CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI VÀ CẤU TRÚC CỦA THIẾT BỊ MÁY TÍNH

CHƯƠNG  2: CÁC LOẠI VÀ CẤU TRÚC CỦA THIẾT BỊ MÁY TÍNH

Thời gian: 8h (LT:4h; TH/BT:4h)

1. Mục tiêu:

-      Phân biệt và sử dụng được các máy tính

-      Xác định được loại bộ nhớ và thực hiện mở rộng bộ nhớ

-      Tạo được các tài liệu hướng dẫn hoạt động bằng văn bản Word  

2. Nội dung: 

2.1    Đặc điểm hoạt động

Kiến trúc máy tính bao gồm các thuộc tính của một hệ thống mà người lập trình có thể nhìn thấy được, hay nói cách khác, đây là các thuộc tính có tác động lên việc thực thi một chương trình máy tính.

Tổ chức máy tính có thể hiểu là các khối chức năng trong máy tính và sự kết nối giữa chúng để thực hiện các đặc tính của kiến trúc. Ví dụ, các thuộc tính của kiến trúc bao gồm tập lệnh, số bit để biểu diễn các kiểu dữ liệu khác nhau (vd: ký tự, số,...), cơ chế vào/ra (I/O) và cách kỹ thuật định địa chỉ bộ nhớ. Các thuộc tính của tổ chức bao gồm các đặc điểm phần cứng như: các tín hiệu điều khiển, giao diện giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi và các công nghệ bộ nhớ được sử dụng.

Nhiều nhà sản xuất máy tính đưa ra một họ các model máy tính, tất cả chúng đều có kiến trúc tương tự nhau nhưng lại khác nhau về tổ chức. Các model có giá cả và hiệu suất khác nhau. Một kiến trúc đặc biệt có thể tồn tại trong nhiều năm và với nhiều model máy tính khác nhau nhưng tổ chức của nó thay đổi theo sự thay đổi của công nghệ.

Ví dụ kiến trúc IBM System/370 được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1970 với một số model khác nhau. Khách hàng có nhu cầu thấp, đơn giản có thể mua một model rẻ hơn, chậm hơn và nếu có nhu cầu nâng cấp thì sau đó có thể nâng cấp lên một model đắt tiền hơn và nhanh hơn mà không cần phải bỏ đi phần mềm đã được phát triển trên đó.

Với một lớp máy tính khác gọi là máy vi tính, mối quan hệ giữa kiến trúc và tổ chức rất chặt chẽ. Những thay đổi trong công nghệ không chỉ ảnh hưởng đến tổ chức mà còn dẫn đến việc các kiến trúc máy tính mạnh hơn và phức tạp hơn. Tuy nhiên, yêu cầu tương thích giữa các thế hệ máy tính này khá thấp vì vậy việc thiết kế tổ chức và kiến trúc máy tính có nhiều tương tác hơn.

CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG

Máy tính là một hệ thống phức tạp; một máy tính hiện đại chứa hàng triệu thành phần

điện tử cơ bản, cần xác định tính phân cấp của các hệ thống phức tạp bao gồm cả máy tính. Một hệ thống phân cấp là một tập các hệ thống con tương quan với nhau, mỗi hệ thống con lại có cấu trúc phân cấp bên trong nó cho đến khi ta đạt đến cấp hệ thống thấp nhất. Tính phân cấp của các hệ thống phức tạp hết sức quan trọng trong cả thiết kế và mô tả chúng. Các nhà thiết kế chỉ cần đối phó với một cấp độ nhất định của hệ thống tại một thời điểm. Ở mỗi cấp độ, hệ thống bao gồm một bộ các thành phần và các mối quan hệ tương tác của chúng. Hành vi ở mỗi cấp chỉ phụ thuộc vào một đặc tính đơn giản, trừu tượng của hệ thống ở cấp dưới nó. Khi làm việc với mỗi cấp độ, nhà thiết kế sẽ tập trung đến cấu trúc và chức năng của cấp đó:

Ø  Cấu trúc: Cách thức mà các thành phần quan hệ tương tác với nhau.

Các chức năng cơ bản mà một máy tính có thể thực hiện gồm có bốn chức năng chính sau: Xử lí dữ liệu, Lưu trữ dữ liệu, Di chuyển dữ liệu, Điều khiển

Máy tính tương tác với môi trường bên ngoài. Nói chung, tất cả các liên kết của nó với môi trường bên ngoài có thể được phân thành các loại như thiết bị ngoại vi hoặc đường truyền thông tin.

 

Cấu trúc bên trong máy tính có bốn cấu phần chính:

·        Bộ phận xử lý trung tâm (CPU): Điều khiển hoạt động của máy tính và thực hiện các chức năng xử lý dữ liệu; thường được gọi là bộ vi xử lý.

·        Bộ nhớ chính: Lưu trữ dữ liệu.

·        I/O (Vào/ra): Trao đổi dữ liệu giữa máy tính và môi trường bên ngoài.

·        Hệ thống kết nối: Một số cơ chế cho phép truyền thông tin giữa CPU, bộ nhớ chính, và I/O. Một ví dụ về hệ thống kết nối phổ biến nhất là hệ thống bus: gồm có một số dây dẫn kết nối tất cả các thành phần của máy tính.

Với tổ chức của CPU, các thành phần chính của nó như sau (hình 1.4):

ü  Bộ điều khiển: Điều khiển hoạt động của CPU và máy tính.

ü  Khối tính toán số học và logic – ALU (Arithmetic and logic unit): Thực hiện các chức năng xử lý dữ liệu của máy tính.

ü  Thanh ghi: Lưu trữ nội bộ trong CPU.

ü  Cấu trúc kết nối trong CPU: Một số cơ chế cho phép truyền thông tin giữa các đơn vị Điều khiển, ALU và Thanh ghi.

Ø  Chức năng: Hoạt động của mỗi bộ phận riêng như một phần của cấu trúc.

Qua từng năm, giá thành của các hệ thống máy tính giảm dần, trong khi hiệu suất và dung lượng tiếp tục tăng lên đáng kể. Máy tính xách tay ngày nay đạt được sức mạnh tính toán như máy tính mainframe IBM từ 10 đến 15 năm trước.

v Tốc độ vi xử lý

Việc bổ sung các mạch mới với khoảng cách giữa các mạch được rút ngắn đã nâng cao

hiệu suất vi xử lý lên 4 hoặc 5 lần sau mỗi ba năm kể từ khi Intel cho ra đời dòng chip x86 vào năm 1978. Nhưng tốc độ của vi xử lý sẽ không đạt được hết tiềm năng của nó trừ khi nó được cung cấp một luồng công việc liên tục để thực hiện dưới dạng lệnh máy.

Một số kỹ thuật được áp dụng trong các bộ xử lý hiện đại là:

-  Pipeline – Kỹ thuật đường ống: Với pipeline, một bộ xử lý có thể xử lý cùng lúc nhiều lệnh. Bộ xử lý ghép nối các hành động bằng cách di chuyển dữ liệu hoặc lệnh vào một “đường ống” với tất cả các giai đoạn trong đường ống được xử lý đồng thời. Ví dụ, trong khi một lệnh đang được thi hành, máy tính giải mã lệnh tiếp theo.

-  Dự đoán rẽ nhánh: Bộ xử lý tra mã lệnh tìm được từ bộ nhớ và dự đoán nhánh nào hoặc nhóm lệnh nào được xử lý tiếp theo. Nếu hầu hết mọi lần bộ xử lý đều đoán đúng, nó có thể truy xuất trước các lệnh và đệm các lệnh đó lại để giữ cho bộ xử lý luôn bận rộn. Hay nói cách khác, dự báo nhánh tăng lượng công việc có sẵn cho bộ xử lý thực thi.

-  Phân tích luồng dữ liệu: Bộ xử lý phân tích xem lệnh nào phụ thuộc vào kết quả của lệnh khác, hoặc lệnh nào phụ thuộc vào dữ liệu nào, để đưa ra lịch trình xử lý lệnh tối ưu nhất. Thực tế, các lệnh được lên kế hoạch thực hiện khi đã sẵn sàng, không phụ thuộc vào trình tự chương trình ban đầu. Điều này giúp tránh sự chậm trễ không cần thiết.

-  Thi hành lệnh theo dự đoán: Sử dụng dự đoán rẽ nhánh và phân tích luồng dữ liệu, một số bộ xử lý thi hành lệnh trước khi nó xuất hiện, lưu kết quả trong một vùng tạm thời. Điều này giữ cho bộ máy luôn hoạt động bận rộn.

v Cân bằng Hiệu suất

Trong khi sức mạnh của bộ xử lý tăng với tốc độ chóng mặt, các thành phần quan trọng khác trong máy tính vẫn chưa phát triển theo kịp. Do đó cần phải có giải pháp cân bằng hiệu suất: một sự điều chỉnh trong tổ chức và kiến trúc để bù đắp cho sự chênh lệch khả năng của các thành phần khác nhau trong máy tính.

Sự chênh lệch cần được chú trọng hơn cả là chênh lệch ở giao diện giữa bộ vi xử lý và bộ nhớ chính. Trong khi tốc độ bộ xử lý tăng lên rất nhanh, tốc độ truyền dữ liệu giữa bộ nhớ chính và bộ xử lý lại khá chậm. Giao diện giữa bộ xử lý và bộ nhớ chính là đường dẫn quan trọng nhất trong toàn bộ máy tính vì nó đảm nhận việc vận chuyển dòng lệnh và dữ liệu liên tục giữa các chip nhớ và chip vi xử lý. Nếu bộ nhớ hoặc đường dẫn không theo kịp tốc độ của bộ xử lý, bộ xử lý sẽ phải dừng lại trong trạng thái đợi và lãng phí thời gian xử lý đáng giá.

