Máy tính và hệ điều hành nào được sử dụng để làm những công việc phức tạp?

Trong lĩnh vực như nghiên cứu về vũ trụ, hoặc tính toán đường bay của tên lửa, hay phi thuyền không gian thì người ta sử dụng loại máy tính và hệ điều hành như thế nào nhỉ? Bởi yêu cầu đòi hỏi phải xử lý thông tin nhiều, nhanh, và độ chính xác cao. Mong Thầy và các bạn giúp đỡ.

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công ty nổi tiếng chuyên sản xuất PC, như IBM, Dell, Compact, HP … Ở Việt Nam, chúng ta phần lớn dùng hàng lắp ráp có nguồn gốc từ Đông Nam Á hoặc từ Trung Quốc. Ngày nay máy vi tính đã trở thành một thiết bị hữu dụng và không thể thiếu đối với mỗi doanh nghiệp, với mỗi cơ quan. Tuy nhiên không phải ai đã từng sử dụng máy vi tính đều nắm bắt được kiến trúc của nó. Một câu hỏi thường được đặt ra là, trong một máy tính PC thông thường nó sẽ gồm những thiết bị nào và chúng hoạt động ra làm sao? Chúng ta sẽ cùng nhau làm rõ từng phần của câu hỏi.

Một máy tính cá nhân sẽ gồm các thành phần cơ bản sau:
- PC Tower ta thường được gọi là CPU hay case.
- Màn hình (monitor)
- Bàn phím (Keyboard)
- Chuột (Mouse)
- Loa (Speaker)
…
Trong các thành phần trên thì CPU là quan trọng hơn cả; nó quyết định đến tốc độ, hiệu năng, khả năng xử lý của máy vi tính. Tại sao PC lại có sức mạnh to lớn đến thế? Chúng ta sẽ cùng nhau xem xét cấu tạo bên trong của nó để từ đó đưa ra câu trả lời thích hợp. Một CPU Tower sẽ có các thành phần cơ bản sau:

• CPU (Central Processing Unit - Bộ xử lý trung tâm): Đây có thể coi là thiết bị quan trọng bậc nhất , đóng vai trò là bộ não của máy vi tính. Nhận dữ liệu để tính toán, xử lý, rồi gửi kết quả ra các thiết bị tương ứng như màn hình, ổ cứng, máy in … Tốc độ xử lý của CPU là nhân tố quyết định tốc độ làm việc của PC. Một số loại CPU mà chúng ta thường gặp như Pentium I, II, III, 4; celeron … Trên thế giới Intel và AMD là hai công ty lớn nhất chuyên sản xuất CPU.

• Memory - bộ nhớ: Khi nói về bộ nhớ của máy vi tính chúng ta phải hiểu đó là bộ nhớ trong gồm RAM (Read Access Memory - bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên), ROM (Read Only Memory – Bộ nhớ chỉ cho phép đọc), BIOS (Basic Input/Output system - hệ thống vào ra cơ bản), Caching - bộ nhớ đệm. Bộ nhớ trong thường có dung lượng lưu trữ thấp, nhưng tốc độ xử lý rất nhanh. Trong quá trình hoạt động CPU sẽ sử dụng bộ nhớ trong để nạp các thông tin cần xử lý vào đó. Với máy vi tính bộ nhớ trong càng lớn thì tốc độ xử lý sẽ càng cao.

• Bộ nhớ ngoài: Cần phân biệt bộ nhớ trong với bộ nhớ ngoài, bộ nhớ ngoài thường có dung lượng lưu trữ rất lớn, tuy nhiên tốc độ xử lý lại chậm; đĩa cứng, CD Room, USB chính là những thiết bị lưu trữ ngoài.

• Motherboard – bo mạch chủ: Khi mở tung một chiếc CPU quan sát thấy một bảng mạch điện tử rất lớn, trên đó cắm rất nhiều thiết bị khác nhau. Bảng mạch điện tử đó gọi là main hay bo mạch chủ.

Trên motherboard này ta quan sát thấy có khe cắm Socket cho bộ xử lý (CPU), có khe cắm cho Memory (RAM), có BIOS và nhiều khe cắm khác mà chúng ta sẽ nghiên cứu ở phần tiếp theo (ví dụ: IDE – cho ổ cứng, AGP – cho card màn hình, các bus tốc độ cao PCI …)

• Slot – khe cắm: bản chất nó như một ổ điện nhiều chân được dùng làm chỗ cắm cho các thiết bị. Các slot này đều nằm trên bo mạch chủ, được phân thành các khối khác nhau:

+ IDE - Integrated Drive Electronics: Slot này dùng để cắm ổ cứng, ổ đĩa mềm hoặc CD Rom.
+ AGP - Accelerated Graphics Port: slot này dùng để kết nối card màn hình với máy vi tính, có tốc độ rất lớn do việc xử lý hình ảnh đòi hỏi tốc độ cao.
+ SCSI - Small computer system interface: Slot này dùng để cắm thêm các thiết bị khác vào máy vi tính, chẳng hạn như máy scanner.

