Thảo luận Bài 2

Thảo luận những vấn đề liên quan đến Bài 2

* Hai loại nhắt chính :
- Tín hiệu ngắt (Internal Singal) từ các thiết bị (ngắt cứng) truyền qua System Bus.
- Tín hiệu ngắt từ chương trình người dùng (ngắt mếm) nhờ lời gọi hệ thống (System Call hay Monitor Call). Lệnh đặc biệt này (ví dụ có tên INT hoặc SysCall) cơ chế để tiến trình người dùng yêu cầu một dịch vụ của HĐH (ví dụ yêu cầu thực hiện lệnh I/O).
* Với mỗi loại ngắt, có đoạn mã riêng của HĐH dùng để xử lý.
* Các HĐH hiện đại được dẩn dắt bởi các sự kiện. Nế ko có tiến trình nào vận hành, ko có thiết bị I/O nào làm việc, HĐH chờ và theo dõi.
* Thông thường mỗi loại ngắt ứng với một dòng trong bản (Véc-tơ ngắt)chứa con trỏ (Pointer) tới chương trình xử lý loại ngắt đó. Bảng này nằm ở vùng thấp của Ram (ví dụ 100 bytes đầu tiên).
* Cơ chế xử lý ngắt phải có trách nhiệm ghi lại địa chỉ lệnh bị ngắt để sau đó có thể quay lại. Địa chỉ này cùng với nhiều thông tin khác có thể được ghi vào Ngăn xếp hệ thống (System Stack) với nguyên tắc làm việc LIFO(Last-In,First-Out).

- Sau khi bật nguồn, chương trình mồi Bootstrap lấy từ ROM hoặc EEPROM được khởi động với chức năng khởi hoạt các thiết bị hệ thống: Các thanh ghi CPU, Bộ nhớ, Disk Controllers,... sau đó khởi động hạt nhân của HĐH nạp từ đĩa cứng.
- Hạt nhân (Kernel, Monitor) của HĐH khởi động tiến trình đầu tiên gọi là INIT (Initialization) và chờ các sự kiện (Event) có thể xảy ra.

- Synchronous I/O: Sau khi phát ra lệnh Nhập/Xuất, tiến trình chuyển sang trạng thái chờ đến khi Nhập/Xuất hoàn tất rồi mới chạy tiếp (thực hiện lệnh kế tiếp)
Ví dụ: Khi ta tạo mới một tài liệu nhập dữ liệu từ bàn phím, khi muốn lưu lại ta phải chọn Save, sau đó đặt tên file, và chọn nơi lưu trữ. Các tiến trình đó ở trạng thái chờ tiến trình trước nhập xuất hoàn tất đã.

- ASynchronous I/O: Sau khi phát ra lệnh Nhập/Xuất, tiến trình không chờ Nhập/Xuất hoàn tất mà thực hiện ngay lệnh kế tiếp. Như vậy, tiến trình vận hành song song với công việc Nhập/Xuất.
Để chứng minh điều đó, hãy xem hình vẽ sau:
Ví dụ: Khi ta nhập dữ liệu mới hoặc thêm vào tài liệu đã có, khi ta muốn lưu thì ta chọn Save và lúc này tiến trình vận hành song song với việc phát ra lệnh từ Save.

ý tời ! các bác này siêu nhân
chưa gì đã có vấn đề thảo luận rồi
tại hạ xin bái phục mong các bác chỉ bảo nhiều nha
cám ơn nhiều

- Bộ nhớ chính (Main Memory)
+ Chương trình máy tính phải được nạp vào RAM (Random-Access Memory) trước khi thực hiện.
+ Lệnh cần thực hiện phải được nạp vào thanh ghi (Register) của CPU.
+ Các tác tử (Operand) tương ứng cũng được lấy từ RAM.
+ Lý tưởng nhất là chương trình và dữ liệu đều nằm trong RAM nhưng không khả thi vì RAM quá nhỏ và là loại bộ nhớ không chắc (Volatile) do nội dung bị xoá khi mất điện.
+ RAM được sử dụng làm Bộ nhớ Sơ cấp (Primary Memory).
- Bộ nhớ phụ (secondary storage): hệ thống lưu trữ thông tin bền vững (nonvolatile storage).
+ Đĩa từ (magnetic disks) là loại bộ nhớ phụ hay bộ nhớ thứ cấp.
+ Bề mặt đĩa chia thành các rãnh (tracks), các rãnh này được chia nhỏ hơn thành các cung từ (sectors).
+ Cylinder: tập các track tạo thành một hình trụ
+ Disk controller: bộ điều khiển quá trình giao tiếp giữa CPU và đĩa.

Milli => Micro =>Nano => Pico => ? => ? => ? => ?

LePhucHiep(102C) đã viết:Milli => Micro =>Nano => Pico => ? => ? => ? => ?

