Bài giảng Bảo trì hệ thống - Chương 2: Bo mạch chủ của máy tính

BẢO TRÌ HỆ THỐNGChương 2Bo mạch chủ của máy tínhNội dungCác bộ vi xử lýBộ nhớCác khe cắm mở rộngCác vi điều khiểnBài tập thực hànhBảo trì hệ thống - Chương 222.1. Các bộ vi xử lýBộ vi xử lỷ (Microprocessor hay CPU) là thành phần quan trọng nhất của máy tínhLà mạch tích hợp phức tạp nhất gồm rất nhiều transistor(các CPU thế hệ ngày nay có khoảng nx108 transistor) Lịch sử phát triểnBảo trì hệ thống - Chương 23Lịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 241971 – Intel 4004 Là chip 4-bit với 2.300 bóng bán dẫn đạt xung nhịp 740KHz1972 – Intel 8008 Là chip 8-bit đầu tiên xung nhịp 500KHz (có thể nâng lên 800KHz)1974 – Intel 8080 Xung nhịp được đẩy lên 2MHz và có khả năng nhận diện được 64KB bộ nhớLịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 251975 – MOS 6502 Được xem là đối thủ của Intel 8080. Sản xuất bởi MOS Corporation. 1976 – Zilog Z80 Được 1 cựu kỹ sư Intel phát triển. Có khả năng tương thích của Intel 8080 nhưng cao cấp hơn, hỗ trợ các máy tính gia đình như ZX Spectrum1978 – Intel 8086 Nổi tiếng với danh hiệu là con chip x86 đầu tiên. Xung nhịp đạt 5MHz với 29K bóng bán dẫnLịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 261979 – Intel 8088 Là phiên bản giá rẻ của 8086, sử dụng bus 8-bit và được trang bị trong các máy tính IBM.1979 – Motorola 6800 Là chip 16-bit nhưng nhà sản xuất mở rộng lên 32-bit. Được trang bị trên các máy Mac đời đầu của Apple1982 – Intel 80286 Là bản nâng cấp của 8086, có xung nhịp 6MHz nhưng các phiên bản sau lên tới 25MHz. Chip có 134K bóng bán dẫn và không gian địa chỉ 16MBLịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 271985– Intel 80386 Là chip 32-bit đầu tiên của Intel, có 275K bóng bán dẫn (cao hơn 100 lần so với chip 4004). Đạt xung nhịp 40MHz1987 – Sun SPARC Kiến trúc của chip Sparc đến này còn được sử dụng trong hệ thống của Sun (nay của Oracle) và các siêu máy tính1989 – Intel 80486 Nâng cấp của 80386, là chip x86 đầu tiên có hơn 1,2 triệu bóng bán dẫn. Có cache và FPU nằm trên chip.Lịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 281990 – IBM RS/6000 IBM từng thử nghiệm các con chip RISC trong thập niên 1970 và sau đó tạo nên máy trạm RS/6000 vào năm 1990. Chip này được phát triển thành chip POWER để sử dụng trên máy tính của IBM và Apple1993 – Intel Pentium Là chip siêu vô hướng. Ban đầu có xung nhịp 60MHz sau đó được nâng lên 300MHz. Chip có 3.1 triệu bóng bán dẫn.1995 – Intel Pentium Pro Cache L2 năm trên chip, có chức năng thực thi không theo trật tựLịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 291996 – AMD K5 AMD đã có nhiều năm sản xuất chip cho Intel nhưng K5 là chip đầu tiên họ tự thiết kế và cạnh tranh với chip Pentium của Intel.1996 – DEC Strong ARM Digital Equipment Corpration là hãng phát triển dòng chip dựa trên kiến trúc của chip ARM, dùng trag bị trên một số máy PDA. Sau này StrongARM được bán lại cho Intel1997 – Intel Pentium !! Có 7.5 triệu bóng bán dẫn, xung nhịp đạt 233MHz đến 450MHz.Lịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 2101999 – Pentium !!! Là phiên bản nâng cấp của Pentium !! Sử dụng tập lệnh SSE và có xung nhịp từ 400MHz đến 1.4GHz1999 – AMD Athlon Là chip đầu tiên đánh bại chip Intel về mặt hiệu năng. Có xung nhịp 500MHz và phiên bản sau đạt xung nhịp 1GHz với 22 triệu bóng bán dẫn. 2000 – Intel Pentium 4 Sử dụng kiến trúc Netburst, có xung nhịp 1.4GHz và có thể tăng lên tối đa 3.8GHz. Tích hợp 42 triệu TransistorLịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 2112001 – Intel Itanium Là dòng chíp 64-bit không dựa trên nền tảng x86. Có khả năng xử lý song song, nhắm tới đối tượng là chủ doanh nghiệp nhưng không thu được nhiều thành công.2002 – Intel XScaleARM Là chip nối tiếp dòng StrongARM, được trang bị cho nhiều máy PDA. Sau này XScale được bán lại cho hãng Marvell vào năm 2006 2003 – Intel Pentium-M (Centrino) Được thiết kế dành riêng cho dòng máy laptop. Có xung nhịp 900MHz và tích hợp 77 triệu transistorLịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 2122003 – AMD Opteron Là dong chip 64-bit x86 của AMD dành cho máy trạm và máy chủ. Tích hợp 105 triệu transistor.2005 – Pentimum-D Là dòng chip 2 nhân đầu tiên của intel. Intel cũng khởi đầu xu hướng dùng chip 2 nhân trên máy PC2006 – Intel Xeon 5300 Dòng chip 4 nhân đầu tiên của Intel dành cho máy trạm và máy chủ. Thực tế là Xeon ghép 2 chip 2 nhân lại với nhau nâng tổng số transistor tích hợp lên 582 triệu.Lịch sử phát triển CPUBảo trì hệ thống - Chương 2132008– Qualcomm SnapDragon ARM Hãng công nghệ không dây sản xuất chip hiệu năng cao dành cho smartphone dựa trên kiến trúc của ARM. Chíp có xung nhịp 1GHz, tích hợp 200 triệu Transistor.2011 – Intel Core i3, i5, i7 Là những dòng chip mới nhất của intel hiện nay. Có kiến trúc Sandy Bridge, mỗi chip có tối đa 8 nhân và tích hợp 995 triệu transistor2011 – ARMv8 Dòng chip 64-bit có thiết kế cho phép những chip sau này phát triển trên nền tảng ARMv8 có thể có đến 228 nhan.Phân loại CPUCó nhiều cách để phân biệt CPU này với CPU khác dựa trên kiến trúc thiết kế (Kentsfield, Yorkfield, Sandy Bridge, Haswell), công nghệ chế tạo.Các thuộc tính giúp phân loại CPUTốc độ CPUBộ nhớ CacheĐiện thế sử dụngCông nghệ chế tạo CPUCông nghệ siêu phân luồng (Hyper Threading Techonology - HTT): Là công nghệ cho phép giả lập thêm CPU trong 1 CPU vật lýBảo trì hệ thống - Chương 214Phân loại CPU (tiếp)Công nghệ chế tạo CPUCông nghệ siêu phân luồng Bảo trì hệ thống - Chương 215Phân loại CPU (tiếp)Công nghệ đa nhân (multi core)Chế tạo CPU có hai hay nhiều nhân, xử lý vật lý hoạt động song song với nhau, mỗi nhân đảm nhận những công việc riêng biệt nhauBảo trì hệ thống - Chương 216Phân loại CPU (tiếp)Công nghệ (Intel® Turbo Boost)Là công nghệ nâng hiệu suất máy tính lên thêm 20%, giúp hệ thống hoạt động nhanh hơn và kéo dài lượng pin, bằng cách tự động điều chỉnh xung