Cấu trúc máy tính gồm những thành phần nào

[Last Updated On: 17/08/2021]

Một máy tính bao gồm các bộ phận: Bộ xử lý trung tâm [CPU], Bộ nhớ [Memory], Bộ vào [Input Device] và Bộ ra [Output Device]. Cấu hình chuẩn của một máy vi tính bao gồm các bộ phận: màn hình, bàn phím, bộ vi xử lý [Microproceser], máy in [Printer], chuột [Mouse], ổ đĩa mềm [Driver], ổ đĩa CD và ổ USB.

– Bộ xử lý trung tâm [CPU – Central Processing Unit] là thành phần quan trọng nhất của máy tính, giúp xử lý các biểu tượng, chữ số, chữ cái,… đồng thời điều khiển các bộ phận khác của hệ thống. CPU chứa hai bộ phận chính:

+ Bộ số học và logic [ALU – Arithmetic Logic Unit] thực hiện các phép tính số học và logic cơ bản của máy tính như cộng, trừ, nhân, chia, xác định giá trị lớn hơn, nhỏ hơn… ALU có thể thực hiện các phép tính logic trên cả chữ số và chữ cái.

+ Bộ điều khiển [CU – Control Unit] không trực tiếp thực hiện các chương trình mà chứa các chỉ lệnh nhằm phối hợp và điều khiển các thành phần khác của hệ thống và phát tín hiệu để thực hiện chúng.

Ngoài ra, CPU còn có thêm một số bộ phận khác như thanh ghi [Register] và bộ nhớ truy cập nhanh [Cache]:

+ Thanh ghi là vùng nhớ đặc biệt được CPU sử dụng để lưu trữ tạm thời các lệnh và dữ liệu đang được xử lý. Việc truy cập đến thanh ghi được thực hiện với tốc độ rất nhanh.

+ Bộ nhớ truy cập nhanh đóng vai trò trung gian giữa bộ nhớ và các thanh ghi. Tốc độ truy cập đến bộ nhớ này khá nhanh, chỉ sau tốc độ thanh ghi.

– Bộ nhớ trong [hay còn gọi là Bộ nhớ chính – Main Memory] là nơi chương trình được đưa vào để thực hiện và nơi lưu trữ dữ liệu đang được xử lý. Bộ nhớ trong gồm hai phần:

+ Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên [RAM – Random Access Memory] là nơi cất giữ tạm thời dữ liệu và các chỉ lệnh trong quá trình xử lý. RAM có ba chức năng: chứa một phần hoặc toàn bộ các phần mềm cần thiết; lưu các chương trình hệ điều hành quản lý hoạt động của máy tính; chứa các dữ liệu chương trình đang sử dụng [chỉ lưu tạm thời dữ liệu hoặc chỉ lệnh chương trình, không giữ được nội dung khi tắt máy tính].

+ Bộ nhớ chỉ đọc [ROM – Read Only Memory] chứa một số chương trình hệ thống được hãng sản xuất cài đặt sẵn để thực hiện việc kiểm tra các thiết bị và tạo sự giao tiếp ban đầu của máy với các chương trình mà người dùng đưa vào để khởi động. Khi tắt máy tính dữ liệu trong ROM không bị mất đi. Nó được dùng để chứa những chương trình quan trọng hoặc thường dùng.

Các đặc tính của CPU và RAM rất quan trọng trong việc xác định tốc độ và năng lực xử lý của máy tính.

– Bộ nhớ ngoài [hay còn gọi là bộ nhớ thứ cấp – Secondary Memory] dùng để lưu trữ dữ liệu tương đối lâu dài bên ngoài CPU, ngay cả khi đã tắt máy tính. Những phương tiện lưu trữ thứ cấp thường là đĩa từ [đĩa cứng, đĩa mềm], đĩa quang [đĩa CD, đĩa DVD] và thiết bị nhớ flash. Để truy cập dữ liệu trên đĩa, máy tính có các ổ đĩa mềm, đĩa cứng, ổ đĩa CD, cổng giao tiếp

+ Đĩa cứng thường được gắn sẵn trong ổ đĩa cứng [Hard Disk Driver – HDD]. Loại đĩa này có dung lượng lớn và tốc độ đọc/ghi rất nhanh. Ngày nay, với các chuẩn giao tiếp ngoài như USB và FireWire, ổ đĩa cứng lắp ngoài cũng đã trở nên khá phổ biến và thông dụng với người dùng.

+ Đĩa mềm thường được sử dụng trước đây, còn ngày nay ít được sử dụng do một số nhược điểm: kích thước lớn, dung lượng lưu trữ thấp và dễ bị hư hỏng theo thời gian [chỉ dùng đối với một số máy tính đời cũ].

