VPIT – Giáo trình phần cứng máy tính – Chương V Tran g 1 CHƯƠNG V: KHE CẮM MỞ RỘNG VÀ CÁC LOẠI BUS I. Các khái niệm cơ bản : 1. Bus là gì ? Để khỏi nhức đầu về những từ chuyên môn, bạn chỉ cần biết một cách đơn giản là đường dẫn tín hiệu, dữ liệu nội bộ truyền trong máy tính từ bộ phận này đến bộ phận kia hoặc đến thiết bị ngoại vi. Vậy nó có đặc trưng là tần số làm việc tính theo MHz, nếu có mainboard nào nói Bus66/100/133 là nó có thể làm việc với các tần số 66/100 hoặc 133 MHz. 2. Cache là gì ? Hiểu đơn giản cache là một loại Ram đặc biệt, có tốc độ và vị trí khác Ram. Cache trước đây còn đặt trên mainboardboard với khe cắm riêng, hiện nay cache được tích hợp vào bộ xử lý. Cache có hai mức là L1 (bên trong bộ vi xử lý) và L2 (trong hoặc ngoài chip, nếu ngoài thì rất gần chip, thường chạy với một nửa xung nhịp bộ vi xử lý). Vậy cache gần CPU hơn Ram nên nó hiệu quả hơn ram. Để hiểu thêm về cơ cấu làm việc của CPU với Ram, cache, ta xem cơ cấu tìm kiếm dữ liệu như thế nào: Khi cần tìm kiếm dữ liệu, CPU tìm dữ liệu đó trước hết ở cache L1, nếu không thấy nó quay ra tìm ở cache L2, lại không thấy nữa thì tìm trên Ram, và vẫn không thấy, thất vọng quá nó đành tìm trên đĩa cứng. Như vậy cache càng lớn, Ram càng lớn thì dữ liệu được chuyển vào dần bên trong gần CPU hơn và thế nên CPU không phải chờ mỗi khi cần tìm kiếm một dữ liệu mới nên xử lý liên tục – khi đó chương trình của ta chạy nhanh hơn. Tuy nhiên không phải chip nào cũng có cache, và chúng có kích thước, tần số làm việc khác nhau theo từng loại chip. 3. ROM (Read Only Memory) là gì ? Ðây là loại bộ nhớ được dùng trong các hãng sản xuất là chủ yếu. Nó có đặc tính là thông tin lưu trữ trong ROM không thể xoá được và không sửa được, thông tin sẽ được lưu trữ mãi mãi. Nhưng ngược lại ROM có bất lợi là một khi đã cài đặt thông tin vào rồi thì ROM sẽ không còn tính đa dụng (xem như bị gắn "chết" vào một nơi nào VPIT – Giáo trình phần cứng máy tính – Chương V Tran g 2 đó). Ví dụ điển hình là các con "chip" trên motherboard hay là BIOS ROM để vận hành khi máy vi tính vừa khởi động. 4. ISA, PCI, AGP là gì ? Bạn thường nghe nói mainboardboard này 5 PCI, 2 ISA, AGP 4X mà bạn lại không hiểu chúng. Khi bạn mở thùng máy của bạn ra, thấy các thanh ngang màu đen, trắng, xám nằm song song nhau có khe ở giữa như có thể cắm một thứ gì mỏng vào đấy, thì chính là nó đấy – đây là hệ thống BUS mở rộng của máy tính, nó giúp cho máy tính cá nhân phát triển mạnh hơn. Bạn hình dung ra cái radio cổ lỗ của mình, trên mạch của nó chi chít linh kiện và chắc là không thể nâng cấp để nó chạy được đĩa CD hay VCD được rồi, nhưng với PC thì làm được điều này chính nhờ các khe cắm ấy. Nếu ai có cái máy hiệu “Compaq” thì sẽ chẳng thấy cardsound, card màn hình của mình ở đâu, chính là hãng Compaq đã tích hợp chúng trên mainboardboard, điều này có cái hay và có cái không hay. Hay là ở chỗ các linh kiện của chính hãng, được tích hợp và hoàn toàn tương thích nhau, nên chạy ổn định và bền. Không hay là ở chỗ nó không nâng cấp được, muốn chơi games 3D mà không làm sao được vì đòi hỏi phải có AGP 4X. Tích hợp sẵn, người ta thường gọi là “onboard”, vậy nếu mainboardboard có “sound onboard” là bạn mua mainboardboard đã có sẵn soundcard tích hợp trên mainboard, cũng có thể mainboard ghi: “MSI 5191 Ali Sound&Graphics ATX S7” thì có nghiã là tích hợp sẵn cả sound lẫn card màn hình. Trở lại vấn đề chính, Bus ISA là BUS cổ nhất, chậm nhất