Chương 2. Đại cương
về máy tính điện tử (MTĐT)
2.1. Kiến trúc MTĐT

2.1.1 Chức năng của MTĐT
Nhập dữ liệu
Lưu trữ dữ liệu
Xử lý dữ liệu
Xuất dữ liệu
Quản lý các thiết bị ngoại vi và các phần mềm khác
2.1.2. Cấu trúc chung
MTĐT bao gồm 5 bộ phận chính ghép nối với nhau như sơ đồ (Tài liệu). Sau đây ta nghiên cứu sơ lược các nhóm thiết bị sau:
Bộ nhớ (trong và ngoài),
Bộ xử lý trung tâm,
Bàn điều khiển,
Các thiết bị vào/ra.
1) Bộ nhớ
Là dãy các ô nhớ 1 Byte dữ liệu, nội dung ô nhớ đó gọi là một từ máy. Các ô nhớ đánh số từ 0 đến Max gọi là địa chỉ vật lý của ô nhớ.
Bộ nhớ gồm bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài. Hiệu suất làm việc của bộ nhớ phụ thuộc vào dung lượng (Volume) dữ liệu và tốc độ (Speed) truy cập.
Ví dụ: Tốc độ 800 MHz, tức là trong 1 giây, khoảng 800 triệu đợt ghi dữ liệu vào hay lấy dữ liệu ra từ bộ nhớ.
ROM và RAM
Bộ nhớ trong dung lượng nhỏ nhưng tốc độ truy cập nhanh, nó gồm 2 phần:

ROM (Read-Only Memory) là bộ nhớ chỉ đọc ra được, mà không sửa chữa hay xóa được. Khi mất điện dữ liệu của nó vẫn còn!

RAM (Random Access Memory) là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (random), máy có thể đưa dữ liệu vào hay lấy dữ liệu ra từ bất cứ địa chỉ nào mà không cần phải tua lần lượt, nhớ truy cập tuần tự.
Nói thêm về RAM
Bởi vì các chip RAM có thể đọc hay ghi dữ liệu nên thuật ngữ RAM cũng được hiểu như là một bộ nhớ đọc-ghi (read/write memory), trái ngược với bộ nhớ chỉ đọc ROM.
RAM thông thường được sử dụng cho bộ nhớ chính (main memory) trong máy để lưu trữ các dữ liệu thay đổi, các lệnh của chương trình đang được sử dụng hiện hành. Thông tin lưu trên RAM chỉ là tạm thời, chúng sẽ mất đi khi mất nguồn điện cung cấp.
Bộ nhớ ngoài
Bộ nhớ ngoài gồm các thiết bị lưu trữ như các đĩa, thẻ nhớ, băng từ. Nó có dung lượng lớn nhưng tốc độ truy cập chậm.

Đĩa cứng HD (hard disk), nằm cố định trong một ổ có đầu đọc/ghi trong Main. Dung lượng của đĩa cứng có thể tới hàng trăm GB. Hiện nay người ta còn sản xuất được các ổ đĩa cứng cắm ngoài, dung lượng rất lớn, có loại tới 1TB.

Trên đĩa cứng có các hạt từ rất nhỏ, sắp xếp thành các vòng tròn đồng tâm, và cũng được chia thành từng sector và các cung, kiểu như ở sân vận động có các khán đài!

Tốc độ truy cập nhanh nhưng vẫn kém hơn so với bộ nhớ trong.
Các dạng đĩa khác

Đĩa quang CD (compact disk), trên mặt đĩa có các hạt phản quang tương ứng với các bít 1, còn lại là 0. Khi tia laser chiếu vào nó phản xạ sang tế bào quang điện để nhận lấy kết quả đưa vào bộ nhớ. Dung lượng 740 MB. Có nhiều loại CD như: VCD, CD-R, CD-RW cũng để ghi/xóa/ghi nhiều lần.

Đĩa DVD (digital video disk) kỹ thuật cao hơn, dung lượng lên tới 4.7 GB (hơn 6 lần đĩa CD). Tương tự như CD, cũng Có nhiều loại DVD như: DVD-R dùng để ghi vào một lượt, DVD-RW cũng để ghi/xóa/ghi lại nhiều lần.