+ Đĩa CD [Compact Disk] sử dụng công nghệ laser lưu trữ dung lượng dữ liệu lớn dưới dạng nén, thích hợp cho các ứng dụng cần lưu trữ dữ liệu không đổi có dung lượng lớn hoặc ứng dụng có phối hợp văn bản, âm thanh và hình ảnh. Đĩa CD-R cho phép ghi dữ liệu một lần và đọc nhiều lần, còn CD-RW cho phép ghi đè dữ liệu lên nhiều lần.

+ Đĩa DVD [Digital Video Disk] cũng tương tự CD nhưng có khả năng chứa dữ liệu nhiều hơn hẳn CD. DVD cũng có nhiều loại như DVD-ROM [có dữ liệu chỉ có thể đọc mà không thể ghi], DVD-R [có thể ghi một lần, sau đó có chức năng như DVD-ROM], DVD- RW [chứa dữ liệu có thể xóa và ghi lại nhiều lần]…

+ Thiết bị nhớ flash sử dụng cổng giao tiếp USB nên thường được gọi là USB. Chúng có nhiều ưu điểm hơn hẳn các thiết bị lưu trữ khác như nhỏ gọn, dung lượng lưu trữ rất lớn [hiện nay lên đến 256GB] và khá tin cậy nên ổ USB hoàn toàn thay thế cho các ổ đĩa mềm cho các máy tính cá nhân được sản xuất trong những năm gần đây.

Ngoài ra, một số công ty lớn đang hướng tới các cơ sở hạ tầng lưu trữ mới bằng phương pháp nối mạng lưu trữ. Nối mạng lưu trữ [SAN – Storage Area Network] lắp đặt nhiều thiết bị lưu trữ vào một mạng tốc độ cao riêng biệt dành cho mục đích lưu trữ. SAN tạo ra một khu vực lưu trữ chung cho nhiều máy chủ giúp người sử dụng có thể nhanh chóng chia sẻ hoặc truy cập dữ liệu qua SAN. Phương pháp này khá tốn kém và khó quản lý nhưng rất có ích cho các công ty cần chia sẻ thông tin ở mức độ cao.

Việc tổ chức dữ liệu ở bộ nhớ ngoài và việc trao đổi dữ liệu ở bộ nhớ ngoài với bộ nhớ trong được thực hiện ở hệ điều hành.

– Thiết bị vào và thiết bị ra giúp người sử dụng tương tác với hệ thống máy tính. Thiết bị vào tập trung dữ liệu và chuyển đổi chúng thành dạng điện tử để máy tính xử lý, còn thiết bị ra hiển thị dữ liệu từ máy tính sau khi chúng đã được xử lý.

+ Thiết bị vào [Input Device] bao gồm: bàn phím [Key board – được sử dụng nhiều nhất để nhập dữ liệu]; chuột vi tính [Computer mouse – dùng định vị con trỏ với chọn lệnh]; màn hình cảm ứng [Touch screen – nhập dữ liệu bằng cách chạm ngón tay hoặc con trỏ vào màn hình]; nhận dạng ký tự quang [công cụ chuyển đổi những ký tự, mã số, dấu hiệu đặc biệt thành dạng số hoá, ví dụ như mã vạch]; máy quét hình kỹ thuật số [Digital scanner – tiến hành số hoá những văn bản và hình ảnh]; thiết bị xử lý âm thanh [như micro – số hoá âm thanh để xử lý trên máy tính]; webcam [camera kỹ thuật số – thu và truyền trực tuyến hình ảnh qua mạng]; cảm biến [Sensor – thu thập dữ liệu trực tiếp từ môi trường để nhập vào máy tính. Ví dụ trong nông nghiệp có thể giám sát độ ẩm và tưới nước khi cần thiết]; xác minh tần số video [Radio Frequency Identification – sử dụng các thẻ có gắn vi mạch để truyền thông tin về một vật và vị trí của nó. Ứng dụng trong giám sát giao thông và vật nuôi…].

+ Thiết bị ra [Output Device] bao gồm màn hình [Screen – hiển thị nội dung thông tin cần thiết để người sử dụng xem được]; máy in [Printer – in văn bản hoặc các hình ảnh ra giấy]; đầu ra âm thanh [Audio output – Thiết bị chuyển dữ liệu số thành âm thanh, ví dụ như loa]; máy chiếu [Projector – dùng để hiển thị nội dung màn hình máy tính lên màn ảnh rộng].

– Các tuyến bus cung cấp đường truyền dữ liệu và tín hiệu giữa CPU, bộ nhớ trong, bộ nhớ ngoài và các thiết bị khác của máy tính.

Cấu trúc chung của máy tính điện tử theo Von Neumann gồm những bộ phận nào?

Đề bài

Cấu trúc chung của máy tính điện tử theo Von Neumann gồm những bộ phận nào?

