BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ GIÁO TRÌNH AN TOÀN VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG (Lưu hành nội bộ) Huế, tháng 08 năm 2009 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH 2 1.1. Các thế hệ máy tính 2 1.2. Cấu trúc chung của máy vi tính 3 1.3. Các thành phần cơ bản của máy tính 3 1.4. Nguyên tắc hoạt động của máy tính 4 Chương 2: BỘ NGUỒN MÁY TÍNH 6 2.1. Chức năng 6 2.2. Các loại bộ nguồn 8 Chương 3: MAINBOARD 13 3.1. Chức năng 13 3.2. Các thành phần cơ bản trên Mainboard 13 3.3. Phân loại theo các thế hệ Mainboard thường sử dụng 20 4.1. Giới thiệu 28 4.2. Các yếu tố tác động đến hiệu suất của CPU 28 4.3 Sơ đồ cấu tạo của CPU 31 4.4. Nguyên lý hoạt động của CPU 32 4.5. Phân loại CPU 32 4.6. Cách cắm CPU vào Mainboard và thiết lập thông số 34 Chương 5: BỘ NHỚ 36 5.1. Bộ nhớ trong 36 5.2. Bộ nhớ ngoài 42 Chương 6: CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI THÔNG DỤNG 51 6.1. Màn hình 51 6.2. Bàn phím 53 6.3. Chuột 56 6.4. Máy in 61 Chương 7: QUY TRÌNH LẮP RÁP VÀ AN TOÀN, 67 VỆ SINH PHẦN CỨNG MÁY TÍNH 67 7.1. Các thiết bị, dụng cụ cần thiết 67 7.2. Quy trình lắp ráp 68 7.3. Quy tắc an toàn, vệ sinh phần cứng máy tính 70 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống 7.4. Quy trình vạn năng để chẩn đoán và giải quyết sự cố PC 71 Chương 8: GIỚI THIỆU VỀ BIOS VÀ CMOS 73 8.1. Giới thiệu BIOS 73 8.2. Giới thiệu CMOS 74 8.3. Thiết lập thông số cho RAM CMOS 74 8.4. Bảng các mã lỗi bip thông dụng 74 Chương 9: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM 78 9.1. Cài đặt phần mềm hệ thống 78 Chương 10: AN TOÀN VÀ BẢO MẬT HỆ THỐNG MÁY TÍNH 86 10.1. Các nguyên tắc an toàn và bảo mật hệ thống 86 10.2. Một số phần mềm bảo mật thông dụng 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống LỜI NÓI ĐẦU Môn học An toàn và bảo trì máy tính là một trong những môn học mang tính thực tiễn đối với sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin. Thông qua giáo trình này, chúng tôi muốn trình bày một số kiến thức mở rộng về cấu trúc của hệ thống máy tính, đồng thời cung cấp một số kinh nghiệm chẩn đoán và sửa chữa các lỗi phần cứng và phần mềm nhằm tạo điều kiện cho sinh viên nâng cao khả năng thực hành, ứng dụng vào thực tế. Nội dung giáo trình được chia làm 10 chương. Trong đó 7 chương đầu tiên trình bày chi tiết về các thành phần phần cứng máy tính như bo mạch chính, bộ vi xử lí, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi thường sử dụng… cũng như một số biện pháp chẩn đoán và khắc phục lỗi tương ứng. Ba chương còn lại trình bày về cài đặt, bảo trì các phần mềm như phần mềm hệ thống, phần mềm ứng dụng, vấn đề an toàn và bảo mật thông tin trên hệ thống, … Trong quá trình biên soạn giáo trình này, tác giả đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu về nội dung chuyên môn của các đồng nghiệp trong Khoa CNTT Trường Cao đẳng công nghiệp Huế. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý giá đó. