Bài giảng Bảo trì hệ thống - Chương 1: Bảng mạch chính của máy tính - Nguyễn Lê Minh

BẢO TRÌ HỆ THỐNG Chương 1: BẢNG MẠCH CHÍNH CỦA MÁY TÍNH GV: Nguyễn Lê Minh Bộ môn: Công nghệ thông tin Nội dung 1. Các bộ vi xử lí 2. Bộ nhớ 3. Các khe cắm mở rộng 4. Các vi điều khiển 5. Thực hành Nội dung 1. Các bộ vi xử lí 2. Bộ nhớ 3. Các khe cắm mở rộng 4. Các vi điều khiển 5. Thực hành 1. Bộ vi xử lí 1. Bộ vi xử lí Tư vấn lắp đặt một Case máy tính chơi game ( xử lí đồ họa) tầm giá 15 triệu. 1. Bộ vi xử lí ■ Vỏ Case SAMA BLACK GOLD : 790 ngàn. ■ Main Asrock H110M - HDV dùng chipset Intel H110, Socket LGA1151 giá khoảng hơn 1 triệu 500 ngàn ■ CPU Intel Core I3 - 7100 Kaby lake giá 2 triệu 800 ngàn. ■ Ram Adata 8Gb DDR4 - 2133mhz giá 1 triệu 450 ngàn. ■ Ổ cứng HDD Seagate 1Tb 7200rpm giá 1 triệu 250 ngàn. ■ Card đồ họa MSI RX470 Armor 4G OC dùng chipset AMD Radeon, 4Gb GDDR5 giá khoảng 5 triệu. ■ Nguồn Thermaltake S TR2 550W- 80Plus giá khoảng 1 triệu 300 ngàn. (PhucAnh Smart World) 1. Bộ vi xử lí ■ Mainboard (Bo mạch chủ) viết tắt là Main hay còn được gọi với những cái tên khác như Motherboard, Mobd, Backplane board, Base board, System board... hoặc trên máy tính của Apple là Logic board. ■ Bo mạch chủ là một bảng mạch đóng vai trò nền tảng của một bộ máy tính, được đặt ở vị trí trung tâm thùng máy (Sase) ■ Là mạch tích hợp phức tạp nhất gồm rất nhiều transistor(các CPU thế hệ ngày nay có khoảng n x 10^8 transistor) 1. Bộ vi xử lí 2 loại bảng mạch thông dụng: AT cũ và ATX mới. 1. Bộ vi xử lí Loại bo hệ thống Mô tả AT - Loại bo hệ thống cổ xưa nhất - Bộ nối nguồn P8 và P9 - Kích thước 30.5 x 33 cm ATX - Chuẩn bo mạch chủ phố biến nhất - Chiều dài 30 cm, chiều rộng 17-24cm - 7 khe cắm mở rộng tối đa Mini-ATX - Các case chuẩn ATX đều hỗ trợ cho Mini-ATX - Chiều dài 28cm, chiều rộng 21cm Micro-ATX - Phù hợp với thùng máy cỡ nhỏ - Chiều dài 24cm, chiều rộng 17-24cm - 4 khe cắm mở rộng 1. Bộ vi xử lí 1. Bộ vi xử lí Trong một bảng mạch chính: – CPU và chipset đi kèm ( Southbridge và Northbridge) – Mạch xung nhịp hệ thống. – ROM BIOS. – Pin CMOS. – RAM. – Bus hệ thống với khe mở rộng. – Cổng. – Bộ nối nguồn. 1. Bộ vi xử lí Chipset:  1986, công ty Chip and Technologies giới thiệu chip đầu tiên Chip and Technologies hay còn gọi là CS8220.  Chipset nhanh chóng được các nhà sản suất khác sao chép. Các công ty như Acer, Arso, Opti, Suntac, Symphony, UMC, và VLSI chiếm thị phần lớn trong thị trường này.  Năm 1993, VLSI trở thành nhà sản suất chính trên thị trường chipset.  Intel bắt đầu sản xuất năm 1994. 1. Bộ vi xử lí Chipset: ■ Là một nhóm các mạch tích hợp (các chip) được thiết kế để làm việc cùng nhau và đi cùng nhau như một sản phẩm đơn. ■ Hai chip bo mạch chính: North Bridge (chip cầu bắc) và South Bridge (chip cầu nam). 1. Bộ vi xử lí ■ Chipset điều khiển cache nhớ, bus ngoài, và một số thiết bị ngoại vi. ■ Chipset là trạm liên lạc chính và là hệ thần kinh trung ương của PC. Bộ xử lý không thể liên lạc với bộ nhớ, các adapter, thiết bị mà không thông qua chipset. 