Nhìn chung, các máy tính hiện đại ngày nay đều được tạo nên bởi một bộ xử lí trung tâm (CPU – Central Processing Unit), bộ nhớ và các thiết bị vào/ra.
Một máy tính nhận thông tin từ nhiều thiết bị vào. Sau đó, bộ xử lí trung tâm và bộ nhớ có nhiệm vụ xử lí thông tin và gửi kết quả đến thiết bị ra.
Mục lục
Đầu vào
Các máy tính đầu tiên được tạo ra chỉ chấp nhận các “thẻ bấm lỗ” làm đầu vào. Ở thời điểm đó, các nhà khoa học máy tính phải cẩn thận bấm lỗ trên thẻ để mô tả đúng các hướng dẫn của họ, sau đó đưa các thẻ này vào máy tính.
Thẻ bấm lỗ được sử dụng vào những năm 1970 để nhập chương trình Fortan vào máy tính mainframe của IBM. Nguồn: Harke, Wikipedia
Tuy nhiên, kể từ những năm 1970, máy tính đã phát triển vượt bậc và ngày càng trở nên hiện đại hơn. Đến nay, chúng ta đã có thể dùng nhiều thiết bị tiện dụng khác nhau để nhập liệu vào máy tính. Trong đó, các thiết bị đầu vào phổ biến nhất là bàn phím, chuột và màn hình cảm ứng.
Ngoài ra, ta vẫn còn hàng trăm thiết bị đầu vào khác, chẳng hạn như micrô để thu sóng âm, máy quét để thu dữ liệu hình ảnh và thiết bị thực tế ảo để ghi lại chuyển động cơ thể của chúng ta.
Máy tính cũng nhận thông tin đầu vào từ môi trường xung quanh bằng các “cảm biến”, chẳng hạn như cảm biến chuyển động giúp phát hiện những thay đổi trong chuyển động.
🤔Bạn có sử dụng các thiết bị đầu vào nào khác không? Chúng ta sẽ có những thiết bị đầu vào mới nào sau 20 năm nữa nhỉ?
Thông thường, khi CPU hoàn tất xử lý dữ liệu, một kết quả sẽ được xuất ra.
Một thiết bị đầu ra tiêu chuẩn mà ta thường gặp là màn hình máy tính. Màn hình máy tính có thể hiển thị văn bản, hình ảnh và các thành phần của giao diện người dùng bằng cách làm hàng ngàn điểm ảnh (pixel) phát sáng với các màu sắc khác nhau.
Máy tính có thể xuất dữ liệu theo nhiều cách khác nhau. Chỉ cần thiết bị đầu ra có thể giải nghĩa luồng dữ liệu gồm các số 1 và 0 thì thiết bị đó có thể chuyển đổi dữ liệu thành các dạng vật lý khác nhau, chẳng hạn như tai nghe truyền ra âm thanh, máy in in mực lên giấy và máy chiếu chiếu ra ánh sáng.
Tìm hiểu về các thiết bị đầu vào và đầu ra
Ta cùng khám phá thêm nhiều loại thiết bị đầu vào và đầu ra trong các bài tập dưới đây.
🔍Nếu có thiết bị nào bạn chưa từng nghe đến trước đây, hãy tìm kiếm thêm thông tin trên mạng nhé.
Bộ xử lý trung tâm (CPU)
CPU là bộ não của máy tính, chứa tất cả mạch điện cần thiết để xử lý đầu vào, lưu trữ thông tin và đưa ra kết quả.
Các chương trình máy tính cho CPU biết dữ liệu nào cần xử lý và cách để xử lý chúng để từ đó CPU liên tục làm theo. Nếu thiếu CPU, chúng ta sẽ không thể khởi chạy các chương trình máy tính.
Ví dụ, một chương trình máy tính cầm tay đơn giản có thể chỉ dẫn CPU lấy hai số, như 2 và 2, cộng chúng với nhau và trả lại kết quả.
CPU có thể xử lý các chỉ thị một cách dễ dàng nhờ vào bộ điều khiển có khả năng diễn giải chỉ thị từ chương trình, cùng với bộ logic và số học (ALU) có chức năng tính toán. Với sự kết hợp của bộ điều khiển và ALU, CPU có thể xử lý các yêu cầu từ các chương trình đơn giản như máy tính cầm tay cho đến các chương trình phức tạp hơn.
Bên trong CPU
Xét từ cấp độ phần cứng, CPU là một vi mạch tích hợp hay còn gọi là chip. Vi mạch tích hợp sẽ “tích hợp” hàng triệu hoặc hàng tỷ thành phần điện tử nhỏ, sắp xếp chúng thành mạch điện và đặt vào một hộp nhỏ gọn.