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng giáo trình này không thể tránh khỏi những khuyết điểm. Tác giả mong muốn nhận các ý kiến đóng góp để hy vọng chất lượng giáo trình sẽ tốt hơn trong các lần tái bản sau. Huế, ngày 02 tháng 08 năm 2009 Hoàng Chí Dũng 1 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH 1.1. Các thế hệ máy tính Sự phát triển của máy tính được mô tả dựa trên sự tiến bộ của các công nghệ chế tạo các linh kiện cơ bản của máy tính như: bộ xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi, … Ta có thể nói máy tính điện tử số trải qua bốn thế hệ liên tiếp. Việc chuyển từ thế hệ trước sang thế hệ sau được đặc trưng bằng một sự thay đổi cơ bản về công nghệ. 1.1.1. Thế hệ đầu tiên (1946-1957) ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) là máy tính điện tử số đầu tiên do Giáo sư Mauchly và người học trò Eckert tại Đại học Pennsylvania thiết kế vào năm 1943 và được hoàn thành vào năm 1946. Giáo sư toán học John Von Neumann đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy tính IAS (Princeton Institute for Advanced Studies): chương trình được lưu trong bộ nhớ, bộ điều khiển sẽ lấy lệnh và biến đổi giá trị của dữ liệu trong phần bộ nhớ, bộ làm toán và luận lý (ALU: Arithmetic And Logic Unit) được điều khiển để tính toán trên dữ liệu nhị phân, điều khiển hoạt động của các thiết bị vào ra. Đây là một ý tưởng nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay. Máy tính này còn được gọi là máy tính Von Neumann. 1.1.2. Thế hệ thứ hai (1958-1964) Công ty Bell đã phát minh ra transistor vào năm 1947 và do đó thế hệ thứ hai của máy tính được đặc trưng bằng sự thay thế các đèn điện tử bằng các transistor lưỡng cực. Tuy nhiên, đến cuối thập niên 50, máy tính thương mại dùng transistor mới xuất hiện trên thị trường. Kích thước máy tính giảm, giá rẻ hơn, tiêu tốn năng lượng ít hơn. Vào thời điểm này, mạch in và bộ nhớ bằng xuyến từ được dùng. Ngôn ngữ cấp cao xuất hiện (như FORTRAN năm 1956, COBOL năm 1959, ALGOL năm 1960) và hệ điều hành kiểu tuần tự (Batch Processing) được dùng. Trong hệ điều hành này, chương trình của người dùng thứ nhất được chạy, xong đến chương trình của người dùng thứ hai và cứ thế tiếp tục. 1.1.3. Thế hệ thứ ba (1965-1971) Thế hệ thứ ba được đánh dấu bằng sự xuất hiện của các mạch kết (mạch tích hợp - IC: Integrated Circuit). Các mạch kết hợp có độ tích hợp mật độ thấp (SSI: Small Scale Integration) có thể chứa vài chục linh kiện và kết độ tích hợp mật độ trung bình (MSI: Medium Scale Integration) chứa hàng trăm linh kiện trên mạch tích hợp. 2 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Mạch in nhiều lớp xuất hiện, bộ nhớ bán dẫn bắt đầu thay thế bộ nhớ bằng xuyến từ. Máy tính đa chương trình và hệ điều hành chia thời gian được dùng. 1.1.4. Thế hệ thứ tư (1972-????) Thế hệ thứ tư được đánh dấu bằng các IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large Scale Integration) có thể chứa hàng ngàn linh kiện. Các IC mật độ tích hợp rất cao (VLSI: Very Large Scale Integration) có thể chứa hơn 10 ngàn linh kiện trên mạch. Hiện nay, các chip VLSI chứa hàng trăm triệu linh kiện. Với sự xuất hiện của bộ vi xử lý (microprocessor) chứa cả phần thực hiện và phần điều khiển của một bộ xử lý, sự phát triển của công nghệ bán dẫn các máy vi tính đã được chế tạo và khởi đầu cho các thế hệ máy tính cá nhân. Các bộ nhớ bán dẫn, bộ nhớ cache, bộ nhớ ảo được dùng rộng rãi. Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý của máy tính không ngừng được phát triển: kỹ thuật ống dẫn, kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao,… 1.2. Cấu trúc chung của máy vi tính Hình 1.1 Cấu trúc chung của máy tính 1.3. Các thành phần cơ bản của máy tính Khối xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit): nhận và thực thi các lệnh. Bên trong CPU gồm các mạch điều khiển logic, mạch tính toán số học, … 3 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Bộ nhớ (Memory): lưu trữ các lệnh và dữ liệu. Nó