Thẻ nhớ (mestick) rất hay dùng cho máy ảnh hay quay phim,… coi như ổ đĩa.

Các USB-Flash, các băng từ… có các dung lượng khác nhau… coi như ổ đĩa.

Chú ý: Cần phân biệt khái niệm đĩa và ổ đĩa, như chim và tổ chim!
2) Bộ xử lý trung tâm
(CPU = Central Processing Unit)

Là thiết bị chính của MTĐT, nơi thực hiện các lệnh của chương trình từ bộ nhớ đưa đến. Giá trị của CPU phụ thuộc vào tốc độ (speed) xử lý. Tốc độ đó đo bằng Hz, là số xung nhịp (các thao tác cơ bản thực hiện được trong một giây.

Ví dụ: Pentium IV có tốc độ 2.4GHz, tức là trong 1 giây có thể thực hiện được 2.4*1024*1024 phép toán, tức là trên 2.4 tỷ thao tác cơ bản.
Các thành phần của CPU
Trong CPU có 2 thành phần chính: CU (Control Unit) điều khiển thực hiện các lệnh máy và điều khiển các thiết bị khác và ALU (Arithmetic-Logic Unit) thực hiện các phép toán số học và logic.

Ngoài ra còn có bộ nhớ ẩn (cache), các thanh ghi (registers) làm việc trực tiếp ở trong CPU phục vụ quá trình thực hiện lệnh.

3) Bàn điều khiển
Bàn phím (keyboard) có thể có loại cho máy bàn (desktop) hay cho máy xách tay (laptop, notebook,… ).

Bàn phím có các phím để gõ kí tự và các phím điều khiển, và các đèn hiệu: Caps Lock, Num Lock, …
Phím bình thường thì hiện ra
Phím chữ cái:
Khi đèn Caps Lock không sáng: Gõ phím chữ cái ra chữ thường, ghép với Shift ra chữ HOA.
Khi đèn Cáp Lock sáng: Gõ phím chữ cái ra chữ HOA, ghép với Shift ra chữ thường.
Để bật tắt đèn đó, ta gõ phím Caps Lock.

Phím chữ cái:
Ở chế độ bình thương (đèn Caps Lock không sáng): Gõ phím chữ cái ra chữ thường, ghép với Shift ra chữ HOA.
Ở chế độ Caps Lock (đèn Cáp Lock sáng): Gõ phím chữ cái ra chữ HOA, ghép với Shift ra chữ thường. Qua đó ta thấy muốn luôn gõ chữ in HOA ta bất đèn Caps Lock. Để bật tắt đèn đó, ta gõ phím Caps Lock.

Phím có 2 kí tự:
Gõ bình thường cho kí tự dưới, ghép với Shift ra kí tự trên.gõ bình thường cho kí tự dưới, ghép với Shift ra kí tự trên.


Phím điều khiển không hiện gì cả
F1,…,F12 liên quan đến điều khiển hệ điều hành, ví dụ: Ctrl+F4 để kết thúc ngay chương trình đang chạy,
F5 để chạy trình chiếu PowerPoint,…
Esc thường dùng để lùi về bước trước.
BackSpace để lùi xóa kí tự bên trái nó nếu có hoặc nhẩy lên dòng trên.
Tab để đẩy đòng bên trái con trỏ sang phải một đoạn.
PrintScreen để chụp ảnh màn hình rồi dùng trình Paint để Paste vào. Insert để đổi chế độ chèn/đè khi gõ văn bản.