• Sound card – card âm thanh: Đây là thiết bị dùng để ghi và phát ra âm thanh, về bản chất nó thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu âm thanh từ tương tự sang tín hiệu số và ngược lại.

• Graphic card – card đồ hoạ: Đây là thiết bị giúp hiển thị hình ảnh, màu sắc trên màn hình. Về bản chất nó chuyển đổi dữ liệu hình ảnh thành những khuôn dạng sao cho có thể hiển thị được.

Ngày nay trên motherboard người ta thường tích hợp (on – chip) các card âm thanh và card đồ hoạ. Khi cài đặt hệ điều hành ta cần chú ý cài đặt driver cho hai loại card này, khi đó chúng ta mới có thể hiển thị hình ảnh đa màu sắc cũng như có thể nghe được những file ca nhạc yêu thích.
Ở phía sau CPU ta quan sát thấy có khá nhiều cổng nối khác nhau, có thể là cổng PS/2 dùng để nối chuột và bàn phím. Cổng USB, cổng nối tiếp Serial, cổng song song Parallel, cổng mạng network, cổng VGA để nối với màn hình, cổng để cắm loa, mic, cổng nối modem dial up, một quạt khá lớn để làm mát cho CPU, một nguồn Power Supply để cung cấp điện…

Như vậy ta đã xét một cách khái quát các thành phần cơ bản bên trong CPU Tower. Nó gồm một bo mạch chủ để liên kết các thiết bị, một khối xử lý trung tâm (CPU) để xử lý dữ liệu, bộ nhớ trong (RAM, ROM, BIOS, Caching) để lưu trữ các thông tin đang được xử lý, graphic card, sound card để xử lý hình ảnh và âm thanh, bộ nhớ ngoài (ổ cứng, đĩa mềm, CD ROM) để chứa dữ liệu dung lượng lớn, các khe cắm (AGP, IDE, SCSI) để ghép nối các thiết bị như máy in, máy scanner, camera, máy ảnh… Nhìn chung CPU Tower là một khối thiết bị đa dạng và phức tạp, đóng vai trò quyết định hiệu năng, tốc độ của máy vi tính. CPU Tower sẽ nhận dữ liệu từ khối thiết bị vào (bàn phím, chuột …) sau đó sẽ xử lý dữ liệu và gửi kết quả ra khối thiết bị ra (màn hình, máy in, loa, … ) hoặc lưu trữ trong bộ nhớ ngoài (ổ cứng, CDROM, đĩa mềm …)

Như vậy chúng ta đã nắm bắt được những thành phần, những thiết bị cơ bản nhất của một chiếc máy vi tính thông thường.

Sau khi ấn nút khởi động trên PC Power dòng điện sẽ được cung cấp và PC bắt đầu hoạt động.
Phần mềm BIOS (Basic Input/Output System - hệ thống vào ra cơ bản) được nạp sẵn trong bộ nhớ BIOS, bắt đầu làm việc. Đầu tiên nó sẽ gọi chương trình POST (Power On Self Test ). Chương trình này sẽ kiểm tra các thành phần của máy vi tính xem tình trạng của nó ra sao? Có bị thiếu hoặc bị trục trặc gì không? Các thông tin chi tiết được hiển thị ra màn hình dưới dạng text – ký tự. Đầu tiên nó sẽ kiểm tra bộ vi xử lý, bằng cách cho chạy thử vài thao tác cơ bản, sau đó POST sẽ đọc bộ nhớ CMOS (ROM), trong đó lưu trữ thông tin về dung lượng bộ nhớ, các kiểu ổ đĩa dùng trong máy. Tiếp theo POST ghi và đọc ra một số mẫu dữ liệu khác nhau đối với từng byte bộ nhớ - bạn có thể nhìn thấy các byte được hiển thị trên màn hình. Cuối cùng, POST tiến hành kiểm tra thông tin với từng thiết bị, bạn sẽ thấy các đèn báo ở bàn phím, ổ đĩa sáng nhấp nháy …