bao gồm 2 loại: bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài. Bộ nhớ thường được chia thành các ô nhớ nhỏ. Mỗi ô nhớ được gán một địa chỉ để CPU có thể định vị khi cần đọc hay ghi dữ liệu. Thiết bị ngoại vi (Input/Output): dùng để nhập hay xuất dữ liệu. Bàn phím, chuột, scanner, … thuộc thiết bị nhập; màn hình, máy in, … thuộc thiết bị xuất. Các ổ đĩa thuộc bộ nhớ ngoài cũng có thể coi vừa là thiết bị xuất vừa là thiết bị nhập. Các thiết bị ngoại vi liên hệ với CPU qua các mạch giao tiếp I/O (I/O interface). Bus hệ thống: tập hợp các đường dây để CPU có thể liên kết với các bộ phận khác. 1.4. Nguyên tắc hoạt động của máy tính Hình 1.2 Nguyên tắc hoạt động của máy tính CPU được nối với các thành phần khác bằng bus hệ thống nghĩa là sẽ có nhiều thiết bị cùng dùng chung một hệ thống dây dẫn để trao đổi dữ liệu. Do đó, để hệ thống không bị xung đột, CPU phải xử lý sao cho trong một thời điểm, chỉ có một thiết bị hay ô nhớ đã chỉ định mới có thể chiếm dụng bus hệ thống. Do mục đích này, bus hệ thống bao gồm 3 loại: - Bus dữ liệu (data bus): truyền tải dữ liệu 4 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống - Bus địa chỉ (address bus): chọn ô nhớ hay thiết bị ngoại vi - Bus điều khiển (control bus): hỗ trợ trao đổi thông tin trạng thái như phân biệt CPU phải truy xuất bộ nhớ hay ngoại vị, thao tác xử lý là đọc/ghi, … CPU phát tín hiệu địa chỉ của thiết bị lên bus địa chỉ. Tín hiệu này được đưa vào mạch giải mã địa chỉ chọn thiết bị. Bộ giải mã sẽ phát ra chỉ một tín hiệu chọn chip đúng sẽ cho phép mở bộ đệm của thiết bị cần thiết, dữ liệu lúc này sẽ được trao đổi giữa CPU và thiết bị. Trong quá trình này, các tín hiệu điều khiển cũng được phát trên control bus để xác định mục đích của quá trình truy xuất. 5 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Chương 2: BỘ NGUỒN MÁY TÍNH 2.1. Chức năng 2.1.1. Giới thiệu về nguồn máy tính Bộ nguồn là một thiết bị phần cứng quan trọng, cung cấp năng lượng hoạt động cho toàn hệ thống, có chức năng như bộ chuyển đổi nhằm hạ thế và chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) từ lưới điện thành dòng điện một chiều (DC) cung cấp cho các linh kiện điện tử trong thiết bị đó. 2.1.2. Các thành phần của bộ nguồn máy tính Hiện nay có 3 dạng chuyển đổi năng lượng điện thông dụng sau: - Chuyển từ AC sang DC: thường dùng làm nguồn cấp cho các thiết bị điện tử (adaptor, sạc pin…). - Chuyển từ DC sang DC (Convertor): chuyển đổi điện thế DC ra nhiều mức khác nhau. - Chuyển từ DC sang AC (Invertor): thường dùng trong các bộ lưu điện dự phòng (UPS,…). Các thành phần một bộ nguồn thông thường hoàn chỉnh sẽ có bao gồm các thành phần: - Bộ biến áp: hạ áp của điện lưới xuống một mức thích hợp cho thiết bị. Điện thế ra của biến áp vẫn là dạng điện xoay chiều nhưng có mức điện áp thấp hơn. Nó còn có nhiệm vụ cách ly cho thiết bị với điện thế lưới. - Bộ nắn điện (chỉnh lưu): chuyển đổi điện thế xoay chiều thành một chiều (DC). Chỉnh lưu còn gợn sóng, các mạch điện tử trong thiết bị chưa thể sử dụng được điện thế này. - Bộ lọc chỉnh lưu: thành phần chính là tụ điện có nhiệm vụ giảm gợn sóng cho dòng điện DC sau khi được chỉnh lưu. 6 Hình 2.1 Bộ nguồn máy tính Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống - Bộ lọc nhiễu điện: để tránh các nhiễu và xung điện trên lưới điện tác động không tốt đến thiết bị, các bộ lọc sẽ giới hạn hoặc triệt tiêu các thành phần này. - Mạch ổn áp: ổn định điện áp cung cấp cho thiết bị khi có sự thay đổi bởi dòng tải, nhiệt độ và điện áp đầu vào. - Mạch bảo vệ: làm giảm các thiệt hại cho thiết bị khi có các sự cố do nguồn điện gây ra quá áp, quá dòng, …). 