chương : bo mạch chủ · Đầu nối với nguồn điện một bo mạch chủ at điển...

Chương 4:

Bo mạch chủ

Mục tiêu

Trong chương này, bạn sẽ học:

• Các loại bo mạch chủ

• Các thành phần trên bo mạch chủ

2

Mục tiêu (tiếp)

• Quy trình cơ bản dựng một máy tính

• Cách cài đặt một bo mạch chủ

• Khắc phục sự cố liên quan đến bo mạch chủ

3

Các loại bo mạch chủ • Việc lựa chọn bo mạch chủ sẽ xác định:

– Loại và tốc độ của CPU có thể sử dụng

– Chip set trên bo mạch chủ

– Loại và kích thước bộ nhớ đệm

4

– Loại và số lượng các khe cắm mở rộng

– Loại bộ nhớ

– Loại thùng máy

– ROM BIOS, các khe cắm màn hình và đường truyền dữ liệu cục bộ

5

Các loại bo mạch chủ

6

Khe cắm bộ nhớ

đệm (COAST)

Đế cắm CPU 7

Các khe cắm

mở rộng ISA 16

bit (4 khe)

Các khe cắm mở

rộng PCI (3 khe)

Cổng bàn phím

Khe cắm RAM với

2 SIMM RAM

Đầu nối với

nguồn điện

Một bo mạch chủ AT điển hình với bộ nhớ đệm và đế cắm CPU 7 cho CPU Intel Classic

Pentium. Bo mạch đã được lắp CPU với quạt gắn trên nó và 2 thanh SIMM RAM

Hình 4-1

Các loại bo mạch chủ

7

Đầu nối nguồn P1

Hai đầu nối IDE

Đầu nối ổ đĩa mềm

Chuyển mạch DIP

Khe cắm mở rộng ISA 16 bit

Khe cắm AGP

Năm ke cắm mở rộng PCI

Flash ROM

Cổng song song

Hai cổng nối tiếp

Hai cổng USB

Cổng bàn phím và cổng chuột

Khe cắm 1 cho Pentium

III và giá đỡ

Bốn khe cắm RAM với một

thanh DIMM đã được lắp

Một bo mạch chủ ATX đã lắp CPU Pentium III và một thanh DIMM RAM Hình 4-2

Các loại bo mạch chủ

8

9

10

11

Kiểu bo mạch chủ Mô tả

AT •Kiểu bo mạch chủ cũ nhất, vẫn được sử dụng trong một số hệ

thống

•Sử dụng đầu nối điện P8 và P9

•Kích thước 30.5cm x 33cm (12 inch x 13 inch)

Baby AT •AT loại nhỏ, có kích thước nhỏ hơn vì bộ điều khiển bo mạch chủ

được lưu trong một chip set nhỏ hơn

•Sử dụng đầu nối điện P8 và P9

•Kích thước 33cm x 22cm (12 inch x 8.7 inch)

ATX •Do Intel phát triển cho các hệ thống Pentium

•Có thiết kế dễ truy cập hơn so với bo mạch AT

•Có công tắc bật điện có thể được điều khiển bởi phần mềm và các

đầu nối điện cho các quạt phụ

•Sử dụng đầu nối điện P1

•Kích thước 30.5cm x 24.4cm (12 inch x 9.6 inch)

Mini ATX •Bo mạch ATX với thiết kế nhỏ gọn hơn

•Kích thước 28.4cm x 20.8cm (11.2 inch x 8.2 inch)

12

Bảng 4-1: Các loại bo mạch chủ

Các loại bo mạch chủ

Các thành phần trên bo mạch chủ

• CPU và Chip Set

– Nguyên lý làm việc của CPU

• Đơn vị nhập xuất (I/O)

• Một hoặc nhiều đơn vị lôgic số học (ALU)

• Đơn vị điều khiển

– Đánh giá CPU như thế nào

• Nhiều chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá các CPU 13

Nguyên lý làm việc của CPU

14

Bắt đầu với CPU Pentium, một CPU có hai đơn vị logic số học và có

thể xử lý hai lệnh một lúc

Hình 4-3

Các bộ vi xử lý – Celeron

– Pentium III

– Pentium 4

– Mobile Pentiums

– CORE I3-5-7

15

Các bộ vi xử lý (tiếp)

