Những khái niệm cơ bản về máy tính (Cập nhật tới phần 5)

Như chúng ta đã biết, máy tính là một thiết bị điện tử tiên tiến mà nó có khả năng nhận các dữ liệu thô (đầu vào) từ người sử dụng và xử lý các dữ liệu này dưới sự điều khiển của một chuỗi lệnh (gọi là chương trình), sau đó cho ra kết quả (đầu ra), và có khả năng lưu trữ để có thể sử dụng nhiều lần.

---

Trong chuỗi bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về những khái niệm cơ bản phần cứng, phần mềm, hệ điều hành, thiết bị ngoại vi,... của máy tính.

---

---

Chuỗi bài này sẽ không yêu cầu bạn phải có kiến thức gì cả, hoàn toàn dành cho người mới bắt đầu và muốn nắm bắt những khái niệm cơ bản về máy tính. Sau khi kết thúc chuỗi bài này bạn sẽ tự tin hơn để có thể tiếp cận tốt hơn trong các môn học liên quan đến máy tính.

1. Chức năng của máy tính
   

Mọi máy tính đều có 5 chức năng sau đây:
   

• Nhận dữ liệu đầu vào(INPUT)
  
• Lưu trữ dữ liệu/chuỗi các lệnh trong bộ nhớ của nó và được đưa ra sử dụng khi cần
  
• Xử lý dữ liệu đầu vào thành những thông tin mà người dùng cần(PROCESS)
  
• xuất dữ liệu đầu ra - Những thông tin mà người dùng cần đã được xử lý (OUTPUT)
  

   

• điều hành 4 bước trên
  

[img[/img]" />

---

   

• Tốc độ làm việc: máy tính là thiết bị có tốc độ làm việc rất cao, nó có thể thực hiện tính toán với một số lượng lớn dữ liệu, thực hiện hàng triệu phép tính trong vài giây bằng với một người làm trong vài tháng với cùng số lượng công việc như vậy. Tốc độ tính toán của máy tính có thể tính bằng microsecond, nanosecond và thậm chí là picosecond
  
• Độ chính xác: ngoài khả năng tính toán nhanh thì máy tính tính toán cũng rất chính xác. Độ chính xác là tuyệt đối. Máy tính có thể thực hiện tất cả các công việc với độ chính xác là 100% nếu như được cung cấp chính xác dữ liệu đầu vào (INPUT)
  
• Khả năng lưu trữ: Bộ nhớ là một thành phần quan trọng không thể thiếu của máy tính. Nhờ nó mà máy tính có khả năng lưu trữ dữ liệu. Khả năng lưu trữ dữ liệu của máy tính là rất lớn so với khả năng nhớ của con người. Nó có thể lưu trữ dữ liệu ở nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như hình ảnh, video, văn bản, âm thanh,...
  
• Sự siêng năng: Khác với con người, máy tính có khả năng thực hiện các công việc mà không biết mệt mỏi, chán nản hay mất tập trung. Nó có khả thực hiện các công việc mà không hề gây ra sai sót và tất nhiên là thực hiện lặp đi lặp lại một công việc với cùng một tốc độ và độ chính xác
  
• Tính linh hoạt: Máy tính rất linh hoạt trong việc thực thi công việc. Nó có thể được sử dụng để giải quyết các bài toán liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, máy tính có thể được sử dụng để giải quyết một bài toán khoa học rắc rối vào thời điểm này nhưng vào thời điểm khác nó có thể được sử dụng để chơi các trò chơi điện tử
  
• bền: Máy tính là một thiết bị điện tử hữu ích và rất bền. Mọi linh kiện điện tử để tạo nên nó có tuổi thọ rất lâu. Và máy tính ngày nay được thiết kế sao cho thuận tiện nhật trong việc bảo quản và bảo trì
  
• Tự động hóa: Máy tính là một loại máy tự động. Tự động ở đây có nghĩa là nó có thể thực hiện các công việc được đưa ra bởi người dùng một cách tự động. Sự tự động này là nhờ có chương trình (chuỗi các lệnh) mà chúng ta đã lưu trữ bên trong bộ nhớ của máy tính. Nhờ có những chương trình và lệnh thì những công việc của chúng ta giao cho máy tính mới được thực thi một cách tự động
  
• Chi phí: Mặc dù chi phí của một chiếc máy tính khá là đắt đỏ thế nhưng thực chất là nó giảm đi chi phí cho mỗi lần thực thi công việc của chúng ta cả về tiền bạc lẫn thời gian.
  