2.1.3. Nguyên tắc hoạt động Tất cả các bộ nguồn của máy tính đều hoạt động dựa theo nguyên tắc nguồn chuyển mạch tự động (switching power supply) với cách thức hoạt động như sau: điện xoay chiều từ lưới điện được bộ chỉnh lưu nắn thành dòng điện một chiều chỉnh lưu. Dòng điện này được các bộ lọc gợn sóng (tụ điện có dung lượng lớn) làm cho bằng phẳng lại thành dòng điện một chiều cấp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung (transformer). Dòng điện nạp cho biến áp xung này được điều khiển bởi công tắc bán dẫn (transistor switching). Công tắc bán dẫn này hoạt động dưới sự kiểm soát của khối dò sai/hiệu chỉnh, từ trường biến thiên được tạo ra trên biến áp xung nhờ công tắc bán dẫn hoạt động dựa trên nguyên tắc điều biến độ rộng xung (PWM-Pulse Width Modulation). Xung điều khiển này có tần số rất cao từ 30~150Khz (tức là có từ 30 ngàn ~150 ngàn chu kỳ trong một giây). Tần số này được giữ ổn định và độ rộng của xung sẽ được thay đổi khi có sự hiệu chỉnh từ bộ dò sai/hiệu chỉnh. Từ trường đó cảm ứng lên các cuộn dây thứ cấp tạo ra các dòng điện xoay chiều cảm ứng (dạng xung) sẽ được các bộ chỉnh lưu sơ cấp nắn lại lần nữa. Sau đó, qua các bộ lọc sơ cấp, dòng điện một chiều tại đây đã sẵn sàng cho các thiết bị sử dụng. Để nhận biết được sai lệch về điện áp hay dòng điện của các đường điện thế ở các ngõ ra, từ đây sẽ có một đường hồi tiếp dò sai (feedback) đưa điện áp sai biệt về bộ dò sai/hiệu chỉnh. Khối này nhận các tín hiệu sai biệt và so sánh chúng với điện áp chuẩn, sau đó tác động đến công tắc bán dẫn bằng cách gia giảm độ rộng xung để hiệu chỉnh lại điện thế ngõ ra (ổn áp) hay cắt xung hoàn toàn làm bộ nguồn ngưng “chạy” trong các chế độ bảo vệ. Ưu điểm của bộ nguồn switching là gọn nhẹ (do hoạt động ở tần số cao nên có các linh kiện nhỏ gọn hơn), hiệu suất cao và có giá thành thấp. 7 [...]... có trên một hoặc hai đường điện chính (thậm chí không có) - Các chế độ bảo vệ khác: các bộ nguồn cao cấp còn có thêm một số chế độ bảo vệ khác như: quá dòng, quá tải, quá nhiệt cho bộ nguồn, quá nhiệt cho hệ thống Các chế độ bảo vệ này làm tăng độ an toàn, giá trị cho bộ nguồn và cho cả hệ thống 9 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống 2.2.3 Cách đo đường điện bộ nguồn máy tính Đo tại đầu 4 chân của... (Các thanh ghi): Nơi chứa các lệnh trước và sau khi xử lý Hình 4.5 Sơ đồ cấu tạo bên trong của CPU 31 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống 4.4 Nguyên lý hoạt động của CPU - CPU hoạt động hoàn toàn phụ thuộc vào các mã lệnh, mã lệnh là tín hiệu số dạng 0, 1 được dịch ra từ các câu lệnh lập trình, như vậy CPU sẽ không làm gì cả nếu không có các câu lệnh hướng dẫn - Khi chúng ta chạy một chương trình. .. lập sai tốc độ BUS cho CPU 27 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Chương 4: CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT) 4.1 Giới thiệu - CPU (Center Processor Unit) - Đơn vị xử lý trung tâm: Là một linh kiện quan trọng nhất của máy tính, được ví như bộ não của con người, toàn bộ quá trình xử lý, tính toán và điều khiển đều được thực hiện tại đây Hình 4.1: CPU Intel Core i7 Chương trình được thực thi gồm một dãy... yêu cầu: hỗ trợ tối đa đến mức độ nào đó cho CPU, tốc độ truyền của hệ thống bus nhanh hay chậm, có hỗ trợ tính năng 3D cho CPU hay không 13 Hình 3.1 