nhịp của từng nhân độc lập cho phù hợp với nhu cầu xử lý.Bảo trì hệ thống - Chương 217So sánh CPU của Intel và AMDBộ xử lýTốc độ xung nhịp (MHz)So vớiMMXCache trongĐế cắmCyrix MediaGX166,180, 200, 233, 266, 300Pentium MMXcó16KSocket 7Cyric M II300, 333, 350Pentium IICeleroncó64KSocket 7AMD – K6166, 200, 233, 266Pentium Pro Pentium IIcó64KSocket 7AMD – K6/2300, 333, 366, 380, 400, 450,475Pentium IIcó64KSuper Socket 7AMD – K6-III400, 450Pentium IIIcó320KSuper Socket 7ADM K7500+Pentium IIIcó128KSuper Socket 7Bảo trì hệ thống - Chương 2182.2. Bộ nhớBộ nhớ máy tính là nới lưu giữ lệnh và dữ liệu trước khi thực hiện 1 chương trình. Sự phát triển của các thiết bị nhớ gắn chặt với sự phát triển của MTĐTỞ đây chỉ đề cập tới bộ nớ trong RAM và ROMBảo trì hệ thống - Chương 2192.2.1. Bộ nhớ RAMRAM – Random Access Memory là tập các thanh ghi được đánh địa chỉ. Là nơi lưu lệnh và dữ liệu của những quá trình xử lý đang được thực thiRAM thường được bố trí gần CPU nhằm cải thiện tốc độ truy xuất dữ liệu giữa CPU với thiết bị lưu trữ ngoài.Dữ liệu trên RAM không được lưu lại khi không còn nguồn điệnCác thuộc tính quan trọng của RAMDung lượng chứaTốc độ BusTốc độ lấy dữ liệuBảo trì hệ thống - Chương 220Phân loại RAMPhân loại theo dạng khe cắm trên mainboardSIMM RAM (Single in-line memory module) – Sử dụng nhiều trong thập niên 1980 ~ 1990. Có 72 chânDIMM RAM (Dual in-line memory module) – Sử dụng phổ biến ngày nay. 172-pin MicroDIMM, used for DDR SDRAM184-pin DIMM, used for DDR SDRAM200-pin SO-DIMM, used for DDR SDRAM, DDR2 SDRAM204-pin SO-DIMM, used for DDR3 SDRAM214-pin MicroDIMM, used for DDR2 SDRAM240-pin DIMM, used for DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, FB-DIMM DRAM244-pin MiniDIMM, used for DDR2 SDRAMBảo trì hệ thống - Chương 221Phân loại RAM (tiếp)SIMM RAM và DIMM RAMBảo trì hệ thống - Chương 222SIMM RAM 30-pinSIMM RAM 72-pinDIMM RAM 168-pin (SDRAM) DIMM RAM 184-pin (DDR SDRAM) Phân loại RAM (tiếp)Phân loại theo công nghệ chế tạo:DRAM (Dynamic RAM):Sử dụng các tụ điện để lưu dữ liệu. Vì các tụ điện có xu hướng giải điện nên nên thông tin sẽ bị mất dần trừ khi dữ liệu được "làm tươi" lại đều đặn.Có cấu trúc đơn giản (chỉ cần một transistor và một tụ điện cho mỗi bit dữ liệu), giá thành rẻ. SRAM (Static RAM):Sử dụng các flip-flop (mạch nhớ có khả năng lật trạng thái output tùy theo tác động của input) làm phần tử nhớ cơ bản.Không cần thao tác “làm tươi” như RAM động và có tốc độ nhanh hơn hẳn DRAMBảo trì hệ thống - Chương 223Các loại DRAMSDRAM - Synchronous Dynamic RAM Dùng xung tín hiệu để đồng bộ hóa mọi thứ. Sử dụng phổ biến ngày nay.Single Data Rate SDRAM (gọi tắt là RAM SD): 168-pin, sử dụng trong các máy tính trang bị CPU Pentium III trở về trước.Double Data Rate SDRAM (gọi tắt DDRAM): 184-pin có tốc độ tryền tải gấp đôi so với SDR nhờ sử dụng cả sườn lên và xuống của xung nhịp để thực hiện đồng bộ.Bảo trì hệ thống - Chương 224Các loại DRAM (tiếp)DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM)Thường gọi tắt là DDR2.Có 240 chân, xung nhịp 200/266/333/400/533 MHzDDR 3 SDRAM(Double Data Rate 3 SDRAM)Gọi tắt là DDR3Có 240 chân, xung nhịp 400/533/666/800 MHzRD RAM (Rambus Direct DRAM) Phát triển bởi hãng “Rambus” và có khả năng truyền dữ liệu 16bitSử dụng khe cắm RIMM (Rambus Inline Memory) trên mainboardBảo trì hệ thống - Chương 225Tốc độ RAMTrên nhãn các thanh RAM thường ghi tốc độ gấp đôi so với đồng hồ xung nhịp thực (vd: DDR2-800 làm việc ở xung nhịp thực 400MHz, DDR2-1066 và DDR3 làm việc ở xung nhịp thực 533MHzv.v.)Tốc độ của RAM do Chip NorthBridge quyết địnhBăng thông của RAM – thể hiện lượng dữ liệu có thể truyền được từ mạch điều khiển sang RAM trong 1 xung nhịp (Nhân tốc độ của RAM với 8 bit)Vd1: DDR2-800  có băng thông 6400 MB/s  tương thích với module bộ nhớ PC2-6400Vd2: DDR2-1333  có băng thông 10666 MB/s  tương thích với module bộ nhớ PC3-10666 hoặc PC3-10600Bảo trì hệ thống - Chương 226Bảo trì hệ thống - Chương 227Bảo trì hệ thống - Chương 228Tóm tắt về RAMBảo trì hệ thống - Chương 229Bộ nhớ ROMLà bộ nhớ mà CPU chỉ có quyền đọc và thực hiện chứ không có quyền thay đổi nội dung vùng nhớ.Sử dụng transistor với các vị trí tắt/mở được quy định sẵn, cố định và chỉ được ghi một lần với thiết bị ghi đặc biệt. Khi những transistor này được thiết lập, thì không thể thay đổi được.Bộ nhớ ROM BIOS là một ví dụ tiêu biểuBảo trì hệ thống - Chương 230Bảo trì hệ thống - Chương 231Bộ nhớ ROM (tiếp)ROM-BIOS là nơi chứa chương trình BIOS (Basic Input/Output System - Hệ thống vào ra cơ bản) được nhà sản xuất ghi sẵn. Tuy nhiên hiện nay đa số máy tính sử dụng loại bộ nhớ có thể ghi lại được bằng xung điện (flash memory)BIOS còn chứa chương trình khởi động máy tính (POST). Các tham số dành cho BIOS được lưu trong chip RAM gọi là CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor - "Bán dẫn bù Oxit Kim loại") sử dụng 1 pin cấp nguồn để giữ thông tin gọi là pin CMOS được gắn trên Mainboard.Bộ nhớ ROM đắt tiền nên chúng được sử dụng cho những mục đích nhất địnhBảo trì hệ thống - Chương 2322.3. Các khe cắm mở rộngMỗi khe cắm sẽ được nối với bus tải tín hiệu.Vì được thiết kế để phù hợp với các loại card mở rộng, nên các khe cắm này được thiết kế theo nhiều chuẩn khác nhauNhờ có các khe cắm này mà ta có thể bổ sung nhiều tính năng mới cho máy tính thông qua các card điều hợpCác khe cắm mở rộng còn cung cấp một loạt các chức năng điện tử phức tạp được đồng bộ với các chức năng của bộ xử lý.Bảo trì hệ thống - Chương 2332.3. Các khe cắm mở rộng (tiếp)AGP – Accelerated Graphics PortCó băng thông 32-bits. Chuẩn AGP nguyên thủy (AGP 1X) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 264Mbytes/s, AGP 2X là 528 Mbytes/s, AGP 4X là 1Gbytes/s, AGP 8X là 2Gbytes/sSử dụng điện áp 3.3/1.5/0.8 VBảo trì hệ thống - Chương 2342.3. Các khe cắm mở rộng (tiếp)PCI – Peripheral Component InterconnectPCI là một loại kênh ngoại vi trên Mainboard được thiết kế