MAINBOARD hoat dong nhu the nao

Bo mạch chủ hoạt động như thế nào?

Bo mạch chủ đã được xem như một khái niệm mới khi máy tính cá nhân và máy tính nhỏ (Microcomputer) đang dần trở nên phổ biến.

Trước khi có các mạch tích hợp, các thành phần riêng biệt của máy tính được lắp trên các bo mạch khác nhau hoặc các thành phần

khác nhau được lắp trên nhiều bo mạch. Ngày nay, các thành phần ấy tập trung hoạt động trên cùng một bo mạch gọi là bo mạch chủ.

Các nhà sản xuất bo mạch chủ cũng đạt được những bước tiến xa hơn trong việc tích hợp thêm nhiều bo mạch mở rộng thông dụng

khác như đồ họa, âm thanh, mạng và các mạch điều khiển ổ đĩa,…

Bất kỳ một bo mạch chủ nào cũng đều được thiết kế để hỗ trợ các thành phần chính sau: bộ vi xử lý (BXL), bộ nhớ và các hệ thống

vào/ra (I/O) và được chứa trong cùng một thùng máy. Hai yếu tố chính xác định một bo mạch chủ:

1/ Tốc độ và loại bộ vi xử lý.

2/ Kiến trúc Bus. Chính vì lẽ đó, bo mạch chủ đã và sẽ thay đổi tương ứng với mỗi lần nhà SX tung ra các BXL và kiến trúc Bus mới.

Các BXL nhanh hơn sẽ cho tốc độ trình diễn tốt hơn bên cạnh các kiến trúc Bus mới sẽ gia tăng tốc độ truyền tải dữ liệu. Ở các máy

tính cá nhân thế hệ đầu tiên, độ rộng của kiến trúc Bus là 8 bit và chỉ có thể truyền tải dữ liệu ở tốc độ 1 Mb/s nhưng kết quả của sự

cải tiến và phát triển kiến trúc Bus đã cho thấy sự cải thiện tốc độ rõ rệt như tuyến ISA 16 bit cho tốc độ truyền tải lên 8 Mb/s, tuyến

VESA 32 bit cung cấp tốc độ 150 Mb/s, tiếp theo là PCI 32 bit hoặc 64 bit hỗ trợ 264 Mb/s và tuyến AGP 64 bit mới hỗ trợ tốc độ

truyền dữ liệu trên 528 Mb/s. Việc mở rộng kiến trúc bus kéo theo nhiều thay đổi và cải tiến nhưng luôn luôn mang tính tương thích

ngược. Vì vậy một bo điều hợp được thiết kế cho các máy tính cá nhân IBM nguyên thủy vẫn có thể làm việc tốt trên các hệ thống

Pentium mới. Thực chất của việc mở rộng kiến trúc bus là mở rộng tuyến nội của bộ vi xử lý và mở rộng các chip thêm vào để hỗ trợ

việc truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA -Direct Memory Access), các ngắt (Interupts), các bộ đếm (Counters), bộ tính thời gian, các cầu

nối và bộ đệm. BXL trên bo mạch chủ thế hệ mới được xem như là bộ phận quan trọng nhất và được lắp trên đế cắm (socket) thay vì

hàn trực tiếp như trước đây. Các đế cắm được thiết kế cho phép cắm nhiều loại BXL có tốc độ khác nhau. Từ đó, người sử dụng có thể

nâng cấp lên các BXL mạnh hơn. Khi lắp đặt BXL, bạn phải gắm nó vào đế cắm này nhưng lưu ý là lực ép cho phép rất nhỏ. BXL sẽ

được khóa với một bẫy khóa, kẹp các chân của nó vào đế cắm. Ngoài ra, cũng có các bo mạch chủ cho phép lắp nhiều hơn một BXL.

Thường các bo mạch chủ loại này được dùng trong các hệ thống máy tính trạm hoặc máy chủ cần đến năng lực xử lý lớn.

BXL giao tiếp với bộ nhớ hệ thống (DRAM-Dynamic Random Access Memory) qua một cầu nối. Tuy nhiên, tốc độ bộ nhớ hệ thống

hiện tại vẫn chưa bắt kịp tốc độ của các BXL thế hệ mới. Trong khi đó, chiếc cầu nối lại bị ảnh hưởng đáng kể bởi thời gian trể, mạch

ghép và tốc độ "làm tươi" của DRAM. Có một loại bộ nhớ nhỏ hơn gọi là bộ nhớ đệm (cache) được đặt giữa BXL và DRAM. Bộ nhớ đệm

có tốc độ nhanh hơn rất nhiều so với bộ nhớ DRAM và trên các BXL thế hệ mới nó được đặt trên cùng một "bánh" silicon với BXL và có

cùng tốc độ với tốc độ của BXL. Bộ nhớ đệm truyền thống được thiết kế sử dụng loại RAM tĩnh, được lắp trên các khối nhỏ và được

quản lý bởi mạch điều khiển cache. Mạch điều khiển DRAM trên các bo mạch thế hệ mới nằm trên cùng một chip như mạch điều khiển

cache. Mạch điều khiển cache nạp dữ liệu vào SRAM từ DRAM, do đó các dữ liệu và chỉ lệnh được truyền đến BXL với tốc độ cao nhất.