Lời giải chi tiết

Cấu trúc chung của máy tính gồm các khối chức năng: bộ xử lí trung tâm; thiết bị vào và thiết bị ra [thường được gọi chung là thiết bị vào/ra]. Ngoài ra, để lưu trữ thông tin, máy tính điện tử còn có thêm một khối chức năng quan trọng nữa là bộ nhớ.

*  Bộ xử lí trung tâm [CPU]

Bộ xử lí trung tâm có thể được coi là bộ não của máy tính. CPU thực hiện các chức năng tính toán, điều khiển và phối hợp mọi hoạt động của máy tính theo sự chỉ dẫn của chương trình.

*  Bộ nhớ

Bộ nhớ là nơi lưu các chương trình và dữ liệu.

Người ta chia bộ nhớ thành hai loại: bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài.

Bộ nhớ trong được dùng để lưu chương trình và dữ liệu trong quá trình máy tính làm việc.

Phần chính của bộ nhớ trong là RAM. Khi máy tính tắt, toàn bộ các thông tin trong RAM sẽ bị mất đi.

Bộ nhớ ngoài được dùng để lưu trữ lâu dài chương trình và dữ liệu. Đó là đĩa cứng, đĩa CD/DVD, thiết bị nhớ flash [thường được gọi là USB],... Thông tin lưu trên bộ nhớ ngoài không bị mất đi khi ngắt điện.

Một tham số quan trọng của thiết bị lưu trữ là dung lượng nhớ [khả năng lưu trữ dữ liệu nhiều hay ít].

Đơn vị chính dùng để đo dung lượng nhớ là byte [đọc là bai] [1 byte gồm 8 bit]. Các thiết bị nhớ hiện nay có thể có dung lượng nhớ lên tới nhiều tỉ byte. Do vậy, người ta còn dùng các bội số của byte để đo dung lượng nhớ như Ki-lô-bai [kí hiệu là KB], Mê-ga-bai [kí hiệu là MB], Gi-ga-bai [kí hiệu là GB], ...

* Thiết bị vào/ra [Input/Output -I/O]

Thiết bị vào/ra còn có tên gọi là thiết bị ngoại vi giúp máy tính trao đổi thông tin với bên ngoài, đảm bảo việc giao tiếp với người dùng. Các thiết bị vào/ra được chia thành hai loại chính: thiết bị nhập dữ liệu như bàn phím, chuột, máy quét,... và thiết bị xuất dữ liệu như màn hình, máy in, máy vẽ,...

Loigiaihay.com

a. Bộ xử lý trung tâm CPU [Central Processing Unit]

  CPU viết tắt của Central Processing Unit, tạm dịch là đơn vị xử lí trung tâm. CPU có thể được xem như não bộ, một trong những phần tử cốt lõi nhất của máy vi tính. Nhiệm vụ chính của CPU là xử lý các chương trình và dữ liệu. CPU có nhiều kiểu dáng khác nhau. Ở hình thức đơn giản nhất, CPU là một con chip với vài chục chân. Phức tạp hơn, CPU được ráp sẵn trong các bộ mạch với hàng trăm con chip khác.

Các thành phần cơ bản của CPU

    Đơn vị điều khiển [CU:Control Unit]: Điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn.

    Đơn vị số học và logic [ALU: Arithmetic And Logic Unit]: thực hiện các phép toán số học và logic trên các dữ liệu cụ thể.

    Tập thanh ghi [RF: Register File]: Lưu trữ các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU.

    Đơn vị nối ghép BUS[BIU: Bus Interface Unit]: kết nối và trao đổi thông tin giữa Bus bên trong và Bus bên ngoài CPU.

 Tốc độ xử lý của máy tính phụ thuộc vào tốc độ của CPU, nhưng nó cũng phụ thuộc vào các phần khác [như bộ nhớ trong, RAM, hay bo mạch đồ họa].

  Tốc độ CPU: có liên hệ với tần số đồng hồ làm việc của nó [tính bằng các đơn vị như MHz, GHz, ...]. Đối với các CPU cùng loại, tần số này càng cao thì tốc độ xử lý càng tăng. Đối với CPU khác loại, thì điều này chưa chắc đã đúng; ví dụ CPU Core 2 Duo có tần số 2,6GHz có thể xử lý dữ liệu nhanh hơn CPU 3,4GHz một nhân.

    Tốc độ CPU còn phụ thuộc vào bộ nhớ đệm của nó, ví như Intel Core 2 Duo sử dụng chung cache L2 [shared cache] giúp cho tốc độ xử lý của hệ thống 2 nhân mới này nhanh hơn so với hệ thống 2 nhân thế hệ 1 [Intel Pentium D] với mỗi core từng cache L2 riêng biệt. [Bộ nhớ đệm dùng để lưu các lệnh hay dùng, giúp cho việc nhập dữ liệu xử lý nhanh hơn]. Hiện nay công nghệ sản xuất CPU mới nhất là 22nm.