Home để lập tức về đầu dòng hiện thời.
End để lập tức về cuối dòng hiện thời.
PageUp để chuyển nhanh lên trang trước (nếu có).
PageDown để chuyển nhanh đến trang sau (nếu có).
Delete để kéo-xóa (kéo phần dòng bên phải sang một vị trí và xóa kí tự đầu.
Enter để khẳng định việc nhập liệu hoặc đưa từ phần bên phải con trỏ xuống dòng dưới.
Insert để chuyển đổi chế độ chèn/đè
CapsLock để chuyển đổi chế độ chữ in HOA/thường
NumLock để bật/tắt phần phím số phụ, rất hay dùng cho việc nhập số, chẳng hạn người làm kế toán.
Các phím hỗ trợ:
Shift, Ctrl, Alt phải ghép với phím khác mới có nghĩa.

Hoạt động của bàn phím
Khi gõ một phím thi nó được mã hóa và gửi chùm bít này vào máy qua các cổng giao tiếp của bàn phím với bo mạch chủ (Main Board).
Cổng này có thể là cổng cổ điển hoặc cổng hiện đại. Cổng hiện đại là cổng nối tiếp (Serial) USB. Đường truyền nối tiếp tổng hợp (Universal Serial Bus).
Cổng cổ điển là cổng song song (Parallel). Đường truyền tương ứng là đường truyền song song.

Ví dụ: Ta gõ chữ A có mã là 65 tức là 8 bits 01000001 chạy vào máy bằng đường truyền hiện có của máy qua cổng rồi vào RAM.
Phần chính của bàn phím
4) Con chuột
Con chuột: bình thường có 2 phím cơ bản: là phím trái và phím phải, nguyên tắc:
Nhấp trái để chọn (left-click).
Nhấp phải (right-click) để hiện thực đơn (menu, bảng chọn).
Nhấp đúp (double-click) để kích hoạt (mở thư mục/chương trình).
Kéo thả (drag-and-drop) để di chuyển đổi tượng.
5) Các thiết bị vào/ra
Là các thiết bị đưa dữ liệu từ ngoài vào máy và đưa dữ liệu từ trong máy ra ngoài.

Thiết bị vào/ra thường dùng hiện nay là: Bàn phím, đầu đọc/ghi đĩa mềm, ổ đĩa cứng, ổ đĩa quang, đầu đọc thẻ nhớ, máy quét ảnh, màn hình, máy in, máy chiếu, webcam, modem, bộ loa...

Chú ý: Bàn phím vừa là thiết bị điều khiển và thiết bị vào. Chuột chỉ là thiết bị điều khiển.
6) Các ổ đĩa

Một đĩa cứng HD mua về nên phân chia thành nhiều phân vùng (Partition) để MTĐT dễ quản lý. Mỗi Partition gắn them đầu đọc/ghi tạo thành một Ổ đĩa, có tên lần lượt là: C: D: E:, F:,..

Đĩa CD-ROM không ghi thêm gì vào được, chỉ đọc dữ liệu ra sử dụng thôi. Dung lượng chuẩn là 740MB.

Đĩa quang CD-R (Recordable) ghi được một lần. Ghi đĩa gọi là đốt đĩa (Burn).
Đĩa CD-RW (Rewritable) được ghi đi, xóa đi, ghi lại nhiều lần.

Đĩa DVD cũng tương tự như CD nhưng dung lượng lớn hơn nhiều. Chuẩn là 4.7GB
Chú ý:
Ổ đĩa CD hay DVD có sẵn trên máy tính, để đút các đĩa vào sử dụng. Ổ DVD-R hay DVD-RW tuy đắt nhưng cũng dùng để đọc được các loại đĩa CD và DVD khác.

Nhưng thông thường người ta dùng USB để lưu trữ tạm thời và vận chuyển dữ liệu.

Tuy nhiên, khi cắm USB vào máy phải diệt virus trước. Không cắm USB trước khi khởi động máy! Vì virus sẽ nhiễm trước khi bị phát hiện, và chiếm quyền điều hành máy!
7) Màn hình
Thiết bị ra chuẩn là màn hình (Screen), mà trên đó có các điểm ảnh sẽ hiện các mầu do CPU đưa đến. Nó có độ phân giải (Resolution) bằng số cột, số hàng của bảng các điểm.