bởi Intel vào năm 1993 dùng để gắn các card mở rộng cung cấp các đường truyền tốc độ cao giữa CPU và các thiết bị ngoại vi (màn hình, mạng, đĩa cứng ngoài)Cung cấp khả năng “plug-and-play”.PCI cho phép chia sẻ ngắt hệ thông IRQ (Interrupt Request) giữa các card với nhau.Thiết bị PCI hoạt động ở tần số 33Mhz với các đường truyền có băng thông 32 hoặc 64 bits (PCI version2.1 hoạt động ở xung nhịp 66Mhz) Bảo trì hệ thống - Chương 235Bảo trì hệ thống - Chương 2362.3. Các khe cắm mở rộng (tiếp)PCI Express (viết tắt là PCIe)Nhanh hơn nhiều và được thiết kế để thay thế giao diện PCI, PCI-X và AGP cho các card mở rộng và card đồ họaSử dụng nhiều kết nối song song trong đó mỗi kết nối truyền một luồng dữ liệu tuần tự và độc lập với các đường khác.PCIe 1.1 chuyển dữ liệu với tốc độ 250MB/s mỗi hướng trên mỗi luồng, tối đa 32 luồng.Trên lý thuyết PCIe cho phép truyền tải tổng cộng 8GB/mỗi chiều.Bảo trì hệ thống - Chương 237Bảo trì hệ thống - Chương 2382.4. Các vi điều khiểnVi điều khiển là một "máy tính" được tích hợp trên một chip, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.Là một hệ thống gồm1 vi xử lý hiệu xuất đủ dùng (không giống CPU – VXL đa năng) Bộ nhớ chương trình (ROM), Bộ nhớ dữ liệu (RAM)Bộ định thời, các module vào/ra, Các module biến đổi digtal  analog ...v.v.Thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Có nhiều trong các thiết bị điện: máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu DVD, dây truyền tự động sx... Bảo trì hệ thống - Chương 2392.4. Các vi điều khiển (tiếp)Vi điều khiển khác với các bộ xử lý đa năng (CPU) ở chỗ là nó có thể hoạt động chỉ với vài mạch hỗ trợ bên ngoài.Các vi điều khiển chủ yế được xây dựng theo kiến trúc Harvard (phân biệt rõ ràng bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình, có những đường bus riêng để truy cập vào bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình)Bảo trì hệ thống - Chương 240Các họ vi điều khiển thông dụngHọ vi điều khiển (VĐK) AMCC: Do Applied Micro Circuits Corporation (từ tháng 5/4002 thì do IBM sx)403 PowerPC CPU (năm 1994): sử dụng nhiều trong RAID controllers, set-top boxes, network switches405 405 PowerPC CPU (năm 1998): sử dụng nhiều trong digital cameras, modems, set-top boxes440 PowerPC Book-E CPU (năm 1999): tốc độ 800MHz, cache L1 32KB, cache L2 up to 256 KBPowerPC 460 (năm 2006): giống với PPC 440 nhưng tốc độ đạt 1.4GHzPowerPC 470(năm 2009) : tốc độ 1.8GHz, cache L2 up to 1MBBảo trì hệ thống - Chương 241Các họ vi điều khiển thông dụngHọ vi điều khiển Atmel: do Atmel Corporation – thành lập 1984 sản xuất. Sử dụng nhiều trong chế tạo touchscreen, wireless-tranceivers, LED driver chip...Dòng 8051 ( 8031, 8051, 8751, 8951, 8032, 8052, 8752, 8952 )Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB)Dòng AT90, Tiny & Mega – AVR (Atmel Norway design)Dòng Atmel AT89 (Kiến trúc Intel 8051/MCS51)Dòng MARC4Bảo trì hệ thống - Chương 242Các họ vi điều khiển thông dụngHọ vi điều