to 1MB


Bảo trì hệ thống - Chương 2

41

Các họ vi điều khiển thông dụng
Họ vi điều khiển Atmel: do Atmel Corporation –
thành lập 1984 sản xuất. Sử dụng nhiều trong chế

tạo touchscreen, wireless-tranceivers, LED driver
chip...
– Dòng 8051 ( 8031, 8051, 8751, 8951, 8032, 8052,
8752, 8952 )
– Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB)
– Dòng AT90, Tiny & Mega – AVR (Atmel Norway
design)
– Dòng Atmel AT89 (Kiến trúc Intel 8051/MCS51)
– Dòng MARC4



Bảo trì hệ thống - Chương 2

42


Các họ vi điều khiển thông dụng
Họ vi điều khiển Freescale Semiconductor: từ
năm 2004 được sản xuất bởi Motorola.
Họ vi điều khiển Fujitsu
Họ vi điều khiển Intel
–
–
–
–
–

80186/88
MCS96

MXS296
386EX
i960



16 bit

32 bit

Bảo trì hệ thống - Chương 2

43

Các họ vi điều khiển thông dụng
Họ vi điều khiển Microchip
–
–
–
–
–

PIC10F, PIC12F và một vài PIC16F (từ lệnh 12 bit)
PIC16Fxxx, PIC16F1xxx (từ lệnh 14 bit)
PIC18F (từ lệnh 16 bit)
PIC24F, PIC24E, PIC24H (bus 16 bit)
PIC32MX (xử lý dữ liệu 32 bit)

Họ vi điều khiển Philips Semiconductors
– LPC2000

– LPC900
– LPC700



Bảo trì hệ thống - Chương 2

44


THỰC HÀNH CHƯƠNG 2
Bo mạch chủ trên máy tính



Bảo trì hệ thống - Chương 2

45

Đọc các thông số của mainboard
baogia-phongvu(1).pdf



Bảo trì hệ thống - Chương 2

46


Các trường hợp lỗi không phải do mainboard

Khi bật công tắc nguồn, máy không lên màn hình
nhưng có tiếng bíp dài. Trường hợp này thường do
hỏng RAM hoặc Card màn hình.
Máy có báo phiên bản BIOS khi khởi động trên màn
hình nhưng không vào được Windows. Trường hợp
này thường do hỏng ổ đĩa.
Máy bị treo khi đang sử dụng. Trường hợp này
thường do lỗi phần mềm hoặc ổ đĩa bị lỗi sector.
Máy tự động chạy một số chương trình không theo
ý muốn của người sử dụng. Trường hợp này là do
vius.


Bảo trì hệ thống - Chương 2

47

Nhận dạng lỗi qua tiếng beep
AMI BIOS
– 1 tiếng bíp ngắn: test hệ thống đạt yêu cầu, nếu
không thấy gì trên màn hình
kiểm tra lại monitor và
card video trước tiên, xem đã cắm đúng chưa. Nếu
không thì một số chip trên bo mạch chủ của bạn có
vấn đề. Xem lại RAM và khởi động lại. Nếu vẫn gặp
vấn đề thì có khả năng bo mạch chủ đã bị lỗi. Bạn
nên thay bo mạch.
2 tiếng bíp ngắn: Lỗi RAM. Tuy nhiên, trước tiên hãy
kiểm tra card màn hình. Nếu nó hoạt động tốt thì bạn
hãy xem có thông báo lỗi trên màn hình không. Nếu

không có thì bộ nhớ của bạn có lỗi chẵn lẻ (parity
error). Cắm lại RAM và khởi động lại. Nếu vẫn có lỗi

Bảo trì hệ thống - Chương 2
48
thì đảo khe cắm RAM.




Bảo trì hệ thống - Chương 2

49