Cấu trúc của máy tính
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.