khiển Freescale Semiconductor: từ năm 2004 được sản xuất bởi Motorola.Họ vi điều khiển FujitsuHọ vi điều khiển Intel80186/88MCS96MXS296386EX i960Bảo trì hệ thống - Chương 24316 bit32 bitCác họ vi điều khiển thông dụngHọ vi điều khiển MicrochipPIC10F, PIC12F và một vài PIC16F (từ lệnh 12 bit)PIC16Fxxx, PIC16F1xxx (từ lệnh 14 bit)PIC18F (từ lệnh 16 bit)PIC24F, PIC24E, PIC24H (bus 16 bit)PIC32MX (xử lý dữ liệu 32 bit)Họ vi điều khiển Philips SemiconductorsLPC2000LPC900LPC700Bảo trì hệ thống - Chương 244THỰC HÀNH CHƯƠNG 2Bo mạch chủ trên máy tínhBảo trì hệ thống - Chương 245Đọc các thông số của mainboardbaogia-phongvu(1).pdfBảo trì hệ thống - Chương 246Các trường hợp lỗi không phải do mainboardKhi bật công tắc nguồn, máy không lên màn hình nhưng có tiếng bíp dài. Trường hợp này thường do hỏng RAM hoặc Card màn hình.Máy có báo phiên bản BIOS khi khởi động trên màn hình nhưng không vào được Windows. Trường hợp này thường do hỏng ổ đĩa.Máy bị treo khi đang sử dụng. Trường hợp này thường do lỗi phần mềm hoặc ổ đĩa bị lỗi sector.Máy tự động chạy một số chương trình không theo ý muốn của người sử dụng. Trường hợp này là do vius.Bảo trì hệ thống - Chương 247Nhận dạng lỗi qua tiếng beepAMI BIOS1 tiếng bíp ngắn: test hệ thống đạt yêu cầu, nếu không thấy gì trên màn hình  kiểm tra lại monitor và card video trước tiên, xem đã cắm đúng chưa. Nếu không thì một số chip trên bo mạch chủ của bạn có vấn đề. Xem lại RAM và khởi động lại. Nếu vẫn gặp vấn đề thì có khả năng bo mạch chủ đã bị lỗi. Bạn nên thay bo mạch. 2 tiếng bíp ngắn: Lỗi RAM. Tuy nhiên, trước tiên hãy kiểm tra card màn hình. Nếu nó hoạt động tốt thì bạn hãy xem có thông báo lỗi trên màn hình không. Nếu không có thì bộ nhớ của bạn có lỗi chẵn lẻ (parity error). Cắm lại RAM và khởi động lại. Nếu vẫn có lỗi thì đảo khe cắm RAM. 3 tiếng bíp ngắn: Về cơ bản thì tương tự như phần 2 tiếng bíp ngắn. 4 tiếng: Về cơ bản thì tương tự như phần 2 tiếng bíp ngắn. Tuy nhiên cũng có thể là do bộ đặt giờ của bo mạch bị hỏng5 tiếng bíp ngắn: Cắm lại RAM. Nếu không thì có thể phải thay bo mạch chủ. 6 tiếng bíp ngắn: Chip trên bo mạch chủ điều khiển bàn phím không hoạt động. Tuy nhiên trước tiên vẫn phải cắm lại keyboard hoặc thử dùng keyboard khác. Nếu tình trạng không cải thiện thì tới lúc phải thay bo mạch chủ khác. 7 tiếng bíp ngắn: CPU bị hỏng. Thay CPU khác. 8 tiếng bíp ngắn: Card màn hình không hoạt động. Cắm lại card. Nếu vẫn kêu bíp thì nguyên nhân là do card hỏng hoặc chip nhớ trên card bị lỗi. Thay card màn hình. 9 tiếng bíp ngắn: BIOS của bạn bị lỗi. Thay BIOS khác. 10 tiếng bíp ngắn: Vấn đề của bạn chính là ở CMOS. Tốt nhất là thay bo mạch chủ khác. 11 tiếng bíp ngắn: Chip bộ nhớ đệm trên bo mạch chủ bị hỏng. Thay bo mạch khác. 1 bíp dài, 3 bíp ngắn: Lỗi RAM. Bạn hãy thử cắm lại RAM, nếu không thì phải thay RAM khác 1 bíp dài, 8 bíp ngắn: Không test được video. Cắm lại card màn hình. Bảo trì hệ thống - Chương 248Bảo trì hệ thống - Chương 249