– Các bộ vi xử lý AMD

– Các bộ vi xử lý VIA và Cyrix

– Các bộ vi xử lý 64-Bit

– Intel Itaniums

– Các bộ vi xử lý AMD 64-Bit

16

Các bộ vi xử lý (tiếp)

17

Hình 4-4 Một số CPU Pentium có bộ nhớ đệm L2 trên một chip riêng (bộ nhớ đệm L2 riêng

biệt), một số có bộ nhớ đệm L2 trên cùng chip (bộ nhớ đệm cao cấp)

Pentium III

18

Hình 4-5 CPU Pentium III được đặt trong một hộp chứa, được cắm vào khe

cắm 1 trên bo mạch chủ

Pentium 4

19

Hình 4-6 CPU Pentium 4

Các bộ vi xử lý AMD

20

Hình 4-7 CPU AMD Athlon XP

Các bộ vi xử lý VIA và Cyrix

Bộ vi xử lý Tốc độ đồng

hồ (MHz) So sánh với

Tốc độ Bus

hệ thống

(MHz)

Đế cắm

(socket) hoặc

khe cắm

Cyric M II 300, 333,350 Pentium II,

Celeron

66, 75, 83,

95, 100

Đế cắm 7

Cyric M II 433 đến 566 Celeron,

Pentium III

66, 100, 133 Đế cắm 370

VIA C3 Tối đa 1GHz Celeron 100 hoặc 133 Đế cắm 370

21

Bảng 4-5 Bộ vi xử lý VIA và Cyrix

Các bộ vi xử lý VIA và Cyrix (tiếp)

22

Hình 4-8 CPU VIA C3

Bộ xử lý Intel Itaniums

23

Hình 4-9 CPU Itanium 2

Bộ xử lý Intel Itaniums (tiếp)

Bộ vi xử lý Tốc độ bộ

vi xử lý

Bộ nhớ

đệm L1

Bộ nhớ

đệm L2

Bộ nhớ đệm

L3

Tốc độ bus

hệ thống

Itanium 733 và 800

MHz

32K 96K 2MB hoặc

4MB

266 MHz

Itanium 2 900 MHz đến

1.5 GHz

32K 256K 1.5MB đến

6MB

400 MHz

24

Bảng 4-6 CPU Intel Itanium

Bộ tản nhiệt và quạt làm mát của CPU

25

Bộ vi xử lý

Quạt

Bộ tản nhiệt

Đầu nối nguồn cho quạt

Hình 4-11 Một quạt CPU gắn trên đỉnh hoặc mặt bên của CPU và được cấp điện bởi một

đầu nối trên bo mạch chủ

Giá đỡ

Bộ tản nhiệt và quạt làm mát của CPU (tiếp)

26

Hình 4-12 Volcano 11+ - Quạt làm mát bằng đồng của Thermaltake

Đóng gói CPU

27

Hình 4-13 CPU Intel Celeron được đóng gói theo dạng PPGA, có các chân

cắm ở mặt dưới, được cắm vào đế cắm 370

Khe cắm (slot) và đế cắm (socket) CPU

• Bộ vi xử lý được nối vào bo mạch chủ thông qua khe cắm hoặc đế cắm

• Loại khe cắm/đế cắm phải phù hợp với bộ vi xử lý

28

Khe cắm (slot) và đế cắm (socket) CPU (tiếp)

• Các khe cắm 1 và 2 là các khe cắm của Intel

• Đế cắm A và khe cắm B là khe cắm/đế cắm của AMD

29

Khe cắm (slot) và đế cắm (socket) CPU (tiếp)

30

Hình 4-14 Giá đỡ URM để đỡ CPU (giá đỡ được đặt theo phương thẳng đứng)

Giá đỡ

URM

Khe cắm (slot) và đế cắm (socket) CPU (tiếp)

31

Hình 4-15 Một card đứng có thể sử dụng để lắp một CPU Celeron trên bo

mạch chủ với khe cắm 1

Đế cắm 370 chân

Cạc CPU đứng

Khe cắm 1

Thanh để giữ bộ

vi xử lý hoặc cạc

đứng

Khe cắm (slot) và đế cắm (socket) CPU (tiếp)