• Không có trí tuệ: Máy tính là một thiết bị không có trí thông minh thật sự. Bản chất là nó chỉ thực thi các công việc thông qua các chương trình và lệnh được viết bởi người dùng hay nhà sản xuất. Điều này đã cho thấy máy tính không có thông minh và không thể tự đưa ra quyết định của bản thân
  
• Phụ thuộc: Chức năng của máy tính đều phụ thuộc chặt chẽ vào người viết ra chương trình cho máy tính
  
• Cảm xúc: Máy tính hoàn toàn không có cảm xúc. Nó cũng không có khả năng nhận xét dựa trên cảm nghĩ, kinh nghiệm từng trải và kiến thức giống như con người chúng ta
  

Một số loại máy tính

Thông thường dựa vào tốc độ xử lý và khả năng tính toán mà máy tính có thể được phân ra là 5 lớp cơ bản:

• PC (personal computer: máy tính cá nhân): Đây là loại máy tính một người dùng có bộ vi xử lý vừa đủ mạnh

PC có thể được định nghĩa như là một loại máy tính nhỏ, giá thành không quá cao và được thiết kế cho hoạt động cá nhân. Máy tính cá nhân - PCs - hình thành trên nền công nghệ vi xử lý, cho phép các nhà sản xuất đưa toàn bộ CPU lên một con chip. Máy tính cá nhân rất quen thuộc với chúng ta, chúng ta thường sử dụng nó như là một công cụ hỗ trơ trong công việc ví dụ như đánh văn bản, tính toán, quản lý cơ sở dữ liệu,... Ngoài ra, nó còn được dùng trong các mục đích giải trí như là chơi trò chơi điện tử, nghe nhạc, xem phim, lướt web,...

Mặc dù máy tính cá nhân được thiết kế cho 1 người dùng, nhưng chúng có thể kết nối với nhau thông qua hệ thống mạng.

• workstation - máy trạm: Nó là loại máy tính một người dùng giống như PC nhưng có bộ vi xử lý mạnh hơn hẳn so với PC

Máy trạm là loại máy tính được sử dụng cho các ứng dụng kỹ thuật (CAD/CAM), in ấn, phát triển phần mềm, và rất nhiều các ứng dụng khác mà nó đòi hỏi phải có khả năng tính toán mạnh mẽ và chất lượng đồ họa tương đối cao.
Máy trạm thường đi kèm với một màn hình lớn và có độ phân giải cao; có dung lượng RAM lớn; có kết nối mạng; và có giao diện đồ họa người dùng (graphical user interfarce). Hầu hết các máy trạm đều phải có một thiết bị lưu trữ như ổ đĩa.
Hệ điều hành thông dụng cho máy trạm là hệ điều hành Linux hoặc hệ điều hành window NT. Giống như PC, máy trạm cũng là loại máy tính một người dùng nhưng thường được liên kết với nhau thành mạng cục bộ mặc dù có thể được sử dụng như 1 hệ thống độc lập.

• Minicomputer: Đây là loại máy tính đa người dùng với khả năng hỗ trợ hàng trăm người dùng cùng một lúc

Đây là loại máy tính với hệ đa xử lý cỡ trung bình có khả năng hỗ trợ lên đến 250 người dùng cùng một lúc

• Main Frame: Cũng là một loại máy tính đa người dùng với khả năng hỗ trợ hàng ngàn người dùng cùng một lúc. Điểm khác biệt giữa nó và mini computer đó là công nghệ phần mềm của 2 loại này rất khác nhau

Mainframe là một loại máy tính cỡ lớn và giá thành của nó chỉ phù hợp với những doanh nghiệp, nó có khả năng hỗ trợ hàng ngàn người dùng cùng một lúc. Mainframe có thể thực thi rất nhiều chương trình song song với nhau cùng một lúc.

• Supercomputer (siêu máy tính): Đây là loại máy tính có tốc độ vô cùng cao, nó có thể thực hiện hàng triệu lệnh mỗi giây

Siêu máy tính là một trong những loại máy tính nhanh nhất hiện nay. Nó rất đắt và được sử dụng cho những công việc đặc biệt mà yêu cầu số lượng lớn tính toán toán học (number crunching). Ví dụ như là dự báo thời tiết, mô phỏng các hiện tượng khoa học, tính toán động lực học chất lưu (fluid dynamic), nghiên cứu năng lượng hạt nhân, thiết kế điện tử và phân tích các dữ liệu địa chất.