Milli => Micro =>Nano => Pico => Femto => Atto => Zepto => Yocto

Tại thời điểm T1, đang có yêu cầu nhập xuất từ I/O1 và đang ở trạng thái chờ xử lý, đến thời điểm T2 I/O1 đang được xử lý cho đến T3 thì kết thúc và đang có yêu cầu nhập xuất từ I/O2 và đang ở trạng thái chờ xử lý, vào thời điểm T4 I/O2 đang được xử lý cho đến hết T4 và thì kết thúc

Có 2 Loại ngắt chính:

-Ngắt Cứng:
Tín hiệu ngắt(Interrupt Signal) từ các thiết bị truyền qua System Bus(các tín hiệu ngắt được phát ra từ các thiết biết bị ghi (phần cứng)).

Ngắt Mềm:
Tính hiệu ngắt được phát ra từ chương trình(phần mềm)
Ngắt mềm được nhờ lời gọi hệ thống (System Call hay Monitor Call)

- Với mỗi loại ngắt, có đoạn mã riêng của hệ điều hành dùng để xử ly.

+ Đồng bộ: nhập xuất có chờ ( tiến trình người dùng chờ thiết bị nhập xuất )
VD: Nhập liệu văn bản
+ Không đồng bộ : Nhập xuất không chờ (tiến trình người dùng không chờ thiết bị nhập xuất kết thúc mà làm ngay những thực hiện khác)
Vd : Máy in .

- Bộ nhớ là thiết bị lưu trữ duy nhất mà thông qua đó CPU có thể trao đổi thông tin với môi trường ngoài
- Bộ nhớ chính được tổ chức như một mảng một chiều các từ nhớ (word), mỗi từ nhớ có một địa chỉ
- Việc trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài được thực hiện thông qua các thao tác đọc hoặc ghi dữ liệu vào một địa chỉ nhất định trong bộ nhớ.
=> Vì thế tổ chức, quản lý bộ nhớ là nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu của HĐH
* Nhiệm vụ của quản lý bộ nhớ:
- Cấp phát và thu hồi vùng nhớ cho các tiến trình khi cần thiết
- Ghi nhận tình trạng bộ nhớ chình: vùng đã cấp phát, vùng còn có thể sử dụng…
- Quyết định tiến trình nào được nạp vào bộ nhớ chính khi có một vùng nhớ trống.
- HĐH chịu trách nhiệm cấp phát vùng nhớ cho các tiến trình có yêu cầu. Để thực hiện tốt HĐH cần phải xem xét nhiều khía cạnh như:
+ Sự tương ứng giữa địa chỉ Logic và địa chỉ vật lý: làm thế nào để chuyển đổi một địa chỉ tưởng trưng trong chương trình thành địa chỉ thực trong bộ nhớ
+ Quản lý bộ nhớ vật lý: làm sao để mở rộng bộ nhớ có sẵn nhằm lưu trữ nhiều tiến trình đồng thời
+ Chia sẻ thông tin: Làm sao cho phép 2 tiến trình chia sẻ thông tin trong bộ nhớ
+ Bảo vệ: làm thế nào để ngăn chặn các tiến trình xâm phạm đến vùng nhớ được cấp phát cho tiến trình khác

Là nguyên tắc quan trọng của hệ thống máy tính.
- Thông tin từ RAM có thể được cơ chế phần cứng đưa vào bộ nhớ nhanh hơn gọi là Cache. Khi CPU cần chính thông tin đó, không cần phải truy xuất RAM, mà lấy ngay từ Cache.
- Loại bộ nhớ này không do HĐH quản lý và cấp phát.
- Thực tế, RAM (Bộ nhớ Sơ cấp) là loại Cache nhanh so với đĩa cứng (Bộ nhớ thứ cấp) và HĐH có chức năng quản lý sự lưu chuyển dữ liệu giữa 2 loại bộ nhớ này

+ Hệ điều hành hiện đại dùng cơ chế Dual-Mode để duy trì 2 chế độ là User Mode và Monitor Mode (còn gọi là Supervisor Mode, System Mode hoặc Privileged Mode) để bảo vệ hệ thống và các tiến trình đang vận hành.
+ Một Mode Bit được đưa vào phần cứng của máy để chỉ báo chế độ làm việc hiện hành: 0 - Monitor Mode, 1 - User Mode.
+ Khi xảy ra ngắt, phần cứng chuyển từ User Mode sang Monitor Mode bằng cách đặt Mode Bit thành 0.
+ Hệ điều hành đặt Mode Bit bằng 1 trước khi trả điều khiển về tiến trình người dùng.
+ Một số lệnh máy chỉ thực hiện được trong Monitor Mode (Các lệnh ưu tiên).
+ Tiến trình người dùng có thể gián tiếp thực hiện các lệnh ưu tiên qua Lời gọi hệ thống (System Call).
+ MS-DOS không có Dual-Mode.
+ Bộ xử lý Pentium hỗ trợ Mode bit, do đó các HĐH Windows 2000/XP/2003/Vista và OS/2 tận dụng được tính năng này để bảo vệ máy tính tốt hơn.