và có tần số làm việc là 8MHz rộng 16 bit, thường thấy dùng cho soundcard hoặc modem lắp trong, ngày nay ISA không đáp ứng được tốc độ của vi xử lý và các thiết bị ngoại vi nên bị xoá bỏ. PCI (Peripheral Component Interconnechương trình) là chuẩn mới hơn, có tần số BUS là 33 MHz và sau đó là 66 Mhz, rộng 32 hoặc 64 bit, hỗ trợ plug-and-play (“cắm là chạy”, cho phép máy tính tự động cài đặt và hiệu chỉnh các thẻ cắm mới từ HĐH Win95 trở đi). AGP (Accelerated Graphics Port) là một khe cắm dành riêng cho card hiển thị đồ hoạ cực nhanh nên PC chỉ có duy nhất một khe cắm này, AGP không thực sự là một BUS mở rộng, vi xử lý của card màn hình được cắm vào có thể truy cập bộ nhớ hệ thống (Ram) trực tiếp, BUS AGP bình thường làm việc với tần số 66MHz. 4. Slot, Socket là gì ? VPIT – Giáo trình phần cứng máy tính – Chương V Tran g 3 Đây là các tên gọi của các loại đế cắm chip khác nhau (chính vì có sự khác nhau đấy mà đã cản trở việc nâng cấp của bạn). Socket là loại đế cắm nằm, hình hộp chữ nhật mỏng (thường màu trắng), bạn nhìn vào socket sẽ thấy chi chít lỗ nhỏ nhiều hàng xung quanh thành một hình vuông. Slot thì có dạng khe (giống như khe cắm PCI, AGP vậy nhưng thường nằm vuông góc với nó). Socket thì có nhiều loại, máy đời cũ thường là Socket 7 (S7) mà các loại chip cắm trên nó là: Cyrix, Pentium MMX chạy với BUS66 (có loại super S7 chạy BUS100). Socket 8 chỉ dành riêng cho Pentium Pro (ra đời 95, BUS66, 150-200MHz) mà ít gặp trên thị trường. Socket 370 (do có 370 chân) thiết kế cho: Celeron, Pentium!!!. Socket A dành riêng cho AMD thế hệ sau. Slot thì có Slot 1 dành cho Pentium II (BUS66 cho Pentium II đời đầu 233-333MHz, BUS 100 cho đời sau 350-450HZ) và Pentium!!! 450 trở lên. Slot 2 dùng cho các loại Pentium Xeon (II, !!!) là loại dành riêng cho thị trường máy chủ và máy chất lượng cao, đa xử lý. 5. MMX là gì ? MMX (MultiMedia eXtensions) không phải là một cái gì đó thuộc phần cứng, có thể coi đây là một khái niệm chăng ?. Pentium MMX ra đời năm 87 là vi xử lý có thêm 57 lệnh mới dành riêng cho xử lý video, âm thanh và dữ liệu đồ hoạ (Multimedia). Như vậy MMX là công nghệ riêng của Intel, được thừa kế cho Pentium II và Pentium!!! (Celeron những phiên bản đầu không có những lệnh này). Nhân nói về lệnh tôi xin giải thích theo ý riêng về P!!! - Thực ra P!!! không có thay đổi cấu trúc gì so với PII mà chỉ thêm 70 lệnh mới (50 trong số đó để cải tiến các phép toán số thực dấu chấm động, 15 cho điều hành đa môi trường và 8 lệnh còn lại cho điều khiển cache, như vậy P!!! không có sự đột phá trong công nghệ nhiều lắm nên có lẽ Intel không dám đặt tên là Pentium III mà lại là Pentium và 3 dấu chấm than. Sau này Intel đã đột phá công nghệ thay dây dẫn nhôm bằng đồng (mã Coppermine), tích hợp L2 vào chip và chạy cùng tần số vi xử lý (cache L2 của PII nằm trên thẻ SEC của Slot nên vẫn nằm ngoài và chạy với tần số bằng một nửa chip) – nhưng vẫn là P!!! cho dù công nghệ này làm tăng tốc độ tối đa của chip có thể đến trên 1G. II. Các khe cắm mở rộng : Các khe cắm mở rộng (expansion slots) được lắp trực tiếp trên bản mạch in của bo mạch chủ. Tất cả các máy tính đều có các khe cắm mở rộng này nhằm cho VPIT – Giáo trình phần cứng máy tính – Chương V Tran g 4 phép hỗ trợ thêm nhiều thiết bị khác (như card màn hình, card âm thanh, card mạng, card TV, ). Một bo mạch chủ có thể có nhiều loại khe cắm mở rộng. Số lượng và loại khe cắm mở rộng trên máy tính biểu thị khả