Độ phân giải càng lớn cùng với chế độ mầu cao thì hình càng mịn. Mỗi điểm ảnh mang thông tin về mầu sắc của nó, tùy thuộc chất lượng mầu. Trong Windows thường có các chất lượng mầu 16 mầu (4bit), 256 mầu (8bit), 16bít, 24bít hay 32bít. Chẳng hạn, chất lượng mầu là 16bít, nghĩa là tổng số mầu là 216 đếm từ 0 đến 65535, mỗi điểm ảnh mang thông tin mầu là dãy 16bít.

Nếu đem một ảnh chất lượng tốt xuất ra trên một màn hình chất lượng mầu kém thì ảnh thường bị rạn, rỗ vì có những điểm mà mầu không thể hiện ra được.

Chú ý:
Phân biệt Monitor là cái màn hình, còn Screen là màn hiện hình. Monitor là phần cứng. Screen là thuộc phần mềm.

Ví như cái máy vô tuyến truyền hình (Televisor) và chương trình tivi (Television).
8) Máy in có 3 loại chính:
Máy in kim cho ra sản phẩm là các hình nét không liền mà lấm chấm, thương dùng để in hoa đơn các loại cho đỡ tốn mực.

Máy in mực, thường xuyên hết mực phải đổ mực, nét liền hơn in kim, loại này rất thông dụng vì rẻ, nhưng mực cũng đắt.

Máy in laser rất cao cấp và đắt tiền hơn, nhất là laser mầu, nên ít thông dụng cho lớp người dùng bình dân.
Muốn có một máy tính tốt
(ý kiến các chuyên gia)
Bộ xử lý trung tâm nhanh (đo bằng Hz), thường là 2.8 – 3.6 GHz, icore5...icore7.
Bộ nhớ RAM lớn (khoảng 2GB, 4GB) với tốc độ truy cập nhanh (đo bằng Hz), khoảng 2GHz.
Đĩa cứng lớn chứa được nhiều dữ liệu (đo bằng Byte), thường 250GB, 500GB.
Màn hình độ phân giải cao cùng chất lượng mầu lớn (tối thiểu 16 bít).
Tất nhiên là hãng sản xuất có uy tín (Sony, Dell, HP, Asus, Toshiba,...) và mọi thứ phải đồng bộ!

2.2. Nguyên lý Von Neumann
John Von Neumann (28/12/1903 – 8/2/1957) là một nhà toán học người Mỹ gốc Hungary và là một nhà bác học thông thạo nhiều lĩnh vực đã đóng góp vào vật lý lượng tử, giải tích hàm, lý thuyết tập hợp, kinh tế, khoa học máy tính, giải tích số, động lực học chất lưu, thống kê và nhiều lĩnh vực toán học khác.
Kiến trúc như trên lần đầu tiên được J. Von Neumann mô tả, nên cũng được gọi là kiến trúc Von neumann.

Đi kèm với cấu trúc này, ông cũng đưa ra nguyên lý hoạt động cũng gọi là nguyên lý Von Neumann như sau:
MTĐT phải được điều khiển bằng chương trình lưu trữ sẵn trong bộ nhớ của nó, theo một kịch bản mà người lập trình đã lập.

MTĐT truy cập tới dữ liệu thông qua địa chỉ của vùng nhớ dữ liệu.

Nguyên lý này đảm bảo tính mềm dẻo trong việc xử lý thông tin, người lập trình viết yêu cầu một cách tổng quát đến các dữ liệu nằm ở địa chỉ của nó.
Chú ý:
Ở giai đoạn thử nghiệm theo các cấu trúc và nguyên lý mới, máy tính lượng tử, máy tính sinh học đã cho một số kết quả khả quan!

Các bạn vào mạng tra cứu thêm ở các trang tìm kiếm khoa học như:

http://vi.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann
http://www.google.com.vn
Bài tập 1
Có một bức ảnh kích thước 30 x 50, trên màn hình có chất lượng mầu 16 bít.
Hỏi
a) - Bức ảnh có cỡ = bao nhiêu KB?
b) - Nếu dùng Modem Dial-up tốc độ 50kbps thì upload sẽ mất bao nhiêu giây?