ROM(Read-Only Memory) :Ðây là loại bộ nhớ dùng trong các hãng sãn 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. Các ứng dụng của ROM là vi lập trình, các chương trình con thư viện cho các hàm thường xuyên sử dụng, các chương trình hệ thống, các bảng hàm. Ưu điểm của ROM là dữ liệu đươc lưu trữ bền vững trong bộ nhớ chính và không cần phải tải lên từ mốt thiết bị lưu trữ nào. Nhược điểm của ROM là nếu trong quá trình sản xuất có xảy ra lỗi, chỉ cần một bit bị sai, thì ROM phải bị hủy bỏ và 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 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.
EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read-Only Memory): là có thể ghi và xoá thông tin lại nhiều lần bằng software thay vì hardware. Thao tác ghi mất nhiều thời gian hơn thao tác đọc, khoảng vài trăm micro giây cho một byte, bộ nhớ EEPROM kết hợp lợi điểm của tính bất biến và sự linh hoạt trong việc cập nhật tại chỗ bằng cách sử dụng điều khiển, đường địa chỉ, và đường dữ liệu thông thường. EEPROM đắt và cũng kém trù mật, hỗ trợ ít bit hơn trên mỗi chip. Ví dụ điển hình cho loại EEPROM này là "CD-Rewritable" nếu bạn ra cửa hàng mua một cái CD-WR thì có thể thu và xoá thông tin mình thích một cách tùy ý. Ứng dụng của EEPROM cụ thể nhất là "flash BIOS". BIOS vốn là ROM và flash BIOS tức là tái cài đặt thông tin (upgrade) cho BIOS. Cái tiện nhất ở phương pháp này là bạn không cần mở thùng máy ra mà chỉ dùng software điều khiển gián tiếp.

System call – phương thức duy nhất mà process dùng để yêu cầu các dịch vụ cung cấp bởi OS
Các system call gây ra ngắt mềm (gọi là trap).
Quyền điều khiển được chuyển đến trình phục vụ ngắt, mode bit được thiết lập là monitor mode.
OS kiểm tra tính hợp lệ và đúng đắn của các đối số, thực hiện yêu cầu và trả quyền điều khiển về lệnh kế tiếp sau system call.

Mặc dù một số phần mềm nhập/xuất mô tả thiết bị nhưng phần lớn chúng là độc lập với thiết bị. Ranh giới chính xác giữa drivers và phần mềm độc lập thiết bị là độc lập về mặt hệ thống, bởi vì một số hàm mà được thi hành theo kiểu độc lập thiết bị cụ thể được thi hành trên drivers vì lý do hiệu quả hay những lý dó khác nào đó.
- Giao tiếp đồng nhất cho device drivers
- Đặt tên thiết bị
- Bảo vệ thiết bị
- Cung cấp khối độc lập thiết bị
- Tổ chức buffer
- Định vị lưu trữ trên thiết bị khối
- Cấp phát và giải phóng thiết bị tận hiến
- Báo lỗi

Chức năng cơ bản của phần mềm nhập/xuất độc lập thiết bị là những chức năng chung cho tất cả các thiết bị và cung cấp một giao tiếp đồng nhất cho phần mềm phạm vi người sử dụng.
Trước tiên nó phải có chức năng tạo một ánh xạ giữa thiết bị và một tên hình thức. Ví dụ đối với UNIX, tên /dev/tty0 dành riêng để mô tả I-node cho một file đặc biệt, và I-node này chứa chứa số thiết bị chính, được dùng để xác định driver thích hợp và số thiết bị phụ, được dùng để xác định các tham số cho driver để cho biết là đọc hay ghi.
Thứ hai là bảo vệ thiết bị, là cho phép hay không cho phép người sử dụng truy xuất thiết bị. Các hệ điều hành có thể có hay không có chức năng này.
Thứ ba là cung cấp khối dữ liệu độc lập thiết bị vì ví dụ những đĩa khác nhau sẽ có kích thước sector khác nhau và điều này sẽ gây khó khăn cho các phần mềm người sử dụng ở lớp trên. Chức năng này cung cấp các khối dữ liệu logic độc lập với kích thước sector vật lý.

trước khi các bạn vào diễn đàn các bạn thường làm gi??? òh tất nhiên đó là phải khởi động máy tính. Bấm nút Power. Đợi máy chạy rồi muốn làm gì làm... Đơn giãn thôi.
Nhưng không mấy ai hiểu được trong cái thời gian ngồi đợi máy tính khởi chạy đó máy tính đã phải làm những gì đúng ko?
Thì đây. Xin thưa là sau khi nhấn nút Power thì nguồn mới cung cấp điện đầy đủ cho bo mạch chủ và các thiết bị khác trong máy tính, lúc này máy tính bắt đầu khởi động.
ROM BIOS sẽ hoạt động đầu tiên, nó kiểm tra lại việc cấp điện của bộ nguồn, quá trình kiểm tra này chỉ diễn ra trong "1 nốt nhạc". Sau khi công việc kiểm tra cấp nguồn hoàn tất thì Card màn hình sẽ được cấp điện và hiển thị thông tin đầu tiên. Sau đó Bộ vi xử lý sẽ điều khiển ROM BIOS để thực thi chương trình POST (viết tắt của chữ: Power On Self Test).