năng nâng cấp hệ thống trong tương lai. Thông thường, các khe cắm mở rộng bao gồm các loại sau : 1. ISA (Industry Standard Architecture): Đây là loại khe cắm mở rộng 16-bit được phát triển bởi IBM có tốc độ truyền trên bo mạch chủ là 8 MHz, có thể truyền dữ liệu tối đa 8 MB/s. Hiện nay, các khe cắm ISA đã trở nên lỗi thời và đã được thay thế bởi loại khe cắm PCI trong các hệ thống mới. Tuy nhiên, nhiều hãng sản xuất bo mạch chủ vẫn còn hỗ trợ 1 hoặc 2 khe cắm ISA trên bo mạch chủ của họ nhằm đảm bảo tính “tương thích ngược” với các card mở rộng cũ. Vào năm 1987, IBM đã giới thiệu loại khe cắm ISA 32-bit, có thể truyền dữ liệu tối đa 33 MB/s, được gọi là Extended ISA (EISA), thích hợp với các loại vi xử lý Pentium. EISA trở nên thông dụng trên thị trường máy tính. 2. MCA (Micro Channel Architecture): Là cấu trúc khe cắm mở rộng hoàn toàn khác với ISA. Bus MCA hổ trợ tính năng tự nhận dạng các card điều khiển được gắn vào (là tiền thân của tính năng Plug and Play). Bus MCA rộng 32 bit, tốc độ 10 MHz. Bus MCA ngày nay đã qua xưa nên chúng ta khó mà gặp được. 3. VESA (Video Electronics Standard Association): Sự ra đời giao diện đồ hoạ của phần mềm Windows yêu cầu màn hình có độ phân giải cao hơn và độ sâu về màu sắc lớn hơn, mà với card điều khiển màn hình được kết nối thông qua bus ISA thì có những giới hạn, bus VESA là sự cải tiến nhằm hỗ trợ điều đó. Bus VESA rộng 32 bit hoặc 64 bit. Tốc độ truyền trên bo mạch chủ là 33MHz, tốc độ truyền tải tối đa 150 MB/s. Bus này ngày nay cung trở nên lỗi thời. 4. PCI (Peripheral Component Interconnect): Đây là loại khe cắm 32-bit được phát triển bởi Intel. Với tốc độ truyền trên bo mạch chủ là 33 MHz, có thể truyền dữ liệu tối đa lên đến 528 MB/s, khe cắm PCI tạo nên sự cải tiến vượt trội so với loại khe cắm ISA hoặc EISA. Đối với PCI bus, mỗi card cắm thêm vào bo mạch chủ đều có chứa thông tin nhằm để CPU sử dụng cho việc cấu hình tự động. PCI bus là một trong ba thành phần cần thiết cho khả năng Cắm-và-Chạy (Plug-and-Play). Mục đích chính của PCI bus là cho phép truy cập trực VPIT – Giáo trình phần cứng máy tính – Chương V Tran g 5 tiếp đến CPU đối với các thiết bị như bộ nhớ và video. Khe cắm PCI thường được sử dụng trong các loại bo mạch chủ ngày nay. 5. AGP (Accelerated Graphics Port): Được phát triển bởi Intel, AGP là một bus tốc độ cao được dành riêng nhằm đáp ứng những nhu cầu cao của các phần mềm đồ hoạ. Khe cắm này được dành riêng cho các card chuyển đổi tín hiệu video (video adapters). Đây là cổng đồ họa chuẩn trong tất cả các hệ thống mới. Trong các bo mạch chủ có trang bị khe cắm AGP, chỉ có duy nhất một khe cắm AGP dành riêng hỗ trợ card màn hình, các khe PCI dùng để cắm những thiết bị khác. Hơi nhỏ hơn các khe cắm PCI màu trắng, khe cắm AGP thường có màu khác và được đặt phía trên các khe cắm PCI khoảng 1 inch. AGP có tốc độ truyền trên bo mạch chủ là 66 MHz, phiên bản mới nhất của AGP, AGP-8, được giới thiệu vào năm 1992, có tốc độ truyền dữ liệu khoảng 2.1-GB. Loại Tốc độ (MHz) Bit dữ liệu Dùng cho ISA 4.77, 8 8, 16 Các loại card mở rộng 8-bit. MCA 10 32 Đã lỗi thời. EISA 8 8, 16, 32 Hầu hết đã lỗi thời và được thay thế bởi các khe cắm PCI trong các hệ thống mới. VESA Local 33 32, 64 Được dùng thay ISA bus để thực hiện các xử lý video nhanh. Hiện nay cũng đã lỗi thời. PCI 33 32, 64 Card âm thanh, card mành hình, card mạng, modems, card chuyển SCSI, AGP 66 32 Chỉ dùng cho card màn hình Bảng 