Máy tính điện tử

Máy tính điện tử được VnDoc sưu tầm và giới thiệu nhằm giúp các bạn nắm bắt kiến thức môn học một cách tốt hơn để có thể học và hoàn thành bài thi môn học một cách hiệu quả.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

1. Kiến trúc chung của máy tính điện tử

Kể từ khi bắt đầu xuất hiện (trong chiến tranh thế giới lần thứ hai), nhờ những tiến bộ khoa học kĩ thuật, MTĐT đã được hoàn thiện và cải tiến không ngừng. Tuy nhiên, trải qua nhiều thế hệ, MTĐT vẫn giữ nguyên cấu trúc cơ bản và nguyên lí hoạt động dựa trên Nguyên lí - J.Von Neumann. Sơ đồ cấu trúc logic của MTĐT được mô tả trên hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc logic của MTĐT

Các mũi tên trong sơ đồ kí hiệu việc trao đổi thông tin giữa các bộ phận của máy tính. Theo sơ đồ trên, cấu trúc của MTĐT gồm các khối chức năng cơ bản sau:

• Bộ xử lí trung tâm (CPU - Central Processing Unit): gồm hai bộ phận chính là bộ điều khiến (Cư - Control Unit) và bộ số học và logic (ALU - Arithmetic Logic Unit). Bộ điều khiển có chức năng điều khiển máy tính thực hiện các công việc theo chương trình đã định. Bộ điều khiển phải điều phối, đồng bộ hóa tất cả các thiết bị của máy tính để phục vụ yêu cầu xử lí do chương trình quy định. Bộ số học và logic có chức năng trực tiếp thực hiện các phép toán số học, logic theo chương trình quy định để thực hiện các thao tác xử lí thông tin.
• Bộ nhớ (Memory): là thiết bị dùng để lưu trữ các dữ liệu của máy tính. Bộ nhớ gồm hai loại: bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài. Bộ nhớ trong hay còn gọi là bộ nhớ chính, là nơi chương trình được đưa vào để thực hiện và là nơi lưu trữ dữ liệu đang được xử lí. Bộ nhớ ngoài hay còn gọi là bộ nhớ thứ cấp, dùng để lưu trữ lâu dài dữ liệu và hỗ trợ cho bộ nhớ trong.
• Các thiết bị ngoại vi (Peripheral Device): giúp máy tính giao tiếp với môi trường bên ngoài kể cả với người sử dụng. Các thiết bị ngoại vi gồm hai nhóm: các thiết bị vào dùng để đưa thông tin vào trong máy tính và các thiết bị ra dùng để đưa dữ liệu ra từ máy tính.

2. Bộ nhớ (Memory)

Bộ nhớ là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình. Bộ nhớ có các đặc trưng chính sau:

• Thời gian truy cập (access time) là khoảng thời gian cần thiết kể từ khi phát tín hiệu điều khiển đọc/ghi đến khi việc đọc/ghi dữ liệu hoàn thành. Thời gian truy cập là một yếu tố quyết định tốc độ chung của máy tính.
• Dung lượng bộ nhớ (memory capacity) chỉ khối lượng dữ liệu mà bộ nhớ có thể lưu trữ đồng thời.
• Độ tin cậy đo bằng khoảng thời gian trung bình giữa hai lần gặp lỗi.

Do cấu tạo, nhiệm vụ, tính chất hoạt động, mà các loại bộ nhớ của máy tính có các đặc điểm khác nhau.

Bộ nhớ trong

Bộ nhớ trong hay còn gọi là bộ nhớ chính (main memory) là nơi chương trình được đưa vào để thực hiện và là nơi lưu trữ dữ liệu đang được xử lí. Bộ nhớ trong của máy tính gồm hai phần: ROM (Read Only Memory - Bộ nhớ chỉ đọc) và RAM (Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên).

• RAM (Random Access Memory) là loại bộ nhớ có thể ghi và đọc dữ liệu trong lúc làm việc. Dữ liệu trong RAM phải nuôi bằng nguồn điện, khi tắt máy dữ liệu trong RAM sẽ bị mất đi. RAM gồm hai loại cơ bản DRAM (Dynamic RAM - RAM động) và SRAM (Static RAM - RAM tĩnh).
• ROM (Read Only Memory) là loại bộ nhớ cố định, chỉ đọc mà không ghi được dữ liệu. ROM chứa một số chương trình hệ thống được hãng sản xuất nạp sẵn. Dữ liệu trong ROM không xóa được. Các chương trình trong ROM thực hiện kiểm tra các thiết bị và tạo sự giao tiếp ban đầu của máy tính với các chương trình mà người dùng đưa vào để khởi động. Khi tắt máy, dữ liệu trong ROM không mất đi, khi bật máy các chương trình trong ROM có thể được thực hiện ngay.

Bộ nhớ trong bao gồm các ô nhớ liên tiếp được đánh số bắt đầu từ 0. Số thứ tự của một ô nhớ được gọi là địa chỉ của ô nhớ đó. Khi thực hiện chương trình, máy tính truy cập dữ liệu ghi trong ô nhớ thông qua địa chỉ của nó. Mỗi ô nhớ gồm nhiều ngăn nhớ, mỗi ngăn nhớ dùng để lưu trừ một bit. Số lượng bit của mỗi ô nhớ khác nhau theo từng loại máy. Phần lớn máy tính ngày nay dùng ô nhớ có độ dài 8 bit (1 byte). Byte là đơn vị thông tin thuận lợi cho xử lí dữ liệu văn bản vì có thể chứa vừa đủ mã một kí tự (28 = 256 bằng số kí tự trong bảng mã ASCII). Để thể hiện các dữ liệu dài hơn như số chẳng hạn, người ta sử dụng nhiều byte kế tiếp nhau. Ví dụ, để lưu trữ một số nguyên lớn, có thể dùng 4 ô nhớ byte kề nhau.

