SAU BÀI HỌC NÀY EM SẼ:
- Nhận diện được một số thiết bị bên trong máy tính với chức năng và các thông số hiệu năng của chúng.
- Nhận biết được sơ đồ của các mạch logic AND, OR, NOT và giải thích được vai trò của các mạch logic đó trong thực hiện các tính toán nhị phân.
Mở Đầu
Máy tính gồm:
- Bộ xử lí trung tâm
- Bộ nhớ trong
- Bộ nhớ ngoài
- Các thiết bị vào – ra
Lưu ý: Các thiết bị bên trong máy tính được gắn với bảng mạch chính (mainboard).
1. Các Thiết Bị Bên Trong Máy Tính
Bộ xử lí trung tâm (CPU – Central Processing Unit) là thành phần quan trọng nhất, đảm nhận việc thực hiện các chương trình.
🧮 ALU
Thực hiện tất cả các phép tính số học và logic.
🎛️ Control Unit
Phối hợp đồng bộ các thiết bị, đảm bảo thực hiện đúng chương trình.
⏱️ Xung đồng hồ
Tạo xung điện giúp mọi thành phần hoạt động đồng bộ. Tốc độ tính bằng GHz (1 GHz = 1 tỉ xung/giây).
Thanh ghi (Register)
Vùng nhớ đặc biệt lưu trữ tạm thời lệnh và dữ liệu đang xử lí. Tốc độ truy cập rất nhanh.
Bộ nhớ đệm (Cache)
Chứa dữ liệu nạp trước từ bộ nhớ trong, giúp giảm thời gian đọc dữ liệu.
Nhiều lõi (core): CPU có nhiều lõi giúp xử lí nhanh hơn với các tác vụ thực hiện song song.
💾 RAM
- Ghi, đọc dữ liệu tạm thời
- Dữ liệu bị xoá khi tắt máy
🔒 ROM
- Chỉ đọc, không thể ghi/xoá
- Không cần nguồn nuôi
- Lưu chương trình khởi động
Thông số: Dung lượng (MB, GB, TB) và thời gian truy cập trung bình (càng nhỏ → hiệu quả càng cao).
Bộ nhớ ngoài có thể đặt bên trong hoặc bên ngoài máy tính.
Đặc điểm: Dung lượng tính theo GB/TB. SSD truy cập nhanh hơn ổ cứng HDD.
📝 Ghi nhớ
- Thiết bị bên trong được gắn trên bảng mạch chính
- CPU thực hiện phép toán và điều khiển theo chương trình
- Tốc độ CPU đo bằng tần số xung nhịp (GHz)
- CPU có thể có nhiều lõi
- Bộ nhớ trong lưu dữ liệu khi máy hoạt động
- Thông số quan trọng: dung lượng, thời gian truy cập
2. Mạch Logic Và Vai Trò Của Mạch Logic
CPU là mạch điện tử dùng để xử lí dữ liệu. Hoạt động của CPU dựa trên cơ sở hoạt động của các mạch logic.
Đại lượng logic chỉ nhận một trong hai giá trị: Đúng (1) hoặc Sai (0).
| x | y | AND (x ∧ y) | OR (x v y) | NOT x | XOR (x ⊕ y) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
AND
Chỉ = 1 khi cả hai đều = 1
OR
= 1 khi ít nhất một = 1
NOT
Đảo ngược: NOT 1 = 0, NOT 0 = 1
XOR
= 1 khi hai đầu vào khác nhau
Mạch AND:
Hai rơ-le mắc nối tiếp. Mạch chỉ đóng khi cả hai đều có điện.
Mạch OR:
Hai rơ-le mắc song song. Chỉ cần ít nhất một rơ-le có điện thì mạch đóng.
Mạch NOT:
Dùng rơ-le thường đóng. Khi có điện → mạch mở; không có điện → mạch đóng.
Kết luận: Mạch logic (mạch số) là các mạch điện/điện tử có đầu vào và đầu ra thể hiện các giá trị logic. Tất cả các thiết bị số đều sử dụng mạch logic.
Phép Cộng Trên Hệ Nhị Phân
Hệ nhị phân chỉ dùng hai chữ số: 0 và 1. Giá trị theo vị trí từ phải sang trái: 2⁰, 2¹, 2², ...
1101₂ = 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 8 + 4 + 0 + 1 = 13
| x | y | x + y | Số nhớ |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
Ví dụ: 110₂ + 111₂ = 1101₂ (tức 6 + 7 = 13)
Mạch cộng hai số 1 bit có:
- Hai đầu vào: x, y
- Đầu ra z (carry): thực hiện phép AND → x ∧ y
- Đầu ra t (sum): thực hiện phép XOR → x ⊕ y
Có thể dùng các cổng AND, OR, NOT, XOR để xây dựng các mạch logic phức tạp hơn.
🔑 Kết luận
- Mạch logic là mạch điện/điện tử có đầu vào và đầu ra thể hiện giá trị logic
- Mỗi mạch logic thực hiện các phép toán: AND, OR, NOT, XOR
- Tất cả thiết bị số, gồm cả máy tính, đều được chế tạo từ mạch logic
📝 Luyện Tập & Vận Dụng
⭐ Bảng Học Nhanh Toàn Bài
| Nội dung | Cần nhớ |
|---|---|
| CPU | Thực hiện chương trình và xử lí dữ liệu |
| ALU | Thực hiện phép toán số học và logic |
| Control Unit | Điều khiển, phối hợp hoạt động máy tính |
| RAM | Bộ nhớ tạm thời, mất dữ liệu khi tắt máy |
| ROM | Lưu dữ liệu cố định, không mất khi tắt máy |
| Cache | Bộ nhớ nhanh, hỗ trợ CPU |
| Register | Vùng nhớ rất nhanh trong CPU |
| Bộ nhớ ngoài | HDD, SSD, USB, thẻ nhớ... |
| Tốc độ CPU | Thường biểu thị bằng GHz |
| AND | 1 khi cả hai đều 1 |
| OR | 1 khi ít nhất một là 1 |
| NOT | Đảo 0 ↔ 1 |
| XOR | 1 khi hai đầu vào khác nhau |
| 1 + 1 (nhị phân) | = 10₂ → ghi 0, nhớ 1 |
| FLOPS | Số phép toán dấu phẩy động/giây |
🧠 Công thức nhớ 1 dòng:
CPU → RAM/ROM → Bộ nhớ ngoài → Mạch logic → AND/OR/NOT/XOR → Tính toán nhị phân