1. Bộ vi xử lí Chip cầu bắc: North Bridge ■ Giao tiếp với CPU, RAM và card đồ họa ■ Phần lớn các chipset hiện đại dùng North Bridge dưới dạng một chip đơn. Chip cầu nam: South Bridge ■ Quản lý thiết bị ngoại vi, thông tin từ ngoài vào chipset cầu nam được đưa lên cầu bắc để xử lý và trả kết quả về. ■ Hoạt động với tốc độ thấp hơn và luôn tồn tại dưới dạng một chip đơn. 1. Bộ vi xử lí 1. Bộ vi xử lí CPU - Bộ não của máy vi tính. - Thực hiện tính toán, xử lí dữ liệu, điều khiển hoạt động của máy tính. - Gồm nhiều transistors, giao tiếp trực tiếp với bộ nhớ RAM, ROM thông qua địa chỉ vào ra. 1. Bộ vi xử lí CPU ■ 1971 – Intel 4004: Là chip 4-bit với 2.300 bóng bán dẫn đạt xung nhịp 740KHz. ■ 1974 – Intel 8080: Xung nhịp được đẩy lên 2MHz và có khả năng nhận diện được 64KB bộ nhớ 1. Bộ vi xử lí CPU ■ 1978 – Intel 8086: Là con chip x86 đầu tiên. Xung nhịp đạt 5MHz với 29K bóng bán dẫn. ■ 1982 – Intel 80286: Xung nhịp 6MHz -25MHz. Chip có 134K bóng bán dẫn và không gian địa chỉ 16MB 1. Bộ vi xử lí CPU ■ 1993 – Intel Pentium Là chip siêu vô hướng. Xung nhịp 60MHz - 300MHz. 3.1 triệu bóng bán dẫn ■ 1997 – Intel Pentium II Có 7.5 triệu bóng bán dẫn, xung nhịp đạt 233MHz đến 450MHz. 1. Bộ vi xử lí CPU ■ 2000 – Intel Pen 4 Sử dụng kiến trúc Netburst, xung nhịp 1.4GHz - 3.8GHz. Tích hợp 42 triệu Transistor ■ 2003 – Intel Pentium-M (Centrino) Thiết kế cho dòng laptop. Có xung nhịp 900MHz và tích hợp 77 triệu transistor 1. Bộ vi xử lí CPU ■ 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. 1. Bộ vi xử lí CPU ■ 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 1. Bộ vi xử lí Phân loại CPU ■ Tốc độ: tần số tại đó nó thực thi các chỉ lệnh. ■ Bộ nhớ Cache: nơi chứa dữ liệu trước và sau khi dữ liệu được CPU xử lý. ■ Điện thế: lượng điện thế được cung cấp cho CPU bởi bảng mạch chính. 1. Bộ vi xử lí 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. 1. Bộ vi xử lí Công nghệ chế tạo CPU ■ 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 1. Bộ vi xử lí Công nghệ chế tạo CPU ■ 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. 1. Bộ vi xử lí Nhân Tốc độ tối thiểu Tốc độ tối đa Điện năng sử dụng Giá Core i9 7960X 16 2.8 Ghz 4.2 Ghz 165W 1649$ Threadripper 1950X 16 3.4 Ghz 4.0 Ghz 180W 799$ Core i5 7600K 4 3.8 Ghz 4.2 Ghz 91W 243$ Ryzen 5 1600X 6 3.6 Ghz 4.1 Ghz 95W 249$ Core i7 4770K 4 3.5 Ghz 3.9 Ghz 84W 490$ Ryzen 7 1700X 8 3.4 Ghz 3.8 Ghz 95W 302$ Nội dung 1. Các bộ vi xử lí 2. Bộ nhớ 3. Các khe cắm mở rộng 4. Các vi điều khiển 5. Thực hành 2. Bộ nhớ ■ Bộ nhớ máy tính là nơi 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. ■ Về mặt vật lý: bộ nhớ là tập hợp các mạch IC để lưu dữ liệu và các thông tin chương trình theo chuỗi các số 0 hoặc 1 2. Bộ nhớ ■ Bộ nhớ 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, mất khi tắt nguồn hoặc khởi động lại ■ RAM thường được bố trí gần CPU nhằm cải thiện tốc độ truy xuất dữ liệu giữa CPU với thiết bị lưu trữ ngoài. ■ Các thuộc tính quan trọng của RAM – Dung lượng chứa – Tốc độ Bus – Tốc độ lấy dữ liệu 2. Bộ nhớ Các thuộc tính kĩ thuật của RAM: • Tốc độ Bus (MHz): tốc độ truy cập dữ liệu vào Ram • Dung lượng chứa: tính bằng MB dung lượng càng lớn chứa càng nhiều. • Độ trễ (Latency): càng thấp thì truy xuất càng nhanh • Tần số làm tươi. 2. Bộ nhớ Phân loại RAM Theo khe cắm Theo công nghệ 2. Bộ nhớ Theo khe cắm: ■ 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. SIMM DIMM 2. Bộ nhớ Theo công nghệ chế tạo DRAM (Dynamic RAM): Ram động ■ 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): Ram tĩnh ■ 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. 