Tất cả các loại máy tính đều có một cấu trúc cơ bản giống nhau và thực hiện 5 hoạt động cơ bản sau đây để chuyển đổi dữ liệu đầu vào thành thông tin hữu ích cho người dùng:
   

• Lấy dữ liệu đầu vào (INPUT): Là quy trình nhập dữ liệu (data) và các lệnh (instruction) vào máy tính
  
• Lưu trữ dữ liệu (STORE): Lưu trữ dữ liệu và các lệnh được nhập từ máy tính hoặc sau khi được xử lý, sau đó thì những dữ liệu hay lệnh này mới có thể được sử dụng khi cần thiết
  
• Xử lý dữ liệu (PROCESS): Là quy trình thực hiện các phép tính số học (+,-,*,/,...) và phép tính logic (and, or, not,...) trên dữ liệu để chuyển chúng thành những thông tin hữu ích (những dữ liệu này có thể là output cũng có thể là kết quả trung gian trong quá trình tính toán) với mục đích cuối cùng là thông tin mà người dùng cần
  
• Đưa ra dữ liệu đầu ra (OUTPUT): Là quy trình đưa ra thông tin hữu ích hay kết quả mà người dùng cần
  
• kiểm soát quy trình làm việc (CONTROL): Kiểm soát toàn bộ tất cả các quá trình trên, hướng dẫn cách thức và trình tự thực hiện các công đoạn được nêu trên
  

---

 
   

---

Ứng với 5 hoạt động ta có 5 thành phần máy tính đảm nhiệm mỗi hoạt động trên:
   

---

 

• INPUT UNIT (Bộ phận nhận thông tin đầu vào)
  
• CPU - central processing unit (Bộ xử lý trung tâm)
  
• OUTPUT UNIT (Bộ phận xuất kết quả đầu ra)
  

CPU (Bộ xử lý trung tâm) thường có các đặc tính sau:
 

• Nó được xem là bộ não của chiếc máy tính.
  
• Nó chịu trách nhiệm thực hiện tất cả các hoạt động xử lý dữ liệu.
  
• Nó lữu trữ dữ liệu, kết quả trung gian (nãy sinh trong quá trình xử lý) và các lệnh (chương trình).
  
• Nó điều khiển các hoạt động của tất cả các thành phần của máy tính.
  

---

CPU được tạo nên bởi 3 thành phần chính:

• Control Unit (bộ điều khiển)
  
• ALU - Arithmetic Logic Unit (bộ số học và logic)
  

---

1. Memory or Storage Unit
   

   Đây là thành phần của CPU, nó có khả năng lưu trữ lệnh (chương trình), dữ liệu và kết quả trung gian. Đương nhiên, khi cần thiết thì các thông tin, dữ liệu mà nó đã lưu trữ sẽ được cung cấp cho các bộ phận khác của máy tính. Thành phần này thường được biết đến với nhiều cái tên khác nhau: internal storage unit( bộ nhớ trong), main memory (bộ nhớ chính), primary storage (bộ lưu trữ sơ cấp) hoặc random access memory - RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên).
   Kích thước dung lượng của nó ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng xử lý của máy tính. Cần nhớ, bộ nhớ thứ cấp (secondary memory) và bộ nhớ sơ cấp là 2 loại bộ nhớ trong máy tính. Nhưng chúng có chung các chức năng sau đây:
       

• Nó lưu trữ tất cả các dữ liệu và các lệnh (chương trình) cần thiết cho việc xử lý.
  
• Nó lưu trữ các kết quả trung gian trong lúc xử lý.
  
• Nó lưu trữ kết quả cuối cùng (OUTPUT) trước khi các kết quả này được xuất ra bên ngoài bởi các thiết bị đầu ra.
  
• Tất cả các dữ liệu đầu vào (INPUT) và đầu ra (OUTPUT) đều được truyền đi thông qua bộ nhớ chính.
  

   Đây là 1 thành phần của CPU, nó chỉ có nhiệm vụ điều khiển hoạt động của các bộ phận khác trên máy tính chứ không trực tiếp thực hiện bất kỳ thao tác xử lý dữ liệu nào (điều khiển dân chúng like a boss )
   Bộ điều khiển có 5 đặc tính sau:
       

• Nó có nhiệm vụ điều khiển dòng dữ liệu và các lệnh đi đâu về đâu giữa các bộ phận trên máy tính.
  
• Nó quản lý và có trách nhiệm phối hợp tất cả các bộ phận máy tính làm việc 1 cách trình tự.
  

??????? vậy bộ điều khiển nó có khả năng tự điều khiển các bộ phận khác phải ko??????
-------------> sai rồi!!! bộ điều khiển có thể điều khiển được là dựa vào chuỗi các lệnh (chương trỉnh) mà được các programmer lập trình và nạp vào máy, sau đó được bộ nhớ chuyển đến cho bộ điều khiển  
       

• Nhờ có chuỗi các lệnh đó mà bộ điều khiển có khả năng chỉ đạo các bộ phận khác của máy tính làm việc.
  