Sau khi chạy xong POST,hệ thống sẽ khởi gọi các adapter(thiết bị tiếp hợp). Nếu trong các adapter đã có sẵn BIOS của chính chúng, BIOS của Adapter sẽ được gọi để thực thi sự khởi động của chúng. Đối với các thiết bị giao tiếp IDE (thường các máy tính có từ 2-4 giao tiếp IDE), mỗi ổ đĩa đã kết nối (thường có thể gắn đến 2 ổ đĩa cho mỗi giao tiếp IDE, do đó có thể cho phép gắn nhiều nhất lên đến 8 ổ đĩa) được truy vấn các đặc tính và các phương thức truy cập của chúng. 1 vài thiết bị như các thiết bị giao tiếp SCSI trưng bày những thông tin trên màn hình và cho phép người sử dụng có thể tương tác với nó. Các Adapter không có tích hợp sẵn BIOS sẽ không được khởi tạo cho đến khi máy tính load các driver của nó trong tiến trình khởi động.

Sau khi tất cả các adapter có BIOS đã được khởi tạo, hệ thống bắt đầu khởi động tiến trình load ,đọc sector nằm ở vị trí bắt đầu của đĩa khởi động và thực hiện các câu lệnh (đoạn code) trong sector này. Sector này được gọi bởi sector khởi động hoặc MBR (Master Boot Record), nó được viết bởi hệ điều hành khi được cài đặt.

Đoạn code trong MBR load file NTLDR (File này không có đuôi mở rộng) Sau khi load, MBR chuyển điều khiển đến đoạn code trong NTLDR.

NTLDR sau đó chuyển vào mode 32 bit (Chú ý rằng 1 bộ xử lý của Intel luôn khởi động vào mode 16 bit). Sau đó nó load 1 bản sao đặc biệt của các file hệ thống I/O và đọc chúng trong file boot.ini.

File boot.ini có thông tin về mỗi hệ điều hành cần khởi động. Máy tính có khả năng hỗ trợ đa khởi động (Điều đó là bình thường để cài đặt Win XP có thể khởi động với Windows NT, Windows XP, Windows 95 or Windows 98...). File NTLDR tiến hành xử lý file boot.ini, trưng bày các thông tin cho phép người sử dụng lựa chọn hệ điều hành nào sẽ được load.

Khi bạn chọn Windows để load, file NTLDR sẽ load file ntdetect.com. Đây là file thu thập các thông tin về phần cứng được cài đặt hiện hành và lưu giữ những thông tin này vào registry. Hầu hết các thông tin này được lưu giữ trong cây HKEY_LOCAL_MACHINE .

1 khi file NTDETECT đã kiểm tra xong phần cứng, điều khiển được trả về lại cho file NTLDR và tiến trình khởi động lại được tiếp tục. Vào thời gian này Registry đã được cập nhật về cơ bản cấu hình các phần cứng trong máy tính, thông tin cấu hình này được lưu trữ trong HKEY_LOCAL_MACHINEHardware.

Dấu nhắc lựa chọn cấu hình "Press spacebar now to invoke Hardware Profile/Last Known Good menu," cho phép Windows sử dụng những cấu hình đặc biệt, được lưu trữ trong HKEY_LOCAL_MACHINE.

Theo sau sự kiểm tra của file NTDETECT,file NTLDR load và khởi tạo các nhân Windows NT, load các services, và bắt đầu Windows.

Khi các nhân đã được load xong, HAL (Hardware Abstraction Layer) cũng được load, nó được sử dụng để quản lý các thiết bị phần cứng. Kế đến các khóa trong registry HKEY_LOCAL_MACHINE_System cũng được load vào bộ nhớ. Windows sẽ quét registry để tìm tất cả các drivers bắt đầu với giá trị 0, bao gồm những drivers sẽ được load và khởi tạo vào lúc khởi động.

Sau đó các nhân sẽ được khởi tạo. Màn hình chào đón chuyển đến khung nền đen và bạn sẽ nhìn thấy thông tin về build number của Windows và number của bộ xử lý hệ thống.Tại đây ,hệ thống sẽ quét lại lần nữa registry và tìm tất cả các driver cần được load trong gia đoạn khởi động nhân.

Từ lúc này Windows bắt đầu nhiều thành phần của hệ thống và các thành phần do user cài đặt. Mỗi thành phần này đọc thông tin từ registry và thực thi nhiều công việc khác nhau.Trong giai đoạn cuối, chương trình quản lý user login, WinLogin, bắt đầu. WinLogin cho phép người sử dụng log on và sử dụng Windows.