32

Hình 4-16 Dây nối phụ trợ 4 chân nối với đầu nối ATX12V trên bo mạch

chủ cung cấp điện cho CPU Pentium 4

Bộ điều chỉnh điện áp cho CPU

• Các CPU khác nhau cần các mức điện áp khác nhau trên bo mạch chủ

• Bộ điều chỉnh điện áp (VRM) kiểm soát điện áp đi vào CPU

• Có thể được thiết kế sẵn trên bo mạch chủ hoặc được thêm vào sau

33

Bộ điều chỉnh điện áp cho CPU (tiếp)

34

Hình 4-17 Một bộ điều chỉnh điện áp có thể được cấu hình bằng các chấu cắm (jumper) trên

bo mạch chủ để cung cấp điện áp phù hợp cho CPU

Chip Set • Điều khiển bộ nhớ đệm, đường truyền dữ liệu

bên ngoài, và một số thiết bị ngoại vi

• Sự liên kết giữa các đường truyền dữ liệu sử dụng kiến trúc giao tiếp trung tâm

• Các đường truyền vào/ra (I/O) nối với trung tâm và đường truyền hệ thống

35

Chip Set (tiếp) • Cầu Bắc (North bridge) có tốc độ cao, dùng

cho các thiết bị đồ họa và bộ điều khiển bộ nhớ

• Cầu Nam (South bridge) dùng cho các thiết bị khác

36

Chip Set (tiếp)

37

Hình 4-18 Sử dụng kiến trúc giao tiếp trung tâm được tăng tốc họ Intel 800 , một kiến trúc

giao tiếp trung tâm được sử dụng để kết nối các đường truyền dữ liệu vào ra (I/O)

chậm với đường truyền dữ liệu hệ thống

ROM BIOS • Giải pháp cho một bo mạch chủ không ổn

định là cập nhật thông tin cho BIOS

• Cập nhật mã lệnh trong BIOS khi bạn gặp vấn đề với bo mạch chủ

38

ROM BIOS (tiếp) • Phải chắc chắn rằng việc cập nhật BIOS được

thực hiện với công cụ/thiết bị phù hợp

• Phải tuân thủ triệt để theo các chỉ dẫn

39

ROM BIOS (tiếp)

40

Hình 4-19 Có thể tải thông tin để cập nhật ROM BIOS cho phần lớn các BIOS từ địa chỉ

www.unicore.com

ROM BIOS (tiếp)

41

Bảng 4-10 Các công ty chế tạo BIOS

Công ty Địa chỉ trên Internet

Các đường truyền dữ liệu và các khe cắm mở rộng

• Sự phát triển của đường truyền dữ liệu

• Đường truyền dữ liệu làm việc gì

• Các cổng trên bo mạch chủ, các đầu kết nối, và các khe cắm đứng

42

Sự phát triển của đường truyền dữ liệu

Đường

truyền (bus)

Loại đường truyền Độ rộng dữ

liệu (bit)

Số đường địa chỉ Tốc độ đường

truyền (MHz)

Thông lượng

Bus hệ thống Cục bộ 64 32 800, 533, 400,

133 …

Tối đa 3.2

GB/giây

PCI-X Vào/ra cục bộ 64 32 133 1.06 GB/giây

AGP Video cục bộ 32 Không có 66, 75, 100 … Tối đa 528

MB/giây

PCI Vào/ra cục bộ 32 32 33, 66 Tối đa 264

MB/giây

VESA và VL Video cục bộ hoặc

mở mở rộng

32 32 Tối đa 33 Tối đa 250

MB/giây

FireWire Video cục bộ hoặc

mở mở rộng

1 Địa chỉ được gửi

nối tiếp

Không có Tối đa 3.2 Gb/giây

(gigabits)

MCA Mở rộng 32 32 12 Tối đa 40 MB/giây

EISA Mở rộng 32 32 12 Tối đa 32 MB/giây

USB Mở rộng 1 Địa chỉ được gửi

nối tiếp

3 Tối đa 480 Mbps

(megabits/giây)

43

Bảng 4-11 Danh sách đường truyền dữ liệu sắp xếp theo thông lượng

Sự phát triển của đường truyền dữ liệu (tiếp)