Mainboard Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Hình 3.2: Chipset Hình 3.3 Các thế hệ Chipset của Intel Chipset nói chung gồm có 2 thành phần: Chipset cầu Bắc (North Bridge Chipset) và Chipset cầu Nam (South Bridge Chipset) - Chipset cầu Bắc có nhiệm... mainboard phụ thuộc vào chipset này - Chipset cầu Nam có nhiệm vụ quản lý các thiết bị ngoại vi, thông tin từ ngoài vào chipset cầu nam được đưa lên cầu bắc xử lý và trả kết quả về 14 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Hình 3.4 Chipset cầu Bắc (North Bridge Chipset) và Chipset cầu Nam (South Bridge Chipset) 3.2.2 Đế cắm bộ vi xử lý Công dụng: Giúp bộ vi xử lý gắn kết với mainboard Slot và Socket là hai... dạng: cổng đực có chân cắm và cổng cái có những lỗ tròn nhỏ để tiếp nhận chân cắm - Cổng song song (LPT1, LPT2): thường sử dụng cho máy in, máy quét - Cổng nối tiếp (COM1, COM2): thường sử dụng cho chuột và Modem - Cổng PS/2: Dùng cho chuột và bàn phím 16 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống - Cổng USB: là một loại cổng giao tiếp tín hiệu nối tiếp tổng quát thế hệ mới Công nghệ USB có nhiều ưu thế so... tuyệt đối cho hệ thống 22 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống - 2 Gigabit Ethernet LAN và chức năng Teaming 3.3.7 Những biểu hiện hư hỏng Mainboard Biểu hiện 1: Bật công tắc nguồn của Máy tính, máy không khởi động, quạt nguồn không quay Biểu hiện 2: Bật công tắc nguồn, quạt nguồn quay nhưng máy không khởi động, không lên màn hình Biểu hiện 3: Máy có biểu hiện thất thường, khi khởi động vào đến Windows... Rom, các Card mở rộng và thanh RAM ra khỏi Mainboard, chỉ để lại CPU trên Mainboard + Cấp nguồn, bật công tắc và quan sát các biểu hiện sau: 23 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống - Biểu hiện 1: Quạt nguồn quay, quạt CPU quay, có các tiếng bip dài ở loa => Điều này cho thấy Mainboard vẫn hoạt động, CPU vẫn hoạt động, có tiếng bíp dài là biểu hiện Mainboard và CPU đã hoạt động và đưa ra được thông báo... khi không có RAM và CPU, nếu đèn này không sáng nghĩa là Chipset trên Mainboard không hoạt động Các bước thực hiện kiểm tra Mainboard - Tháo tất cả các thiết bị ra khỏi Mainboard kể cả RAM và CPU - Cắm Card Test Main vào khe PCI (Vì khe này có 2 múi nên ta không thể cắm ngược) 25 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống - Cấp điện nguồn cho Mainboard và bật công tắc Power (Đấu dây Power vào đúng vị trí... xem chỉ dẫn trên Mainboard) - Lúc này chỉ có dãy đèn Led sáng, dựa vào các đèn Led cho ta biết tình trạng Mainboard như sau: Trạng thái chập nguồn hoặc Chipset không hoạt động Nếu Mainboard kiểm tra ở trạng thái bình thường, ta lắp CPU và RAM vào và bật nguồn kiểm tra lại 26 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống Hình 3.21 Đèn BIOS và OSC không sáng cho thấy CPU chưa hoạt động, nếu đã thay CPU tốt . mềm hệ thống 78 Chương 10: AN TOÀN VÀ BẢO MẬT HỆ THỐNG MÁY TÍNH 86 10.1. Các nguyên tắc an toàn và bảo mật hệ thống 86 10.2. Một số phần mềm bảo mật thông dụng 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Giáo trình. trình An toàn và bảo trì hệ thống LỜI NÓI ĐẦU Môn học An toàn và bảo trì máy tính là một trong những môn học mang tính thực tiễn đối với sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin. Thông qua giáo. mới có thể chiếm dụng bus hệ thống. Do mục đích này, bus hệ thống bao gồm 3 loại: - Bus dữ liệu (data bus): truyền tải dữ liệu 4 Giáo trình An toàn và bảo trì hệ thống - Bus địa chỉ (address