Vậy là bạn đã hiểu tại sao mỗi khi cài đặt 1 số phần mềm cũng như chỉnh sửa trong Registry đòi hỏi bạn phải khởi động lại máy rồi đó.

Nói túm lại là:
Sau khi nhấn nút Power thì nguồn mới cung cấp điện đầy đủ cho bo mạch chủ và các thiết bị khác trong máy tính, lúc này máy tính bắt đầu khởi động.

ROM BIOS sẽ hoạt động đầu tiên, nó kiểm tra lại việc cấp điện của bộ nguồn, quá trình kiểm tra này chỉ diễn ra trong vài giây. Sau khi công việc kiểm tra cấp nguồn hoàn tất thì Card màn hình sẽ được cấp điện và hiển thị thông tin đầu tiên

Sau đó Bộ vi xử lý sẽ điều khiển ROM BIOS để thực thi chương trình POST (viết tắt của chữ: Power On Self Test).

Chương trình POST sẽ tiến hành kiểm tra tất cả các thiết bị kết nối trong máy tính, đầu tiên kiểm tra các thông số CPU, RAM, HDD và các thiết bị kết nối khác và hiển thị lên màn hình máy tính.

Khi kiểm tra xong, quá trình POST sẽ chuyển thông tin cho BIOS và lưu trữ trong CMOS và chuyển quyền điều khiển qua thiết bị khởi động đã được qui định trong CMOS

Nếu thiết bị được chọn khởi động là ổ cứng thì CPU truy cập vào vùng MBR ( Master Boot Record) để tìm kiếm thông tin về phân vùng khởi động. Tại phân vùng khởi động (Boot Record) CPU sẽ tìm thấy thông tin các tập tin mồi (trong hệ điều hành DOS, các tập tin này là io.sys, msdos.sys, command.com) của hệ điều hành và nạp các thông tin này vào vùng nhớ tạm thời (RAM).

Sau đó đến phiên các tập tin mồi này làm nhiệm vụ của nó là nạp tiếp các tập tin hoạt động của hệ điều hành, trình điều khiển (Driver)… và tiến hành khởi động hệ điều hành cho tới khi hoàn tất (vào tới màn hình Desktop trong trường hợp sử dụng Windows).

afro afro afro afro afro afro

ROM Bộ nhớ chỉ đọc (tiếng Anh: Read-Only Memory - ROM) là một loại thiết bị lưu trữ dùng trong máy tính và các thiết bị khác. Nó có tên như vậy vì không dễ để ghi thông tin lên nó. Không giống như RAM, thông tin trên ROM vẫn được duy trì dù nguồn điện cấp không còn.
ROM, theo đúng nghĩa, chỉ cho phép đọc dữ liệu từ chúng tuy nhiên tất cả các loại ROM đều cho phép ghi dữ liệu ít nhất một lần, hoặc khi sản xuất lần đầu hoặc trong bước lập trình. Một số loại ROM cho phép xóa và lập trình lại nhiều lần.

EEPROM (tiếng Anh: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) là một chip nhớ không xoá được thường dùng trong các máy tính và các thiết bị di động để lưu trữ một lượng dữ liệu thấp và cần thiết thay đổi nội dung được.
EEPROM thuộc loại "bộ nhớ không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện" (non-volatile storage).
Có thể nói EEPROM là công nghệ mới nhất của ROM mà điều khác biệt cơ bản là chúng có khả năng xoá được bằng phương pháp lập trình mà chúng không cần đến các thiết bị chuyên dụng như các thế hệ trước của nó. Bằng cách sử dụng EEPROM (hoặc flash ROM) người ta có thể dễ dàng xoá bỏ các chương trình được nạp trên nó của các bo mạch chủ trong máy tính cá nhân mà không cần thêm một thao tác cơ học nào khác kể cả tháo vỏ máy tính. EEPROM còn giúp các thiết bị khác (bo mạch mạng, bo mạch đồ hoạ, wireless access points, bộ định tuyến...hoặc trong điện thoại, thiết bị giải trí số cá nhân...) có thể nâng cấp firmware mà không cần thay đổi chip nhớ, việc mà trước kia người ta thường thực hiện gắn chip trên các đế để có thể thay thế sau này bằng cách gỡ bỏ chúng và thay bằng chip khác.

Khi nghe giới thiệu về CPU, bạn ắt biết tới các thuật ngữ L1 Cache, L2 Cache, L3 Cache.

Cache (đọc là kets, hay còn gọi là cạc) 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 (có sẵn xài liền không cần tốn thời gian đi lùng sục tìm kéo về).

Nói một cách bài bản, 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.Có hai dạng lưu trữ cache được dùng phổ biến trong máy tính cá nhân là memory caching (bộ nhớ cache hay bộ nhớ truy xuất nhanh) và disk caching (bộ nhớ đệm đĩa).

* Memory cache: Đây là một khu vực bộ nhớ được 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 cahce 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 y chang nhau. Nhờ lưu trữ các thông tin này trong SRAM, máy tính sẽ khỏi phải truy xuất vào DRAM 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 lên đời 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 DRAM. 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.

