BÀI 4: BÊN TRONG MÁY TÍNH

Máy tính là một hệ thống phức hợp, trong đó mỗi thành phần đều đóng góp vào quá trình xử lý thông tin. Bài viết này kết hợp hai nội dung chính: các thiết bị bên trong máy tính và mạch lôgic – nền tảng của các phép tính nhị phân. Qua đó, bạn sẽ có cái nhìn tổng quát về cấu tạo và chức năng của từng thành phần, từ bảng mạch chính đến các mạch điện tử thực hiện các phép toán cơ bản.

---

I. CÁC THIẾT BỊ BÊN TRONG MÁY TÍNH

Tất cả các thiết bị bên trong thân máy được gắn kết trên bảng mạch chính (mainboard). Những thành phần này hoạt động đồng bộ nhằm đảm bảo máy tính thực hiện các chương trình một cách hiệu quả.

1. Bộ Xử Lí Trung Tâm (CPU)

• Vai trò quan trọng:

CPU (Central Processing Unit) – bộ xử lí trung tâm là thành phần quan trọng nhất của máy tính, chịu trách nhiệm thực hiện các chương trình và xử lý dữ liệu.

• Cấu tạo:

            -    Bộ số học và lôgic (Arithmetic & Logic Unit - ALU): Thực hiện tất cả các phép tính số học và logic, là “trái tim” của các thao tác xử lý dữ liệu.

            -    Bộ điều khiển (Control Unit - CU): Phối hợp đồng bộ các thiết bị khác trong máy tính, đảm bảo máy tính chạy đúng theo chương trình đã được cài đặt.

2. Bộ Nhớ Trong: ROM và RAM

• ROM (Read Only Memory):

                -    Là bộ nhớ chỉ đọc được ghi bằng phương tiện chuyên dụng. Các chương trình ứng dụng trong ROM chỉ có thể được đọc mà không thể ghi hay xóa, do đó dữ liệu được lưu trữ lâu dài.

• RAM (Random Access Memory):

                -    Là bộ nhớ có thể ghi được dùng để lưu trữ tạm thời dữ liệu khi chạy các chương trình. Tuy nhiên, dữ liệu trong RAM sẽ bị xoá khi tắt máy.

• Các tham số quan trọng:

                -    Dung lượng: Thường tính theo MB hoặc GB (ví dụ: 8 GB, 16 GB, 32 GB).

                -    Thời gian truy cập trung bình: Thời gian cần thiết để đọc và ghi thông tin, giảm thời gian truy cập sẽ nâng cao hiệu suất tổng thể của máy tính.

3. Bộ Nhớ Ngoài

• Chức năng:

                -    Dùng để lưu trữ dữ liệu lâu dài, bộ nhớ ngoài có thể được đặt bên trong hoặc bên ngoài thân máy.

• Các loại bộ nhớ ngoài phổ biến:

                -    Đĩa từ: Bao gồm đĩa cứng (HDD) và đĩa mềm.

                -    Đĩa thể rắn (SSD): Có tốc độ truy cập nhanh, không sử dụng bộ phận cơ học.

                -    Đĩa quang: CD, DVD,…

• Các chỉ số đánh giá:

                -    Dung lượng: Đơn vị thường là GB hoặc TB.

                -    Thời gian truy cập trung bình: Là chỉ số đánh giá hiệu năng của bộ nhớ ngoài, phản ánh thời gian cần để đọc hoặc ghi dữ liệu.

---

II. MẠCH LÔGIC VÀ VAI TRÒ CỦA MẠCH LÔGIC

Mạch lôgic, hay còn gọi là mạch số, là nền tảng của hệ thống điện tử, thể hiện các giá trị lôgic thông qua các phép toán cơ bản trên hai giá trị 0 và 1.

1. Các Phép Toán Lôgic và Thể Hiện Vật Lí

• Phép nhân lôgic (AND):Kết quả chỉ bằng 1 khi cả hai đại lượng x và y đều bằng 1.
• Phép cộng lôgic (OR):Kết quả bằng 1 nếu ít nhất một trong hai đại lượng x hoặc y bằng 1.
• Phép phủ định (NOT):Đảo ngược giá trị của một đại lượng: phủ định của 0 là 1, và ngược lại.
• Phép XOR (OR EXCLUSIVE):Cho kết quả bằng 1 khi và chỉ khi hai đại lượng có giá trị khác nhau.
• Sơ đồ mạch lôgic:Các mạch điện tử được thiết kế theo các sơ đồ logic thể hiện các phép toán trên qua các đầu vào và đầu ra.

2. Phép Cộng Trên Hệ Nhị Phân

• Hệ nhị phân:Sử dụng hai số 0 và 1 để biểu diễn dữ liệu. Mỗi số được biểu diễn bằng dãy chữ số nhị phân.
• Ví dụ biểu diễn số 19:

            -    Số 19 ở hệ thập phân được chuyển sang hệ nhị phân là 10011.

            -    Công thức tính giá trị: 1 x 2⁴ + 1 x 2¹ + 1 x 2⁰ = 16 + 2 + 1 = 19

•  Cách cộng nhị phân:
  

                -    Mỗi chữ số được cộng theo hàng từ phải sang trái, xử lý hiện tượng “nhớ” nếu tổng vượt quá 1.

3. Minh Họa Mạch Lôgic Xây Dựng Mạch Cộng 2 Bit

• Cấu trúc của mạch cộng 2 bit:

                -     Đầu vào: Hai bit x và y.

                -    Đầu ra:

                                +    z: Kết quả của phép toán AND giữa x và y, dùng để xác định số nhớ.

                                +    t: Kết quả của phép toán XOR giữa x và y, biểu diễn phần tổng không có số nhớ.

Mạch lôgic xây dựng mạch cộng 2 bit minh họa cách áp dụng các phép toán lôgic trong việc thiết kế các mạch số học, là nền tảng của quá trình xử lý thông tin trong máy tính.

---

Tổng Kết

Bài viết “Bên Trong Máy Tính” đã kết hợp những kiến thức cốt lõi về các thiết bị bên trong máy tính và mạch lôgic. Bạn đã tìm hiểu về bảng mạch chính, CPU với ALU và CU, bộ nhớ trong (ROM, RAM) cũng như bộ nhớ ngoài. Đồng thời, phần mạch lôgic giúp chúng ta nắm bắt cách các phép toán cơ bản như AND, OR, NOT và XOR được áp dụng để xây dựng mạch cộng nhị phân. Những kiến thức này không chỉ là nền tảng để hiểu cách máy tính hoạt động mà còn hỗ trợ quá trình nghiên cứu và cải tiến công nghệ trong tương lai.

Các từ khóa chính: "thiết bị bên trong máy tính", "CPU", "ROM", "RAM", "bộ nhớ ngoài", "mạch lôgic", "phép toán lôgic", "hệ nhị phân", "phép cộng nhị phân".