44

Hình 4-20 Bảy loại đầu nối đường truyền dữ liệu trên card mở rộng

Card mở rộng

Cổng

Chân cắm đường truyền dữ liệu

Chân cắm ISA 8 bit

Chân cắm ISA 16 bit

Chân cắm kiến trúc vi kênh

32 bit (Micro Channel

Architecture - MCA)

Chân cắm EISA 32 bit

Chân cắm bus

cục bộ VESA

Chân cắm bus cục

bộ PCI 32 bit

Chân cắm bus cục bộ

AGP chuẩn 32 bit

Các cổng trên bo mạch chủ, các đầu kết nối và các khe cắm đứng

45

Hình 4-21 Một ke cắm đứng audio/modem có thể cắm được một card modem đứng

Card modem

đứng

Chương trình cơ sở (firmware)

của modem

Khe cắm AMR Khe cắm PCI Khe cắm ISA

Bộ điều khiển

ARM

Thiết lập cấu hình phần cứng (tiếp)

• Nguồn điện pin nuôi bộ nhớ CMOS

• Thiết lập mật khẩu khởi động trong CMOS

• Danh sách các thông tin thiết lập CMOS

46

Nguồn điện pin nuôi CMOS

47

Hình 4-29 Phần lớn các pin CMOS có dạng đồng xu (coin cell battery)

Pin xu

(coin cell battery)

Bảo vệ các thông số thiết lập

• Các thông số mặc định trong CMOS RAM có thể được phục hồi dễ dàng nếu thông tin bị mất do hết pin

• Các thiết lập CMOS đã được chỉnh sửa cần được phục hồi

• Đảm bảo tài liệu về sự thay đổi được cập nhật và được lưu giữ cùng với tài liệu phần cứng

48

Lắp một máy tính

• Tổng quan

– Kiểm tra xem bạn đã có đủ tất cả các phần bạn dự định lắp

– Chuẩn bị một thùng máy

49

Lắp một máy tính: (tiếp)

– Cài đặt các ổ đĩa

– Thiết lập cấu hình chính xác cho bo mạch chủ

– Lắp CPU và quạt làm mát CPU

– Lắp RAM

50

– Lắp bo mạch chủ và cáp nối

– Lắp card màn hình

– Cắm điện nguồn cho máy tính, nối màn hình và bàn phím

– Khởi động hệ thống và nhập thông tin CMOS

51

Lắp một máy tính: (tiếp)

– Chắc chắn rằng các thiết lập được đặt ở giá trị mặc định

• Kiểm tra ngày, giờ

• Đảm bảo tắt chức năng POST rút gọn (POST - Power On Shelt Test – Quá trình tự kiểm tra khi bật máy)

• Thiết lập trình tự khởi động

• Thiết lập thông số “Tự động nhận ổ cứng”

• Các thông số khác để mặc định, lưu thông tin và thoát khỏi CMOS

• Theo dõi quá trình POST theo dõi và hiệu chỉnh

52

Lắp một máy tính: (tiếp)

– Chuẩn bị ổ cứng cho hệ điều hành: HDD, SSD

– Khởi động lại hệ thống và chạy chương trình ScanDisk trên ổ đĩa C

– Nối chuột vào máy tính

53

Lắp một máy tính: (tiếp)

– Cài đặt hệ điều hành từ ổ CD hoặc ổ mềm

– Thay đổi trình tự khởi động trong CMOS

– Kiểm tra những xung đột giữa các tài nguyên hệ thống

54

Lắp một máy tính: (tiếp)

– Cài đặt các bo mạch mở rộng và các thiết bị khác

– Kiểm tra mọi thứ đều hoạt động tốt, điều chỉnh lần cuối các thông số của hệ điều hành và CMOS nếu cần

– Gắn CPU, quạt và bộ tản nhiệt

55

Lắp một máy tính: (tiếp)

Thiết lập chấu cắm

56

Hình 4-31 Chấu cắm thiết lập cấu hình BIOS

Thiết lập chấu

cắm cho khởi

động bình thường

• 1. Lịch sử phát triển của CPU:

• Sự ra đời và phát triển của CPU từ năm 1971 cho đến nay với các tên gọi tương ứng với công nghệ và chiến lược phát triển kinh doanh của hãng Intel: CPU 4004, CPU 8088, CPU 80286, CPU 80386, CPU 80486, CPU 80586,..... Core i3, i5, i7. Tóm tắt qua sơ đồ mô tả:

57

58

2. Cấu tạo của CPU

• CPU được cấu tạo bởi nhiều bộ phận khác nhau và mỗi bộ phận có chức năng chuyên biệt gồm:

• Control Unit (CU): Điều khiển các hoạt động bên trong CPU.