* Disk cache: Bộ nhớ đệm đĩa cũng hoạt động cùng nguyên tắc với bộ nhớ cache, nhưng thay vì dùng SRAM tốc độ cao, nó lại sử dụng ngay bộ nhớ chính. Các dữ liệu được truy xuất gần đây nhất từ đĩa cứng sẽ được lưu trữ trong một buffer (phần đệm) của bộ nhớ. Khi chương trình nào cần truy xuất dữ liệu từ ổ đĩa, nó sẽ kiểm tra trước tiên trong bộ nhớ đệm đĩa xem dữ liệu mình cần đang có sẵn không. Cơ chế bộ nhớ đệm đĩa này có công dụng cải thiện một cách đáng ngạc nhiên sức mạnh và tốc độ của hệ thống. Bởi lẽ, việc truy xuất 1 byte dữ liệu trong bộ nhớ RAM có thể nhanh hơn hàng ngàn lần nếu truy xuất từ một ổ đĩa cứng. Sẵn đây, xin nói thêm, người ta dùng thuật ngữ cache hit để chỉ việc dữ liệu được tìm thấy trong cache. Và hiệu năng của một cache được tính bằng hit rate (tốc độ tìm thấy dữ liệu trong cache). Trở lại chuyện bộ nhớ cache. Hồi thời Pentium đổ về trước, bộ nhớ cache nằm trên mainboard và một số mainboard có chừa sẵn socket để người dùng có thể gắn thêm cache khi có nhu cầu. Tới thế hệ Pentium II, Intel phát triển được công nghệ đưa bộ nhớ cache vào khối CPU. Nhờ nằm chung như vậy, tốc độ truy xuất cache tăng lên rõ rệt so với khi nó nằm trên mainboard. Nhưng do L2 Cache vẫn phải ở ngoài nhân CPU nên Intel phải chế ra một bo mạch gắn cả nhân CPU lẫn L2 Cache. Và thế là CPU có hình dạng to đùng như một cái hộp (gọi là cartridge) và được gắn vào mainboard qua giao diện slot (khe cắm), Slot 1. Tốc độ truy xuất cache lúc đó chỉ bằng phân nửa tốc độ CPU. Thí dụ, CPU 266 MHz chỉ có tốc độ L2 Cache là 133 MHz. Sang Pentium III cũng vậy. Mãi cho tới thế hệ Pentium III Coppermine (công nghệ 0.18-micron), Intel mới thành công trong việc tích hợp ngay L2 Cache vào nhân chip (gọi là on-die cache). Lúc đó, tốc độ L2 Cache bằng với tốc độ CPU và con CPU được thu gọn lại, đóng gói với giao diện Socket 370.


Như đã nói, dung lượng của Cache CPU lợi hại lắm nghen. Phổ biến nhất là L2 Cache là một chip nhớ nằm giữa L1 Cache ngay trên nhân CPU và bộ nhớ hệ thống. Khi CPU xử lý, L1 Cache sẽ tiến hành kiểm tra L2 Cache xem có dữ liệu mình cần không trước khi truy cập vào bộ nhớ hệ thống. Vì thế, bộ nhớ đệm càng lớn, CPU càng xử lý nhanh hơn. Đó là lý do mà Intel bên cạnh việc tăng xung nhịp cho nhân chíp, còn chú ý tới việc tăng dung lượng bộ nhớ Cache. Do giá rất đắt, nên dung lượng Cache không thể tăng ồ ạt được. Bộ nhớ cache chính L1 Cache vẫn chỉ ở mức từ 8 tới 32 KB. Trong khi, L2 Cache thì được đẩy lên dần tới hiện nay cao nhất là Pentium M Dothan 2 MB (cho máy tính xách tay) và Pentium 4 Prescott 1 MB (máy để bàn). Riêng dòng CPU dành cho dân chơi game và dân multimedia “prồ” là Pentium 4 Extreme Edition còn được bổ sung L3 Cache với dung lượng 2 MB. Đây cũng là CPU để bàn có tổng bộ nhớ cache lớn nhất (L1: 8 KB, L2: 512 KB, L3: 2 MB).

Một trong những điều quan trọng được quan tâm nhất về hiệu suất của bộ nhớ hiện đại là bộ nhớ phân cấp. Không phải tất cả các bộ nhớ đều được tao ra ngang nhau, 1 số kém hiệu quả hơn và rẻ hơn. Để giải quyết sự chênh lệch này, máy tính ngày nay kết hợp các kiểu bộ nhớ để cung cấp hiệu suất cao nhất với giá thành ít nhất. Cách tiếp cận này được gọi là bộ nhớ phân cấp. Bộ nhớ càng nhanh thì càng đắt. Bằng việc sử dụng bộ nhớ chia sẻ, với mỗi tốc độ truy cập và dung lượng khác nhau, 1 hệ thống máy tính có thể năng cao hiệu suất trên cả khả năng có thể của chúng khi mà không kết hợp các loại khác nhau lại. Hệ thống bộ nhớ phân cấp bao gồm các thanh ghi, cache, bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ.