BIOS sẽ tìm chương trình bootstrap loader lần lượt trong các thiết bị (đĩa mềm, đĩa cứng, CD ROM);thứ tự tìm được thiết lập trong CMOS. Chương trình Bootstrap loader có nhiệm vụ nạp hệ điều hành được lưu trữ trong bộ nhớ ngoài (ổ cứng …) vào bộ nhớ trong (RAM). Tiếp theo bootstrap loader phân chia bộ nhớ thành vùng nhớ dàng cho hệ điều hành, vùng nhớ dành cho thông tin người dùng, vùng nhớ dàng cho các chương trình ứng dụng. Cuối cùng nó trao quyền điều khiển lại cho hệ điều hành.
Hệ điều hành bản chất là một chương trình rất phức tạp dùng để quản lý tài nguyên của máy vi tính. Mỗi khi được nạp vào bộ nhớ trong, nó sẽ thực hiện các nhiệm vụ chính sau:

Quản lý CPU – phân chia công việc, quản lý thời gian, hiệu suất hoạt động của CPU
Quản lý bộ nhớ - Xác định luồng dữ liệu vào ra bộ nhớ trong RAM, quyết định khi nào cần lấy một phần bộ nhớ ngoài để làm bộ nhớ ảo…
Quản lý thiết bị - Cung cấp giao diện kết nối giữa các thiết bị ngoài với máy vi tính. Cho phép CPU và các chương trình ứng dụng có khả năng sử dụng, khai thác các thiết bị ấy.
Giao diện ứng dụng: Cung cấp chuẩn giao tiếp giữa các chương trình ứng dụng và máy vi tính. Giúp chúng có thể trao đổi dữ liệu được với nhau, nhằm khai thác các tài nguyên của máy vi tính để phục vụ cho một yêu cầu nào đó. Giao diện người dùng: Cung cấp giao diện giúp người dùng và máy vi tính có thể nói chuyện được với nhau, ví dụ như giao tiếp bằng command line (từng dòng lệnh) hoặc giao tiếp bằng đồ hoạ (GUI) …
Sau khi hệ điều hành được nạp và được trao quyền điều khiển, ta bắt đầu có thể khai thác các tài nguyên của máy vi tính thông qua các chương trình ứng dụng (phần mềm) được cài đặt trên máy. Ví dụ như chương trình xử lý văn bản WORD, chương trình tính toán EXEL, trình duyệt web Internet Explorer … Các chương trình này muốn chạy được lại phải nạp vào bộ nhớ trong RAM, hoặc bộ nhớ ảo.
Khi ta tắt máy, hệ điều hành đầu tiên sẽ đóng tất cả các chương trình còn đang hoạt động lại. Ghi các thông tin cần thiết vào bộ nhớ nhớ ngoài, giải phóng bộ nhớ, giải phóng tài nguyên và sau đó thực hiện tắt nguồn cung cấp cho các thiết bị.

bạn nói bộ nhớ trong gồm RAM, ROM vậy còn thanh ghi nằm ở đâu hôm trước đi học thầy nói ram là bộ nhớ thứ cấp so với cache, cache là bộ nhớ thứ cấp so với thanh ghi, vậy thanh ghi là bộ nhớ thứ cấp so với gì , và thanh ghi nằm ở đâu, mình mua máy thì chỉ thấy ghi cache thôi bạn nào biết chỉ giúp với

Tổng quan về máy tính, chứ đâu có đi sâu vào đâu bạn, chỉ khi nào đi sâu vào nghiên cứu, như môn mà chúng ta đang học, thì lúc đó mới tìm hiểu xem thanh ghi nằm ở đâu, ram, rom như thế nào, hoạt động ra làm sao, ...v..v

vongocminhhoang (102C) đã viết:bạn nói bộ nhớ trong gồm RAM, ROM vậy còn thanh ghi nằm ở đâu hôm trước đi học thầy nói ram là bộ nhớ thứ cấp so với cache, cache là bộ nhớ thứ cấp so với thanh ghi, vậy thanh ghi là bộ nhớ thứ cấp so với gì , và thanh ghi nằm ở đâu, mình mua máy thì chỉ thấy ghi cache thôi bạn nào biết chỉ giúp với

ROM là bộ nhớ chỉ đọc, bao gồm một số những tập lệnh và dữ liệu đã được nạp và lưu trữ từ trước vào BIOS nhờ những thiết bị đặc biệt, BIOS có thể nâng cấp lên version cao hơn. Khi máy tính khởi động chỉ lấy nội dung trong ROM ra xài thôi chứ không thể nạp thêm vào. Còn bộ nhớ thanh ghi là một loại bộ nhớ của CPU, nó dùng để lưu các thông tin đặc biệt về trạng thái hiện thời của CPU, một phần còn lại thì dùng để lưu dữ liệu khi CPU xử lý tính toán. Ngoài ra CPU còn có một vùng nhớ đặc biệt nữa là Cache, CPU sẽ lấy dữ liệu trên Cache ra để xử lý, nếu không có thì mới bắt đầu chuyển dữ liệu từ RAM vào.

Theo kiến thức mình biết thì như vậy, nếu sai mong mọi người giúp đỡ