• Nó là bộ phận trực tiếp giao tiếp với các thiết bị đầu vào và đầu ra để điều khiển bộ nhớ chính có lưu trữ hay ko lưu trữ dữ liệu đầu vào, xuất ra hay ko xuất ra kết quả đầu ra.
  
• Không trực tiếp xử lý hay lưu trữ dữ liệu.
  

   Đây là 1 thành phần của CPU. Nó lại được chia thành hai phần nhỏ hơn:
       

• Arithmetic section (phần số học): Chức năng của nó là để thực hiện phép tính số học (+,-,*,/). Tất cả các phép toán phức tạp hơn đều được tạo ra bằng cách lặp đi lặp lại các phép tính số học này theo một quy luật.
  
• Logic section (phần logic): chức năng của nó là thực hiện các phép toán logic ví dụ như so sánh, lựa chọn và kết hợp dữ liệu (and, or, not, nor,...).
  

   

Memory - Bộ nhớ - Nó cũng giống như bộ não của con người. Nó được dùng để lưu trữ dữ liệu và lệnh (chương trình). Bộ nhớ được tạo thành từ rất rất nhiều phần nhỏ hơn mà mỗi phần người ta gọi là ô lưu trữ (cell). Số lượng ô lưu trữ càng nhiều thì dung lượng lưu trữ của bộ nhớ càng lớn. Ví dụ, nếu bộ nhớ đó có dung lượng là 64KB thì nó có 64 * 1024 = 65536 ô lưu trữ. Mỗi ô lưu trữ có 1 giá trị đặc trưng đó là địa chỉ. Địa chỉ của ô lưu trữ có giá trị từ 0 đến 65535 (nếu dung lượng bộ nhớ là 64k). Bộ nhớ chủ yếu có 3 loại:
   

• Cache memory
  
• Primary memory/ main memory - Bộ nhớ sơ cấp
  
• Secondary memory - Bộ nhớ thứ cấp
  

---

Cache memory
   Bộ nhớ cache là một bộ nhớ có tốc độ cao, có thể giúp tăng tốc độ cho CPU. Nó hoạt động như một bộ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính. Nó được sử dụng để lưu trữ những phần dữ liệu và chương trình mà CPU thường xuyên sử dụng. Những phần dữ liệu và chương trình này được chuyển từ bộ nhớ chính lên bộ nhớ cache nhờ có hệ điều hành, nhờ đó mà CPU có thể nhanh chóng truy cập được những dữ liệu và chương trình này từ bộ nhớ cache.

   

• Ưu điểm:
  
• Có tốc độ cao hơn bộ nhớ sơ cấp
  
• Tiêu tốn ít thời gian để CPU truy cập dữ liệu hơn bộ nhớ sơ cấp
  
• Chương trình được bộ nhớ cache lưu trữ sẽ được thực thi nhanh hơn
  

   

• Nhược điểm:
  

       

• Có dung lượng rất thấp
  
• Có giá thành khá cao
  

---

Primary Memory - Bộ nhớ sơ cấp
  Bộ nhớ chính hay bộ nhớ sơ cấp có nhiệm vụ lưu trữ những dữ liệu hoặc chương trình mà máy tính đang sử dụng. Nó có dung lượng hạn chế và dữ liệu sẽ mất đi khi tắt máy. Cũng giống như cache memory, nó được tạo ra chủ yếu từ các linh kiện bán dấn. Tốc độ nó không nhanh bằng cache memory và registers (thanh ghi). Nhưng đây là bộ phận rất quan trọng, vì không có nó thì máy tính không thể hoạt động. Bộ nhớ sơ cấp được chia thành 2 phần nhỏ hơn là RAM và ROM.

---

Secondary Memory - Bộ nhớ thứ cấp
   Bộ nhớ này được biết đến như là một bộ nhớ ngoài và không bị mất dữ liệu khi máy tính tắt đi. Tốc độ của bộ nhớ thứ cấp chậm hơn bộ nhớ sơ cấp. Nên nhớ rằng, CPU không trực tiếp truy cập vào và lấy dữ liệu hay lưu trữ từ bộ nhớ thứ cấp, nó chỉ truy cập trực tiếp vào bộ nhớ sơ cấp thôi. Nếu CPU muốn truy cập vào dữ liệu của bộ nhớ thứ cấp thì trước hết những dữ liệu này sẽ được chuyển lên bộ nhớ sơ cấp, sau đó CPU mới truy cập những dữ liệu này trong bộ nhớ sơ cấp. Khác với bộ nhớ sơ cấp, nếu máy tính không có bộ nhớ thứ cấp thì máy tính vẫn hoạt động được. Bộ nhớ thứ cấp có rất nhiều loại: Ổ đĩa cứng (disk), CD-ROM, DVD, USB,...