Máy tính ngày nay có bộ nhớ nhỏ tốc độ cao gọi là cache, nơi mà dữ liệu được lưu trữ thường xuyên. Cache kết nối tới bộ nhớ lớn hơn - bộ nhớ chính, bộ nhớ có tốc độ tầm trung. Bộ nhớ này được bổ sung bới 1 bộ nhớ phụ, kết hợp với hard disk và các phương tiện có thể tháo dời khác nhau (various removable media). Bằng việc sử dụng hệ thống phân cấp, 1 bộ nhớ có thể nâng cao tốc độ truy cập, chỉ sử dụng 1 số nhỏ chip tốc độ nhanh. Nó cho phép người thiết kế tạo ra máy tính hiệu suất chấp nhận được với giá thành hợp lý.

Chúng ta phân loại bộ nhớ dựa trên “khoảng cách” từ nó tới bộ xử lý, với khoảng cách được định nghĩa bằng số vòng máy đòi hỏi để truy cập. Bộ nhớ càng gần bộ xử lý thì càng nhanh. Và ngược lại. Công nghệ chậm sẽ sử dụng bộ nhớ ở xa còn công nghệ nhanh sẽ sử dụng bộ nhớ gần bộ vi xử lý. Công nghệ càng tốt, bộ nhớ càng nhanh và càng đắt tiền. Bộ nhớ nhanh hơn thì sẽ nhỏ hơn bộ nhớ chậm và giá thành càng cao.

Dưới đây là những thuật ngữ được sử dụng khi miêu tả bộ nhớ phân cấp:

* Hit – Dữ liệu yêu cầu ở 1 cấp độ bộ nhớ (thông thường, chúng ta quan tâm đến tỉ lệ hit chỉ cho bộ nhớ cấp cao hơn).
* Miss – Dữ liệu yêu cầu không tìm thấy trong cấp độ bộ nhớ.
* Hit rate – Tỉ lệ phần trăm truy cập bộ nhớ được tìm thấy trong 1 cấp độ bộ nhớ.
* Miss rate – Tỉ lệ phần trăm truy cập bộ nhớ không được tìm thấy trong 1 cấp độ bộ nhớ. Note: Miss Rate = 1 – Hit Rate
* Hit time – Số lần yêu cầu để truy cập thông tin yêu cầu trong 1 cấp độ bộ nhớ.
* Miss penalty – Thời gian cần thiết để xử lý 1 miss, bao gồm thay thế 1 khối trong 1 cấp độ trên của bộ nhớ, cộng với thời gian đưa dữ liệu yêu cầu tới bộ xử lý. (Thời gian để xử lý 1 miss lớn hơn time xử lý 1 hit).

Đối với dữ liệu bất kì, bộ xử lý sẽ gửi yêu cầu của nó tới phần bộ nhớ nhanh nhất, nhỏ nhất (cache, bởi vì register dành cho mục đích đặc biệt hơn). Nếu dữ liệu được tìm thấy trong cache, nó sẽ nhanh chóng được đưa vào CPU. Nếu nó không ở trong cache, yêu cầu sẽ được gửi tới bộ nhớ thấp hơn trong hệ thống và quá trình tìm kiếm lại bắt đầu. Nếu dữ liệu được tìm thấy ở cấp độ này, một khối dữ liệu ở đó sẽ được đưa vào cache, và cứ thể tiếp tục. Ý tưởng chính ở đây là khi cấp độ thấp hơn của hệ thống phân cấp trả lời yêu cầu từ cấp độ cao hơn cho nội dung ở vị trí X, chúng cũng gửi đi cùng 1 thời điểm, dữ liệu được đặt ở địa chỉ X + 1, X + 2… Cứ như vậy, trả lại toàn bộ khối dữ liệu tới cấp độ bộ nhớ cao hơn. Hi vọng rằng dữ liệu thêm này sẽ được tham chiếu tới trong tương lai gần. Bộ nhớ chia sẻ thiết thực bởi vì các chương trình có xu hướng sở hữu 1 vùng biết đến cục bộ (locality), cái mà thường xuyên cho phép bộ xử lý truy cập tới dữ liệu được trả lại cho địa chỉ X+1, X+2… Vì vậy, mặc dù đó là 1 miss, vẫn có thể có 1 số hit trong bộ nhớ trên khối mới được truy xuất.