Một con chip CPU Intel 80486DX2. Nguồn: Matt Gibbs, Wikipedia Commons
Bộ nhớ máy tính
Khi các thiết bị vào gửi dữ liệu nhị phân đến CPU, dữ liệu đó sẽ được lưu vào bộ nhớ ngay lập tức để dễ dàng xử lý hơn.
Giả sử ta yêu cầu máy tính làm phép toán 2 + 4. Máy tính sẽ thực hiện như sau:
- Lưu trữ giá trị 2 (0010) và 4 (0100) trong bộ nhớ
- Sử dụng một mạch trong CPU để tính toán kết quả
- Lưu trữ giá trị 6 (0110) trong bộ nhớ
Vì CPU liên tục sử dụng dữ liệu từ bộ nhớ nên chúng được kết nối với nhau thông qua một hệ thống truyền dữ liệu bộ nhớ – một hệ thống giao tiếp và truyền dẫn tốc độ cao, thường được làm từ dây dẫn, vật dẫn điện hoặc sợi quang.
Dung lượng bộ nhớ
Bộ nhớ máy tính giúp truy cập nhanh dữ liệu và thường chỉ lưu trữ dữ liệu hoặc chỉ dẫn cần thiết cho các chương trình hiện đang chạy trên máy tính.
Bộ nhớ máy tính không phải là vô hạn. Mỗi bộ nhớ sẽ có một dung lượng nhất định để giới hạn lượng dữ liệu được lưu trữ. Dung lượng bộ nhớ của các máy tính có thể rất khác nhau do phụ thuộc vào các điều kiện về kích thước vật lý. Một máy tính để bàn có thể lưu trữ nhiều hơn điện thoại, trong khi điện thoại lại có thể lưu trữ nhiều hơn Raspberry Pi.
🔍 Bạn có muốn biết máy tính của bạn có dung lượng bộ nhớ bao nhiêu không? Bạn hoàn toàn có thể tìm thấy thông tin này trên máy tính đấy.
Ví dụ, dưới đây là hình ảnh của một máy tính MacBookPro có bộ nhớ RAM 16 GB:
Các loại bộ nhớ
Loại bộ nhớ máy tính ta nhắc đến ở phần trên là bộ nhớ trong hay còn được gọi là bộ nhớ chính, được sử dụng để lưu trữ dữ liệu tạm thời. Khi máy tính được khởi động lại, dữ liệu trong bộ nhớ này sẽ bị xóa đi. Do đó, bộ nhớ này không phải là nơi lưu trữ dữ liệu lâu dài, như các tập tin và chương trình, để về sau sử dụng. Một trong những loại bộ nhớ trong quen thuộc mà ta thường gặp là RAM (Random Access Memory – bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên).
Để lưu trữ dữ liệu lâu dài, máy tính sẽ sử dụng một loại bộ nhớ khác: bộ nhớ ngoài hoặc bộ nhớ thứ cấp, như ổ cứng hoặc ổ USB. Chúng ta sẽ tìm hiểu về thành phần này ở những bài học sau.
Bộ nhớ ngoài
Các loại thiết bị lưu trữ
Các máy tính cá nhân thường có sẵn một ổ cứng – một loại bộ nhớ ngoài cố định. Đồng thời, các máy tính thường có các cổng đầu vào để kết nối với ổ USB hoặc thẻ SD – các dạng bộ nhớ ngoài di động. Điều này cho phép chúng ta lưu trữ được nhiều dữ liệu trên máy tính của mình, cũng như dễ dàng chuyển dữ liệu từ máy tính này sang máy tính khác.
Một ổ cứng được tháo ra khỏi thân máy tính để bàn. Nguồn ảnh: William Warby.
Bộ nhớ ngoài có thể được thiết kế dựa trên nhiều công nghệ điện tử khác nhau, như bộ nhớ flash, đĩa quang và đĩa từ.
Tốc độ lưu trữ
Xét từ cấu trúc và cách thức vận hành của máy tính, tất cả các bộ nhớ ngoài đều có cơ chế phối hợp với CPU giống nhau, đó là CPU có thể ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài và có thể đọc dữ liệu từ bộ nhớ.
Xét từ khía cạnh người dùng, ta cần quan tâm đến tốc độ đọc/ghi của bộ nhớ. Bộ nhớ sử dụng công nghệ flash sẽ có khả năng lưu trữ nhanh hơn các bộ nhớ sử dụng công nghệ đời cũ, vì vậy hầu hết các máy tính đời mới đều sử dụng loại bộ nhớ này.
🔍 Máy tính của bạn đang sử dụng loại bộ nhớ ngoài nào? Bạn có thể tìm thấy thông tin đó ở mục cài đặt hệ thống. Ví dụ trong ảnh dưới đây, chiếc máy tính Mac này sử dụng bộ nhớ flash:
