Kiến trúc máy tính

Mình sẽ viết một bài dài cung cấp các kiến thức phổ thông về kiến trúc máy tính.

BIOS

Là firm ware nằm trong ROM. Chức năng của nó là thực hiện POST và load bootloader. Thông tin cấu hình cho BIOS lại nằm trong một thành phần khác gọi là CMOS. Dữ liệu trong CMOS được nuôi bởi pin CMOS.

Kiến trúc 32 bits và 64 bits
  

Bạn thường nghe thấy thuật ngữ hệ điều hành 32 bits và 64 bits. Sự khác biệt giữa chúng là gì ? Hệ điều hành 32 bits là các hệ điều hành hoạt động trên các CPU có hỗ trợ 32 bits địa chỉ. Tương tự vậy với hệ điều hành 64 bits. Hai con số 32 và 64 chủ ý nói đến khả năng quản lý địa chỉ bộ nhớ của CPU. Với CPU 32 bits, CPU này hỗ trợ dải địa chỉ 32 bits, tương đương với 4GB (*). Con số này có ý nghĩa thế nào ? Nếu máy tính của bạn có nhiều bộ nhớ hơn 4GB thì cũng vô nghĩa. Thực tế là CPU dùng 32 bits địa chỉ này không chỉ cho RAM mà để dành cho nhiều thành phần khác nhau của máy tính như I/O, PCI bus... Với Win 7 32 bits thì số RAM tối đa mà nó có thể truy xuất chỉ là 3GB. Muốn tận dụng nhiều RAM hơn thì bạn cần:

• Sử dụng CPU hỗ trợ dải địa chỉ 64 bits
• Cài đặt hệ điều hành 64 bits

(*) Cách tính:
32 bits -> biểu diễn được 2^32 số khác nhau. Mỗi con số này được gán làm địa chỉ cho một ô nhớ. Mỗi ô nhớ có dung lượng là 1 byte -> có 2^32 bytes. Ta biết 1GB = 2^30 bytes -> 2^32 = 2^2 * 2^30 = 4GB.

Boot sector

Là sector đầu tiên của đĩa cứng. Mỗi sector có 512 bytes. Boot sector chứa: partition table, boot loader và signature. Signature này là dấu hiệu để nhận diện một sector là boot sector

Partition table

Là một bảng có bốn bản ghi nằm trong boot sector. Vì có bốn bản ghi nên một máy tính chỉ có thể có tối đa 4 phân vùng chính (primary partition). Một trong số bốn phân vùng chính có thể được chọn làm phân vùng mở rộng (Extended partition). Trong một phân vùng mở rộng, bạn có thể thoải mái chia thành các logical partition. Tùy vào giao diện của disk là SCSI hay IDE mà số lượng logical partition tron một extended partition sẽ bị giới hạn khác nhau.

Disk formatting

Là một quá trình gồm ba bước:

Low level:  
Thường thực hiện tại nhà máy. Người dùng không bao giờ phải thực hiện bước này.
Disk partititoning: 
Phân chia disk thành nhiều vùng. Có thể coi mỗi vùng đó như là môt disk riêng biệt.
High level: 
Là bước cuối. Bước này sẽ thực hiện tạo file system lên đĩa.

Hoạt động của disk

Disk là một thiết bị gồm nhiều đĩa từ chồng lên nhau. Giữa các đĩa có đầu tư cơ học di chuyển để đọc dữ liệu trên đĩa. Mỗi đĩa có cấu trúc như sau:

Mỗi đĩa có nhiều rãnh - track. Trên mỗi rãnh có một đầu từ (Head - H) di chuyển để đọc dữ liệu trên rãnh. Mỗi rãnh lại gồm nhiều đơn vị gọi là sector - S. Mỗi sector có dung lượng 512 bytes. Các rãnh xếp chồng lên nhau tạo thành cylinder - H. Dung lượng đĩa có thể tính đơn giản bằng: C * H * S * 512 (bytes)

Disk hiện nay đã tiên tiến hơn sử dụng SSD - Solid State Disk. Loại bỏ hoàn toàn cơ chế cơ học đọc ghi của đĩa. Nhờ vậy tốc độ và độ bền của đĩa tăng lên đáng kể.

Quá trình khởi động máy tính

• BIOS thực hiện POST - Power On Self Test
• BIOS xác định boot sector dựa vào signature rồi chuyển quyền điều khiển cho boot loader nằm trong boot sector.
• Boot loader thực hiện load OS vào RAM rồi chuyển quyền điều khiển cho OS.