Tuyến nội của BXL được nối đến các tuyến PCI và ISA bằng các chip cầu nối. Chip cầu nối bus PCI thay đổi thiết kế cùng với sự thay

đổi của mỗi BXL. Cầu nối ISA bao gồm tất cả các thiết kế lõi dành cho tuyến 16 bit kiểu AT của các máy tính cá nhân IBM nguyên thủy,

bao gồm mạch điều khiển DMA 8237, mạch điều khiển ngắt 8259, và các chíp đếm/tính thời gian 8254. Chíp này cho phép tương thích

ngược với các giao tiếp và thiết bị mở rộng loại cũ.

Dynamic Random Access Memory – Ram động

Một loại chip nhớ truy cập ngẫu nhiên ( RAM), biểu hiện các trạng thái nhớ bằng những tụ tích trữ điện tích. Vì các tụ điện này

thường xuyên bị mất điện tích của mình, cho nên các chip DRAM phải được "làm tươi" lại liên tục (vì vậy gọi là "động").

Ở các máy tính cá nhân đời đầu, cổng và thiết bị điều khiển bàn phím được kết hợp trên bo mạch chủ. Trong khi các thiết kế mới

hiện nay cho phép cổng nối tiếp (Serial) được tích hợp ngay trên bo mạch chủ. Bàn phím sử dụng bộ điều hợp giao tiếp nối tiếp để

truyền và nhận dữ liệu 1 bit tại một thời điểm, cho đến khi một khối dữ liệu hoặc 1 lệnh được truyền đi hết. Bàn phím và mạch điều

khiển là loại đẳng thời nghĩa là dữ liệu và xung đồng hồ truyền, được đồng bộ hóa trên đường xung nối tiếp và trên các cạnh của tín

hiệu đồng hồ. (Thiết bị điều hợp thiết lập một bit trên đường dữ liệu nối tiếp sau đó chuyển sang đường xung đồng hồ nối tiếp trên bộ

điều hợp, mỗi lần đường cổng nối tiếp chuyển trạng thái, bàn phím sẽ hồi đáp bằng cách truyền dữ liệu đến bo mạch chủ). Bàn phím

AT sử dụng đầu nối DIN 5-chân. Bàn phím PS/2 sử dụng bộ điều hợp DIN mini 6-chân. Cổng PS/2 được tìm thấy trên tất cả các bo

mạch chủ kiểu ATX. Chip 8042 trên bo mạch chủ hỗ trợ một thiết bị phụ thứ hai, thường dùng nhất là chuột PS/2. Các tín hiệu giao

tiếp dữ liệu và xung đồng hồ nối tiếp của bàn phím nối với chip 8042 sẽ lần lượt nối với tuyến 8 bit, tuyến ISA phụ hoặc tuyến X-nối

với tuyến nội bằng cách sử dụng chip cầu nối PCI đến ISA (như đã đề cập phía trên). Bộ vi điều khiển 8042 gửi và nhận các lệnh,

trạng thái và dữ liệu đến BXL bằng cách sử dụng các ngắt level 1 cho bàn phím và level 12 cho chuột PS/2. Bàn phím cũng có một

mạch điều khiển nối với các tín hiệu dữ liệu và đồng hồ để giao tiếp với mạch điều khiển bàn phím.

ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System) là một thiết bị chứa phần mềm để nạp hệ điều hành cơ bản đầu tiên từ

thiết bị khởi động và thực hiện các bước tự kiểm tra lúc bật máy (Power on self-Tests-POST). Các BIOS mới hỗ trợ thêm các tính năng

như Cắm và Chạy (Plug and Play – PnP), ACPI (Advanced Configuration Peripheral Interface, USB (Universal Serial BUS), Software

Power-Off (tắt máy bằng phần mềm) và cổng AGP (Accelerated Graphics Port).

Tất cả các bo mạch chủ từ thời máy tính cá nhân IBM đầu tiên đều có một đồng hồ thời gian thực (Real Time Clock-RTC) và một chíp

tính Lịch (Calendar). Thiết bị này chứa một lượng nhỏ bộ nhớ không linh động. Ngay cả khi hệ thống tắt điện, các thiết bị này vẫn tiếp

tục chạy, do được nuôi từ nguồn năng lượng Pin (cũng được lắp sẵn trên bo mạch chủ). Thiết bị RTC/Calendar cung cấp dữ liệu ngày

và giờ cho HĐH và có độ chính xác tương đối. Chúng chứa dữ liệu cấu hình cơ bản trong bộ nhớ không linh động.

Nhưng nếu bạn ngắt kết nối Pin hoặc xảy ra tình trạng hết Pin, các thông tin cấu hình sẽ bị mất.