-Bo mạch chủ Bo mạch chính kết nối các thiết bị với nhau trong máy tính cá nhân. Một cách hiểu khác: có thể so sánh bo mạch chủ trong phần cứng giống như vai trò của hệ điều hành trong phần mềm.
-RAM Bộ nhớ tạm của máy tính dùng cho ghi lại các dữ liệu tạm thời trong một phiên làm việc của máy tính.
-Ổ đĩa cứng Bộ nhớ dữ liệu chính của máy tính cá nhân, các thành quả của một quá trình làm việc có thể được lưu trữ trên ổ đĩa cứng trước khi có các hành động sao lưu dự phòng trên các dạng bộ nhớ khác.
-Ổ đĩa quang (CD, DVD) Bộ nhớ dùng cho xuất, nhập dữ liệu với dung lượng lớn hoặc trao đổi dữ liệu, phần mềm với những máy tính khác. Sử dụng sao lưu dữ liệu và các mục đích khác. Đây không phải là thiết bị bắt buộc đối với hệ thống phần cứng máy tính cá nhân.
-Ổ đĩa mềm Bộ nhớ dùng cho xuất nhập dữ liệu với dung lượng thấp (phụ thuộc từng loại đĩa mềm). Đây không phải thiết bị bắt buộc phải có.
-Bo mạch đồ hoạ Thiết bị có chức năng xuất hình ảnh ra màn hình máy tính. Giúp người sử dụng giao tiếp với máy tính.
-Bo mạch âm thanh Thiết bị có chức năng xuất tín hiệu âm thanh ra các thiết bị phát âm thanh (loa). Đây không phải thiết bị bắt buộc phải có.
-Bo mạch mạng: Thiết bị có chức năng kết nối các máy tính với nhau thành một mạng máy tính, giúp máy tính có thể trao đổi thông tin với các máy tính khác trên phạm vi rộng (có thể đến toàn thế giới).
Đây không phải thiết bị bắt buộc phải có.
-Vỏ máy tính: Thiết bị định vị và bảo vệ các thiết bị khác.
-Nguồn máy tính: Thiết bị cung cấp năng lượng cho các thiết bị khác hoạt động.
-Màn hình máy tính: Thiết bị trợ giúp giao tiếp giữa con người và máy tính.
-Bàn phím máy tính: Thiết bị nhập dữ liệu, giao tiếp con người với máy tính
-Chuột: Thiết bị nhập dữ liệu, giao tiếp con người với máy tính.

*Các thiết bị ngoại vi thường kết nối với máy tính cá nhân:
-Modem
-Webcam
-Loa máy tính
-Máy in
-Máy quét
-Máy ảnh số
-Micro
-USB...
*Nguyên lý hoạt động: Hệ điều hành hoạt động theo nguyên lý hướng đối tượng.

Ổ đĩa cứng gồm các thành phần, bộ phận có thể liệt kê cơ bản và giải thích sơ bộ như sau:

Cụm đĩa: Bao gồm toàn bộ các đĩa, trục quay và động cơ.

Đĩa từ.
Trục quay: truyền chuyển động của đĩa từ.
Động cơ: Được gắn đồng trục với trục quay và các đĩa.

Cụm đầu đọc

Đầu đọc (head): Đầu đọc/ghi dữ liệu
Cần di chuyển đầu đọc (head arm hoặc actuator arm).

Cụm mạch điện

Mạch điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển động cơ đồng trục, điều khiển sự di chuyển của cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa.
Mạch xử lý dữ liệu: dùng để xử lý những dữ liệu đọc/ghi của ổ đĩa cứng.
Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer): là nơi tạm lưu dữ liệu trong quá trình đọc/ghi dữ liệu. Dữ liệu trên bộ nhớ đệm sẽ mất đi khi ổ đĩa cứng ngừng được cấp điện.
Đầu cắm nguồn cung cấp điện cho ổ đĩa cứng.
Đầu kết nối giao tiếp với máy tính.
Các cầu đấu thiết đặt (tạm dịch từ jumper) thiết đặt chế độ làm việc của ổ đĩa cứng: Lựa chọn chế độ làm việc của ổ đĩa cứng (SATA 150 hoặc SATA 300) hay thứ tự trên các kênh trên giao tiếp IDE (master hay slave hoặc tự lựa chọn), lựa chọn các thông số làm việc khác...

Vỏ đĩa cứng:

Vỏ ổ đĩa cứng gồm các phần: Phần đế chứa các linh kiện gắn trên nó, phần nắp đậy lại để bảo vệ các linh kiện bên trong.
Vỏ ổ đĩa cứng có chức năng chính nhằm định vị các linh kiện và đảm bảo độ kín khít để không cho phép bụi được lọt vào bên trong của ổ đĩa cứng.
Ngoài ra, vỏ đĩa cứng còn có tác dụng chịu đựng sự va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng.

Do đầu từ chuyển động rất sát mặt đĩa nên nếu có bụi lọt vào trong ổ đĩa cứng cũng có thể làm xước bề mặt, mất lớp từ và hư hỏng từng phần (xuất hiện các khối hư hỏng (bad block))... Thành phần bên trong của ổ đĩa cứng là không khí có độ sạch cao, để đảm bảo áp suất cân bằng giữa môi trường bên trong và bên ngoài, trên vỏ bảo vệ có các hệ lỗ thoáng đảm bảo cản bụi và cân bằng áp suất.