2. Bộ nhớ ■ SDRAM - Synchronous Dynamic RAM: Dùng xung tín hiệu để đồng bộ hóa mọi thứ. Sử dụng phổ biến ngày nay. ■ 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. 2. Bộ nhớ Tốc độ 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) ■ Ví dụ: - DDR-400 (PC-3200) 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth. - DDR2-800 (PC2-6400) 400 MHz bus với 6400 MB/s bandwidth. - DDR3-2133 (PC3-17000) 2133 MHz bus với 17064 MB/s bandwidth. - DDR4-3200 (PC4-25600) 3200 MHz bus với 25600 MB/s bandwidth. 2. Bộ nhớ ■ SDRAM - Synchronous Dynamic RAM: Dùng xung tín hiệu để đồng bộ hóa mọi thứ. Sử dụng phổ biến ngày nay. ■ 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. 2. Bộ nhớ ■ ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ mà CPU chỉ có quyền đọc và thực hiện không có quyền thay đổi nội dung vùng nhớ. ■ Là chip nhớ sử dụng transistor với các vị trí tắt/mở được quy định sẵn. ■ ROM được sử dụng để ghi các chương trình khởi động, chương trình kiểm tra thiết bị tiêu biểu là Rom-BIOS. 2. Bộ nhớ • Bộ nhớ ROM-BIOS chứa các chương trình khởi động máy: 1. POST(Power On Self Test): kiểm tra CPU, RAM và các cấu kiện lắp vào Mainboard 2. BIOS (Basic Input Output System):sao chép các chương trình vào ra cơ sở của BIOS vào RAM cho hệ điều hành sử dụng. 3. Chương trình khởi động Booting, tìm đọc Boot Sector của ổ đĩa để bắt đầu đọc HĐH xuống. Nội dung 1. Các bộ vi xử lí 2. Bộ nhớ 3. Các khe cắm mở rộng 4. Các vi điều khiển 5. Thực hành 3. Các khe cắm mở rộng ■ Khe cắm ISA, EISA, VL-BUS ■ PCI(Peripheral Component Interconnect), ■ AGP (Accelerated Graphic Port) ■ PCI express 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. 3. Các khe cắm mở rộng ■ AGP - Accelerated Graphics Port : – Có băng thông 32-bits. – Chuẩn AGP nguyên thủy (AGP 1X) cung cấp tốc độtruyền 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 3. Các khe cắm mở rộng 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) 3. Các khe cắm mở rộng 3. Các khe cắm mở rộng 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. 3. Các khe cắm mở rộng Nội dung 1. Các bộ vi xử lí 2. Bộ nhớ 3. Các khe cắm mở rộng 4. Các vi điều khiển 5. Thực hành 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. 4. Các vi điều khiển ■ 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 yếu 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) 4. Các vi điều khiển Một số họ vi điều khiển: – 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 độ1.8GHz, cache L2 up to 1MB 4. Các vi điều khiển ■ 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 4. Các vi điều khiển ■ 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) Nội dung 1. Các bộ vi xử lí 2. Bộ nhớ 3. Các khe cắm mở rộng 4. Các vi điều khiển 5. Thực hành 5. Đọc thông số Mainboard ASUS Intel 915GV P5GL-MX, Socket 775/ s/p 3.8Ghz/ Bus 800/ Sound& VGA, LAN onboard/PCI Express 16X/ Dual 4DDR400/ 3 PCI/ 4 SATA/ 8 USB 2.0.