1-1 Tóm tắt những thông tin hữu ích của các loại khe cắm mở rộng thông dụng. III. Các loại BUS : Tất cả các thành phần cơ bản của máy tính đều được kết nối với nhau bởi các đường dẫn giao tiếp được gọi là BUS(ES). Bus hệ thống là các đường chạy song song truyền dẫn dữ liệu và các tín hiệu điều khiển từ một thành phần này đến một thành VPIT – Giáo trình phần cứng máy tính – Chương V Tran g 6 phần khác. Có thể xem những đường truyền dẫn đó trong các hệ thống máy tính hiện đại chính là những vết kim loại chạy trên bo mạch. Các loại bus hệ thống chính được định nghĩa dựa trên loại dữ liệu mà nó truyền dẫn. Bao gồm các loại sau : 1. Bus địa chỉ (Address bus): Đây là loại đường truyền dẫn một chiều (uni-directional). Chức năng của loại bus này là truyền dẫn các địa chỉ do CPU sinh ra đến bộ nhớ hoặc các phần tử I/O của hệ thống. Số lượng các đường dẫn trong bus định nghĩa kích cỡ của bus địa chỉ; hoặc nói cách khác, đó chính là số lượng các vị trí bộ nhớ và các phần tử I/O mà bộ vi xử lý có thể đánh địa chỉ. 2. Bus dữ liệu (Data bus): Không giống như bus địa chỉ, đây là loại đường dẫn hai chiều (bi-directional). Dữ liệu sẽ được truyền dẫn dọc theo bus dữ liệu từ CPU đến bộ nhớ trong thao tác GHI (write), ngược lại, dữ liệu có thể di chuyển từ bộ nhớ máy tính đến CPU trong thao tác ĐỌC (read). Tuy nhiên, khi có hai thiết bị cùng chiếm quyền sử dụng bus dữ liệu trong cùng một thời điểm, lỗi dữ liệu sẽ xuất hiện. Vì vậy, bất kỳ một thiết bị nào được kết nối đến bus dữ liệu đều có khả năng lưu tạm những dữ liệu cần xuất của thiết bị đó khi nó không được bao hàm trong một thao tác với bộ vi xử lý. Kích cỡ của bus dữ liệu được đo bằng bits. Hệ thống có bus kích cỡ lớn hơn sẽ nhanh hơn một hệ thống có kích cỡ bus thấp hơn. Thông thường, bus dữ liệu có kích cỡ là 8 bits hay 16 bits (trong hệ thống cũ) và 32 bits (trong hệ thống mới hơn). Trong thời điểm hiện nay, các hệ thống bus dữ liệu có kích cỡ 64 bits đang được xây dựng. 3. Bus điều khiển (control bus): Là loại bus dùng truyền dẫn những tín hiệu điều khiển và tín hiệu đồng hồ cần thiết để kết hợp tất cả các hoạt động của toàn hệ thống máy tính. Không giống như các thông tin được truyền dẫn bởi bus dữ liệu và bus địa chỉ, các tín hiệu của bus điều khiển không liên quan đến những dạng thông tin khác. Một số tín hiệu xuất ra từ CPU, số khác là các tín hiệu nhập từ các phần tử I/O của hệ thống chuyển đến CPU. Mỗi loại vi xử lý phát ra hoặc phản hồi lại chính nó một tập hợp các tín hiệu điều khiển. Hầu hết các tín hiệu điều khiển được sử dụng hiện nay gồm có : - Xung nhịp hệ thống (System clock – SYSCLK). - Đọc từ bộ nhớ (Memory read – MEMR). - Ghi lên bộ nhớ (Memory write – MEMW). VPIT – Giáo trình phần cứng máy tính – Chương V Tran g 7 - Đọc/ghi dòng (R/W line). - Đọc thông tin Nhập/Xuất (I/O Read - IOR). - Ghi thông tin Nhập/Xuất (I/O Write - IOW). . thể có nhiều loại khe cắm mở rộng. Số lượng và loại khe cắm mở rộng trên máy tính biểu thị khả năng nâng cấp hệ thống trong tương lai. Thông thường, các khe cắm mở rộng bao gồm các loại sau :. máy tính – Chương V Tran g 1 CHƯƠNG V: KHE CẮM MỞ RỘNG VÀ CÁC LOẠI BUS I. Các khái niệm cơ bản : 1. Bus là gì ? Để khỏi nhức đầu về những từ chuyên môn, bạn chỉ cần biết một cách đơn. ích của các loại khe cắm mở rộng thông dụng. III. Các loại BUS : Tất cả các thành phần cơ bản của máy tính đều được kết nối với nhau bởi các đường dẫn giao tiếp được gọi là BUS( ES). Bus hệ