Tìm hiểu bo mạch chủ (1)

Bo mạch chủ (mainboard) là một bảng gồm những mạch điện tử có gắn vi xử lý, bộ nhớ, khe cắm mở rộng, cổng bus… để kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp tới mọi phần của máy tính. 25 năm đã trôi qua kể từ khi bo mạch chủ PC ra đời, dù diện mạo đổi thay nhiều nhưng chức năng vẫn như ban đầu.

Sự cải tiến của bo mạch chủ

Máy tính nguyên thủy có rất ít thiết bị tích hợp. Chúng chỉ có các cổng, bàn phím và hộp băng lưu trữ. Thiết bị điều hợp màn hình hay điều khiển ổ mềm, ổ cứng đều được kết nối qua khe cắm mở rộng.

Đây là mặt trước và mặt sau của mẫu bo mạch chủ IBM dành cho PC đầu tiên vào năm 1981. Các chip được nối với nhau như một cái lưới. Ảnh:  International Business Machines Corporation.

Về sau, có nhiều thiết bị hơn được tích hợp vào bo mạch chủ. Dù vậy, quá trình này cũng khá lâu dài, ví dụ cổng I/O (nối cáp đầu vào/đầu ra) hay thiết bị điều khiển đĩa thường được kết nối bằng thẻ mở rộng cho đến năm 1995. Nhiều thiết bị khác liên quan đến đồ họa, mạng, âm thanh vẫn tách rời khỏi mainboard.

Nhiều hãng sản xuất đã thử nghiệm với nhiều mức độ tích hợp khác nhau. Tuy nhiên, việc này cũng gây ra nhiều hạn chế vì người dùng sẽ khó nâng cấp một tính năng nào đó, ví dụ, bạn muốn đẩy khả năng đồ họa lên cao sẽ đồng nghĩa với việc thay cả mainboard.

Do đó, các bộ phận cần nâng cấp nhiều như RAM, CPU và vi xử lý đồ họa thường được đặt ở khe cắm dạng slot (cắm đứng) hay socket (đặt nằm) để dễ thay thế. Các bộ phận ít được sử dụng tới như SCSI sau này bị bỏ đi để giảm chi phí sản xuất.

Hiện tại bo mạch chủ tích hợp các chip đồ họa, mạng... thường xuất hiện ở dòng máy tính giá rẻ. PC cấu hình cao dùng cho việc chơi game hay thiết kế đồ họa, xử lý phim ảnh thường dùng bo mạch chủ không tích hợp để tiện nâng cấp.

Trên bo mạch chủ trước kia, vào khoảng năm 1995, vi xử lý dạng socket rất phổ biến. Đến cuối năm 1998, dạng slot bắt đầu chiếm lĩnh thị trường, mở đầu là Slot 1 ở dòng Pentium II.

Sơ đồ bo mạch chủ cũ và mới. Ảnh: Answers.

Tìm hiểu về bus

Thiết kế PC hiện nay dùng nhiều bus khác nhau để kết nối các bộ phận của chúng. Tuy nhiên, bus rộng và có tốc độ cao rất khó sản xuất do các tín hiệu truyền đi với tốc độ “chóng mặt”, đến mức ngay cả khoảng cách chỉ vài centimetre cũng gây lỗi định thời gian. Ngoài ra, các rãnh kim loại trên bản mạch có tác dụng như chiếc anten vô tuyến thu nhỏ, truyền tiếng ồn điện từ gây ra tình trạng nhiễu các tín hiệu ở những chỗ khác trong hệ thống. Vì vậy, các kỹ sư thiết kế PC luôn đặt bus nhanh ở chỗ có diện tích nhỏ hẹp và bus chậm ở nơi thoáng hơn.

Bus là hệ thống dây nối để truyền dữ liệu từ bộ phận này đến bộ phận khác trong máy tính. Nói một cách ví von, bus giống như con đường cao tốc, càng rộng càng truyền được nhiều dữ liệu đi với tốc độ cao.

Tất cả các bus đều bao gồm 2 phần: bus địa chỉ và bus dữ liệu. Bus dữ liệu sẽ chuyển dữ liệu thực sự, còn bus địa chỉ sẽ truyền thông tin về đích đến của thông tin đó.

Kích thước của bus, được hiểu như độ rộng của đường cao tốc, là yếu tố quan trọng quyết định lượng dữ liệu được chuyển đi mỗi lần. Ví dụ, bus 16 bit, 32 bit… có thể truyền từng đó dữ liệu một lần.

Mỗi bus đều có xung đồng hồ được đo bằng MHz. Bus càng nhanh thì dữ liệu được chuyển đi càng nhanh, giúp cho ứng dụng trên máy tính hoạt động trơn tru và nhanh nhẹn hơn. Trên PC, bus ISA đang dần được thay thế bằng bus có tốc độ nhanh hơn như PCI. Hầu hết máy tính hiện nay đều có bus nội dành cho dữ liệu, yêu cầu tốc độ truyền tải nhanh như tín hiệu video. Bus nội này như một con đường cao tốc nối trực tiếp với vi xử lý.

T.H.

Còn nữa