 Là loại bộ nhớ mà CPU có thể truy cập trực tiếp, có tốc độ cao và dung lượng thường nhỏ. Bộ nhớ trong chia làm 2 loại

    Bộ nhớ chính [Main Memmory]: Như ROM và RAM

    Bộ nhớ đệm Cache

    RAM [Random Access Memory], hay Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên:

 Tốc độ truy cập nhanh, lưu trữ giữ liệu tạm thời, dữ liệu sẽ bị mất vĩnh viễn khi không còn nguồn điện cung cấp.

     ROM [Read Only Memory], hay Bộ nhớ chỉ đọc:

 Lưu trữ các chương trình mà khi mất nguồn điện cung cấp sẽ không bị [xóa] mất. Ngày nay còn có công nghệ FlashROM tức bộ nhớ ROM không những chỉ đọc mà còn có thể ghi lại được, nhờ có công nghệ này BIOS được cải tiến thành FlashBIOS.

  Cache:

    Cache là tên gọi của bộ nhớ đệm – nơi lưu trữ các dữ liệu nằm chờ các ứng dụng hay phần cứng xử lý. Mục đích của nó là để tăng tốc độ xử lý. Cache là một cơ chế lưu trữ tốc độ cao đặc biệt. Nó có thể là một vùng lưu trữ của bộ nhớ chính hay một thiết bị lưu trữ tốc độ cao độc lập.

Cache cấu tạo bằng bộ nhớ tĩnh [SRAM] có tốc độ cao nhưng đắt tiền thay vì bộ nhớ động [DRAM] có tốc độ thấp hơn và rẻ hơn, được dùng cho bộ nhớ chính. Cơ chế lưu trữ bộ nhớ cache này rất có hiệu quả. Bởi lẽ, hầu hết các chương trình thực tế truy xuất lặp đi lặp lại cùng một dữ liệu hay các lệnh giống nhau. Nhờ lưu trữ các thông tin này trong Cache, máy tính sẽ khỏi phải truy xuất vào RAM vốn chậm chạp hơn.

   Một số bộ nhớ cache được tích hợp vào trong kiến trúc của các bộ vi xử lý. Chẳng hạn, CPU Intel đời 80486 có bộ nhớ cache 8 KB, trong khi Pentium là 16 KB. Các bộ nhớ cache nội [internal cache] như thế gọi là Level 1 [L1] Cache [bộ nhớ đệm cấp 1]. Các máy tính hiện đại hơn thì có thêm bộ nhớ cache ngoại [external cache] gọi là Level 2 [L2] Cache [bộ nhớ đệm cấp 2]. Các cache này nằm giữa CPU và bộ nhớ hệ thống RAM. Sau này, do nhu cầu xử lý nặng hơn và với tốc độ nhanh hơn, các máy chủ [server], máy trạm [workstation] và mới đây là CPU Pentium 4 Extreme Edition được tăng cường thêm bộ nhớ đệm L3 Cache.

c.Bộ nhớ ngoài

 - Có dung lượng lớn, để lưu các chương trình và dữ liệu lâu dài, như HDD, CDROM, Tape, ...

 - Các loại bộ nhớ dựa trên công nghệ FlashROM: Kết hợp với chuẩn giao tiếp máy tính USB [Universal Serial Bus] tạo ra các bộ nhớ máy tính di động thuận tiện và đa năng như: Các thiết bị giao tiếp USB lưu trữ dữ liệu, thiết bị giao tiếp USB chơi nhạc số, chơi video số; khóa bảo mật qua giao tiếp USB; thẻ nhớ... Dung lượng thiết bị lưu trữ FlashROM đã lên tới 32GB [Samsung công bố năm 2005], trong tương lai, có thể FlashROM sẽ dần thay thế các ổ đĩa cứng, các loại đĩa CD, DVD...

d.Hệ thống vào ra [Input Output System]

 Giúp máy tính trao đổi thông tin với thế giới bên ngoài, bao gồm hai hoạt động chính là nhận thông tin Input và gửi thông tin ra Output.

   Đầu vào [Input]: Các bộ phận thu nhập dữ liệu hay mệnh lệnh như là bàn phím, chuột...

   Đầu ra [Output]: Các bộ phận trả lời, phát tín hiệu, hay thực thi lệnh ra bên ngoài như là màn hình, máy in, loa, ...

 Thông qua hệ thống vào ra máy tính có thể trao đổi thông tin với thiết bị ngoài vi.

 Các thiết bị ngoại vi cơ bản:

 o Thiết bị vào: bàn phím, chuột, …

 o Thiết bị ra: máy in, màn hình,…

 o Thiết bị nhớ: đĩa từ, quang,….

 o Thiết bị truyền thông: Modem,…