Lý thuyết Tin học 11 Bài 4 (Kết nối tri thức): Bên trong máy tính

Lý thuyết Tin học 11 Bài 4: Bên trong máy tính

A. Lý thuyết Bên trong máy tính

1. Các thiết bị bên trong máy tính

Tất cả các thiết bị trog máy tính đều được gắn vào một bảng mạch được gọi là mạch chính mainboard.

a. Bộ xử lý trung tâm

- Bộ xử lí trung tâm (Central Processing Unit – CPU) là thành phần quan trọng nhất của máy tính, đảm nhận việc thực hiện các chương trình máy tính. CPU được cấu tạo từ hai bộ phận chính: bộ số học và lôgic (Arithmetic & Logic Unit - ALU) và bộ điều khiển (Control Unit).

- CPU có một đồng hồ xung, tạo ra các xung điện áp để đồng bộ các hoạt động. Tốc độ CPU được đánh giá bằng tần số đồng hồ xung, thường là GHz.

- CPU còn có thanh ghi và bộ nhớ đệm để tăng tốc độ xử lí dữ liệu.

- CPU đa lõi cho phép máy tính xử lí nhanh hơn bởi vì có nhiều đơn vị xử lí được đóng gói trong cùng một chíp, mỗi đơn vị được gọi là một lõi hoặc một nhẫn (core).

b. Bộ nhớ trong ROM và RAM

- RAM và ROM là hai loại bộ nhớ trong được chia ra tùy theo cách sử dụng.

- RAM là bộ nhớ có thể ghi được, dùng để lưu dữ liệu tạm thời khi chạy các chương trình, nhưng không giữ được lâu dài.

- ROM là bộ nhớ chỉ có thể đọc, không thể ghi hay xoá. ROM được dùng để lưu các dữ liệu hệ thống cố định và các chương trình kiểm tra hay khởi động máy tính.

- Các tham số của bộ nhớ trong bao gồm dung lượng và thời gian truy cập trung bình, việc giảm thời gian truy cập bộ nhớ trong có ý nghĩa quan trọng để nâng cao hiệu suất tổng thể của máy tính.

- So với RAM, ROM thường có dung lượng nhỏ hơn và thời gian truy cập trung bình lớn hơn.

c. Bộ nhớ ngoài

- Bộ nhớ ngoài có thể đặt bên trong hoặc bên ngoài thân máy và thường bao gồm các loại đĩa từ, đĩa thể rắn hay đĩa quang.

- Bộ nhớ ngoài được sử dụng để lưu trữ dữ liệu lâu dài, không cần nguồn nuôi, có dung lượng lớn và giá thành rẻ hơn RAM.

- Các tham số đo hiệu năng của bộ nhớ ngoài bao gồm dung lượng tính bằng GB hay TB và thời gian truy cập trung bình để đọc hoặc ghi dữ liệu.

- Đĩa cứng là thiết bị điện cơ nên tốc độ truy cập chậm hơn nhiều so với đĩa SSD, nhưng nhanh hơn rất nhiều so với đĩa quang.

2. Mạch Logic và vai trò của mạch Logic

CPU là thiết bị quan trọng nhất bên trong thân máy, xử lí các dữ liệu nhị phân. CPU hoạt động dựa trên cơ sở của các mạch lôgic.

a. Một số phép toán logic và thể hiện vật lý của chúng

- Các đại lượng lôgic chỉ nhận giá trị "Đúng" hoặc "Sai", được thể hiện bằng bit 1 và 0.

- Có một số phép toán lôgic trên các đại lượng lôgic, bao gồm phép cộng, phép nhân (AND hoặc A), phép phủ định (NOT hoặc một dấu gạch ngang trên đối tượng phủ định) và phép hoặc loại trừ.

- Phép nhân và phép cộng đại lượng logic chỉ đạt giá trị 1 khi các đại lượng tương ứng bằng 1. Phép phủ đính đảo ngược giá trị của đại lượng logic (0 thành 1 và ngược lại). Phép hoặc loại trừ XOR cho kết quả bằng 1 khi các đại lượng khác nhau.

- Mạch lôgic là cơ sở cho thiết bị số, được xây dựng từ các rơ le hoặc mạch điện tử. Mạch lôgic thực hiện các phép toán lôgic cơ bản như AND, OR, NOT, XOR, được gọi là các cổng lôgic. Thiết bị số không thể hoạt động nếu không có mạch lôgic.

- Có thể xây dựng các mạch điện hoặc điện tử để thực hiện các phép toán lôgic, sử dụng rơ le điện từ hoặc mạch điện tử.

- Rơ le điện từ có thể thực hiện phép nhân lôgic khi mắc nối tiếp và chỉ đóng mạch khi được cấp điện.

- Sơ đồ mạch lôgic OR và NOT cũng có thể được xây dựng bằng rơ le điện từ hoặc các mạch điện tử tương tự.

- Các mạch điện tử thực hiện các phép toán lôgic cơ bản như AND, OR, NOT, XOR,... được gọi là các cổng lôgic (lôgic gate).

b. Phép cộng trên hệ nhị phân

- Hệ nhị phân chỉ sử dụng 2 chữ số 0, 1. Mỗi số đều được biểu diễn bằng dãy chữ số nhị phân. Ví dụ, số 19 trong hệ nhị phân là 10011.

- Trong hệ nhị phân, giá trị của mỗi chữ số được tính bằng 2k-1, tương tự như hệ thập phân.

- Các phép tính số học thông thường cũng có thể thực hiện được trên hệ nhị phân, cộng từng chữ số và có thể có nhớ sang hàng bên trái.

- Trong phép cộng, chỉ khi cả hai số đều là 1 thì phép cộng mới phát sinh số nhớ bằng 1.

c. Minh hoạ dùng mạch logic xây dựng mạch điện thực hiện phép cộng 2 bit

- Cổng XOR cũng như mọi cổng lôgic đều có thể tổng hợp từ các cổng AND, OR, NOT.

- Mọi mạch lôgic đều có thể xây dựng từ các cổng AND, OR và NOT.

- Thiết bị số và máy tính đều được tạo ra từ các mạch lôgic.

- Mạch lôgic cộng hai số 1 bit là mạch có hai đầu vào (X, y) và hai đầu ra (z, t). Có thể thấy z chính là X˄y, còn t chính là X⊕y.

Sơ đồ tư duy Bên trong máy tính

B. Bài tập Bên trong máy tính

Câu 1: Các bộ phận chính trong sơ đồ cấu trúc máy tính gồm:

Xem thêm các bài lý thuyết Tin học 11 sách Kết nối tri thức hay, chi tiết tại:

Lý thuyết Bài 5: Kết nối máy tính với các thiết bị số

Lý thuyết Bài 6: Lưu trữ và chia sẻ tệp tin trên Internet

Lý thuyết Bài 9: Giao tiếp an toàn trên Internet

Lý thuyết Bài 10: Lưu trữ dữ liệu và khai thác thông tin phục vụ quản lí

Lý thuyết Bài 11: Cơ sở dữ liệu