• Đơn vị xử lý logic (ALU): Tính toán số nguyên và các phép toán logic (And, Or, Not, X-or).

59

• Đơn vị xử lý số học (FPU): Tính toán số thực.

• Bộ giải mã lệnh (IDU): Chuyển đổi các lệnh của chương trình thành các yêu cầu cụ thể.

• Bộ nhớ đệm (Cache): Lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình xử lý.

• Thanh ghi (Register): Chứa thông tin trước và sau khi xử lý.

• Các bus vào - ra (I/O Bus): Hệ thống đường dẫn tín hiệu kết nối các thành phần của CPU với nhau và với bo mạch chủ (MB).

60

3. Phân loại CPU • Phân loại theo kiến trúc thiết kế:

• Core/Penryn: Conroe, Wolfdale, Kentsfield, Yorkfield

– Kiến trúc Core có các cải tiến quan trọng như: Wide Dynamic Execution (khả năng mở rộng thực thi động).

– Tính quản lý điện năng thông minh (Intelligent Power Capability).

– Chia sẻ bộ nhớ đệm linh hoạt (Advanced Smart Cache): hai nhân shared cache L2, tăng dung lượng cache cho từng Core.

• Sandy Bridge là tên mã của một bộ vi xử lý:

– Đang được phát triển bởi Intel và dự kiến sẽ là kiến trúc tiếp nối Nehalem.

– Được thiết kế dựa trên quy trình công nghệ 32nm từ Westmere (tên cũ là Nehalem-C) và áp dụng nó vào kiến trúc Sandy Bridge mới. Tên mã trước đây cho BXL này là Gesher.

61

• Phân loại theo công nghệ chế tạo: Được chia làm nhiều công nghệ chế tạo từ 180nm cho đến ngày hôm nay là 22nm (sẽ ra đời vào tháng 12/2011)

62

Cắm chíp Pentium II vào Slot 1

63

Hình 4-32 Các móc trên bộ tản nhiệt và quạt thẳng với các lỗ trên mặt của SECC

Bộ tản nhiệt

và quạt

Các móc

Hộp có chân cắm là

một cạnh (Single

Edge Contact

Cartridge - SECC)

Cắm chíp Pentium I vào Slot 1 (tiếp)

64

Hình 4-33 Đẩy cái kẹp trên quạt xuống đến khi nó gắn vào chip, gắn chặt

bộ tản nhiệt và quạt vào SECC

Đẩy cái kẹp

xuống

Cắm chíp Pentium II vào Slot 1 (tiếp)

65

Hình 4-34 Lắp bộ tản nhiệt, quạt và SECC vào giá đỡ và khe cắm 1

Quạt, tản nhiệt

và SECC

Giá đỡ

Khe cắm 1

Cắm chíp Pentium II vào Slot 1 (tiếp)

66

Hình 4-35 Nối dây nguồn của quạt vào bo mạch chủ

Nối điện cho

quạt CPU

Cắm chíp Pentium 4 vào Socket 478

67

Hình 4-36 Lắp CPU vào đế cắm mPGA478B

Cắm chíp Pentium 4 vào Socket 478 (tiếp)

68

Hình 4-37 Khoá gắn bộ làm mát với các phần

xung quanh CPU

Core i3 • Core i3 có dòng i3-500 với tên mã Clarkdale ,

với Dual-Core hỗ trợ công nghệ Hyper-Threading , với 4MB Cache , hỗ trợ bộ nhớ cấu hình Dual-Channel nhưng không hỗ trợ công nghệ Turbo Boost .

69

Core i5 • Model Core i5 chỉ hỗ trợ bộ nhớ với cấu hình

Dual-Channel

• Core i5 dòng 600 có tên mã Clarkdale là Dual-Core và hỗ trợ Hyper-Threading nên cho phép xử lí được 04 luồng dữ liệu liên tục ( 4-thread ) với 4MB Cache L3 .