Hình 1.2. Hình ảnh địa chỉ hóa bộ nhớ trong

Trong khi làm việc, một máy tính có thể xử lí cả một nhóm byte. Dãy các bit nhớ dài nhất mà CPU có thể xử lí trong một lệnh cơ bản gợi là từ nhớ (word memory). Độ dài dãy từ nhớ trong các MTĐT là xác định, thường là 8, 16, 32,... bit (tương ứng với 1, 2, 3,... byte). Ví dụ, các máy tính dùng bộ xử lí Pentium của Intel có từ nhớ 32 bit, còn từ nhớ của máy tính dùng bộ xử lí Alpha hay bộ xử lí Itanium là 64 bit.

Mỗi ô nhớ trong máy tính có một địa chỉ riêng, nên có thể truy cập tới dữ liệu trong từng ô nhớ. Có hai thao tác cơ bản trên ô nhớ là đọc và ghi. Khi đọc, nội dung chứa trong ô nhớ không thay đổi. Khi ghi, nội dung có trong ô nhớ bị xóa và được lưu nội dung mới. Quá trình đọc/ghi được tiến hành như sau: Trước hết, CPU gửi địa chỉ của vùng nhớ cần đọc/ghi tới một mạch gọi là bộ giải mã địa chỉ. Sau đó, bộ giải mã này mở mạch nối trực tiếp với ô nhớ tương ứng. Nếu thao tác là đọc, nội dung dữ liệu trong vùng nhớ cần đọc sẽ được sao chép vào vùng nhớ phụ.

Nếu thao tác là ghi, dữ liệu trong vùng nhớ phụ được sao vào các ô nhớ của vùng nhớ cần ghi. Vùng nhớ phụ thường là các thanh ghi (register). Một vùng nhớ đặc biệt có tốc độ truy cập nhanh gọi là Cache. Vùng nhớ này đóng vai trò trung gian giữa RAM và các thanh ghi.

Bộ nhớ ngoài

Bộ nhớ ngoài dùng để lưu trữ lâu dài dữ liệu và hỗ trợ cho bộ nhớ trong. Khác với dữ liệu trong RAM chỉ tồn tại khi máy tính đang hoạt động, còn dữ liệu ghi trong bộ nhớ ngoài có thể tồn tại ngay cả khi tắt máy (không còn nguồn điện nuôi). Bộ nhớ ngoài gồm nhiều loại: đĩa cứng, đĩa CD, DVD, bộ nhớ flash,...

• Đĩa cứng (Hard disk): thường là một bộ gồm nhiều đĩa xếp chồng lên nhau. Chúng là các đĩa hợp kim được phủ vật liệu từ trên mặt để ghi thông tin. Mỗi mặt đĩa trong chồng đều có đầu (head) đọc/ghi riêng. Tốc độ đọc/ghi trên đĩa cứng rất cao, thời gian truy cập trung bình của các đĩa cứng chỉ khoảng 10 mi li giây. Bộ đĩa và bộ phận đọc/ghi đĩa được lắp đặt trong một hộp kín chắc chắn, đảm bảo cho đĩa không bị bụi, trầy xước khi va đập và khi đọc/ghi dữ liệu. Đĩa cứng có tuổi thọ rất cao và là bộ nhớ có dung lượng rất lớn, có thể tới hàng trăm GB thậm chí nhiều TB. Khi sử dụng đĩa cứng cần tránh va đập mạnh.

Hình 1.3 Đĩa cứng

• Đĩa quang (CD - Compact Disk): được làm bằng polycarbonate, phủ một lớp phin nhôm có tính phản xạ và một lớp bảo vệ. Đĩa quang được đọc bằng tia laser và ghi dữ liệu bằng phương pháp ép khuôn. Các đĩa quang thường chỉ được ghi một lần và vì thế thường được gọi là các đĩa CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory). Đĩa quang có ưu điểm là không thể bị nhiễm virus, thông tin trên đĩa không bị xóa một cách ngẫu nhiên; giá thành lưu trữ thông tin thấp. Đĩa quang thông dụng hiện nay có sức chứa khoảng 650MB. Khi sử dụng đĩa quang không nên cầm vào bề mặt đĩa.
• Đĩa DVD (Digital Video Disk): cũng là một loại đĩa quang nhưng có sức chứa gắp vài chục lần các đĩa CD-ROM. Khác với đĩa CD chỉ lưu trữ dữ liệu trên một mặt, đĩa DVD lưu trữ dữ liệu trên cả hai mặt. Vì có sức chứa lớn, đĩa DVD có thể ghi được một bộ phim kéo dài nhiều giờ.
• Bộ nhớ flash: bao gồm các ổ USB flash, các thẻ nhớ trong các thiết bị cầm tay như máy tính xách tay, điện thoại, máy ảnh, iphone, ipad,... Bộ nhớ này có đặc điểm là nhỏ gọn, có thể đọc/ghi dữ liệu nhiều lần, dung lượng bộ nhớ tương đối lớn (tới hàng chục GB), nhưng giá thành của nó đắt hơn so với đĩa CD, DVD rất nhiều lần.

-----------------------

Chúng tôi đã giới thiệu nội dung bài Máy tính điện tử về kiến trúc chung của máy tính điện tử, khái niệm và đặc điểm của bộ nhớ trong...

Trên đây, VnDoc đã giới thiệu tới các bạn Máy tính điện tử. Ngoài ra, các bạn có thể tham khảo thêm nhiều tài liệu Cao đẳng - Đại học cũng như Cao học khác để phục vụ quá trình nghiên cứu hiệu quả hơn.