• Core i5 dòng 700 có tên mã Lynnfiled là bộ vi xử lí Quad-Core , không hỗ trợ Hyper-Threading .

70

Core i7 có dòng i7-700-800-900 • Core i7-900 có tên mã là Bloomfield , hỗ trợ bộ nhớ Triple-Channel ,

Socket LGA1366 và Bus QPI ( Intel QuickPath Interconnect ) để cung cấp đường truyền thông giữa CPU và những linh kiện hệ thống khác . Những bộ vi xử lí Core khác sử dụng Socket LGA1156 thì dùng Bus DMI ( Direct Media Interface ) . Core i7-800 có tên mã Lynnfiled chỉ hỗ trợ bộ nhớ theo cấu hình Dual-Channel . Tất cả những Model dòng Core i7 có 04 lõi và hỗ trợ Hyper-Threading nên cho phép xử lí được 08 luồng dữ liệu liên tục ( 8-thread ) . Core i5 dòng 700 có tên mã Lynnfiled là bộ vi xử lí Quad-Core , không hỗ trợ Hyper-Threading .

71

• Như vậy những CPU xử lí có 8-thread là Core i7 , 4-thread hỗ trợ công nghệ Turbo Boost là Core i5 và những CPU không hỗ trợ Turbo Boost là Core i3 .

72

Cài đặt bo mạch chủ vào thùng máy

• Cài đặt tấm mặt (faceplate)

• Gắn các điểm bắt vít (standoffs)

• Đặt bo mạch chủ vào trong thùng máy

73

Cài đặt bo mạch chủ vào thùng máy (tiếp)

• Nối cáp nguồn điện

• Gắn các đầu nối từ mặt trước của máy vào bo mạch chủ

74

Cài đặt bo mạch chủ vào thùng máy (tiếp)

75

Hình 4-38 Thùng máy có thể có vài tấm mặt. Chọn tấm mặt vừa vặn với

các cổng của bo mạch chủ. Các tấm mặt khác không sử dụng

Tấm mặt

Các cổng trên

bo mạch chủ sẽ

được đưa ra

qua các lỗ trên

tấm mặt

Lỗ trên thùng

máy để gắn

tấm mặt

Cài đặt bo mạch chủ vào thùng máy (tiếp)

76

Hình 4-39 Lắp tấm mặt vào lỗ tại mặt sau của thùng máy

Tấm mặt

Cài đặt bo mạch chủ vào thùng máy (tiếp)

77

Hình 4-40 Ba điểm bắt vít và bốn lỗ bắt vít

Các điểm

bắt vít

Các lỗ bắt vít

Cài đặt bo mạch chủ vào thùng máy (tiếp)

78

Hình 4-41 Năm bộ dây từ mặt trước thùng máy nối với bo mạch chủ

Hình 4-42 Xem các tam giác nhỏ trên đầu nối dây để nối chính xác

các chân nối với bo mạch chủ

Công tắc remote

Đèn báo nguồn

Công tắc khởi động lại

Đèn báo ổ cứng

Loa

Các dây từ mặt

trước thùng máy sẽ

được nối váo các

chân này

Hoàn tất quá trình cài đặt • Gắn các card mở rộng và các thành phần khác

• Đảm bảo rằng mọi thứ được kết nối một cách đúng đắn

• Bật hệ thống

79

Khắc phục sự cố bo mạch chủ và CPU

• Sử dụng các đầu mối từ quá trình POST

• Xử lý các mã tín hiệu bíp trước khi kiểm tra màn hình

• Xem các thông báo lỗi trên màn hình

80

Khắc phục sự cố bo mạch chủ và CPU (tiếp)

• Thay thế phần cứng nghi ngờ hỏng bằng phần cứng hoạt động tốt

• Kiểm tra điện thế từ nguồn điện trước khi lắp bo mạch chủ mới

81

Khắc phục sự cố bo mạch chủ và CPU (tiếp)

82

Hình 4-43 Trang Web của nhà sản xuất ROM BIOS là nguồn thông tin tốt về các mã tín

hiệu bíp

Tóm tắt nội dung đã học • Các loại bo mạch chủ

• Các thành phần trên bo mạch chủ

• ROM BIOS

• Lắp ráp một máy tính

• Cài đặt bo mạch chủ

• Khắc phục sự cố bo mạch chủ và CPU 83