Có nhiều giải pháp điều chỉnh kiến trúc khắc phục được vấn đề này, tất cả đều được phản ánh trong các thiết kế máy tính hiện đại. Có thể kể tới một số ví dụ sau đây:

-   Tăng số lượng bit được lấy ra tại 1 thời điểm bằng cách làm cho DRAMs “rộng hơn” thay vì “sâu hơn” và bằng cách sử dụng đường bus dữ liệu rộng.

-   Thay đổi giao diện DRAM hiệu quả hơn bằng cách thêm vào 1 bộ nhớ cache hoặc 1 cơ chế đệm khác trên chip DRAM.

-  Giảm tần suất truy cập bộ nhớ bằng cách kết hợp sử dụng cache giữa bộ xử lý và bộ nhớ chính.

-  Tăng băng thông kết nối giữa bộ xử lý và bộ nhớ bằng cách sử dụng các bus tốc độ cao và phân cấp bus để đệm và tổ chức dòng dữ liệu.

Khi máy tính chạy nhanh hơn và có dung lượng lớn hơn, các ứng dụng phức tạp hơn được phát triển để hỗ trợ cho việc sử dụng các thiết bị ngoại vi với các mệnh lệnh dành riêng cho hoạt động vào ra, việc tiếp nhận dữ liệu di chuyển giữa bộ xử lý và thiết bị ngoại vi vẫn còn vấn đề vướng mắc. Giải pháp cho vấn đề này bao gồm phương pháp lưu trữ đệm (cache) cùng với việc sử dụng bus kết nối tốc độ cao và bus có cấu trúc phức tạp hơn. Ngoài ra, việc sử dụng cấu hình nhiều bộ xử lý có thể hỗ trợ đáp ứng lượng lớn yêu cầu vào ra.

v Cải tiến kiến trúc và tổ chức Chip

Có ba cách tăng tốc độ xử lý:

ü  Tăng tốc độ phần cứng của bộ xử lý: Việc tăng tốc độ phần cứng về cơ bản là do việc thu hẹp kích thước cổng logic trên chip xử lý, sao cho nhiều cổng được đóng gói cùng nhau hơn, gần sát nhau hơn và do tăng tốc độ đồng hồ. Khi các cổng gần nhau hơn, thời gian truyền tín hiệu giảm, cho phép tăng tốc bộ xử lý. Tăng tốc độ đồng hồ nghĩa là các hành động riêng lẻ được thi hành nhanh hơn.

ü  Tăng kích thước và tốc độ cache đặt giữa bộ xử lý và bộ nhớ chính. Cụ thể là, dành riêng một phần chip vi xử lý cho cache, thời gian truy cập cache sẽ giảm đáng kể.

ü  Thay đổi cấu trúc và tổ chức bộ xử lý để làm tăng tốc độ thực hiện lệnh. Điều này liên quan đến việc xử lý song song.

Yếu tố chi phối việc tăng hiệu suất chính là việc tăng tốc độ đồng hồ và mật độ logic. Tuy nhiên, khi tốc độ đồng hồ và mật độ logic tăng, xuất hiện một số trở ngại về:

·        Năng lượng: Khi mật độ cổng logic và tốc độ đồng hồ trên chip tăng. Mật độ năng lượng (W/cm2) cũng tăng. Khó khan trong việc tản nhiệt sinh ra trên chip mật độ lớn, tốc độ cao trở thành một vấn đề thiết kế nghiêm trọng.

·        Trễ RC (R: điện trở – C: điện dung): Tốc độ dòng electron chạy giữa các transistor trên chip bị giới hạn bởi điện dung và điện trở của đường dây dẫn kim loại kết nối chúng; đặc biệt, trễ tăng lên khi tích RC tăng. Khi kích thước các linh kiện trên chip giảm, các dây nối mảnh hơn, điện trở tăng. Ngoài ra, dây đặt gần nhau hơn, điện dung tăng.

·        Trễ bộ nhớ: Tốc độ bộ nhớ thường chậm hơn tốc độ bộ xử lý.

Mô hình phân lớp của máy tính

·        Phần cứng (Hardware): hệ thống vật lý của máy tính.

·        Phần mềm (Software): các chương trình và dữ liệu.

2.2    Các loại máy tính

v Phân loại truyền thống:

·  Máy vi tính (Microcomputers) là loại máy tính dùng bộ vi xử lý, giá một máy vi tính có thể từ vài trăm USD đến vài ngàn USD;

·  Máy tính nhỏ (Minicomputers) là loại máy cở trung, giá một máy tính mini có thể từ vài chục USD đến vài trăm ngàn USD;

·  Máy tính lớn (Mainframe Computers) là loại máy tính đa dụng. Nó có thể dùng cho các ứng dụng quản lý cũng như các tính toán khoa học. Dùng kỹ thuật xử lý song song và có hệ thống vào ra mạnh. Giá một máy tính lớn có thể từ vài trăm ngàn USD đến hàng triệu USD.;

·  Siêu máy tính (Supercomputers) là các máy tính đắt tiền nhất và tính năng kỹ thuật cao nhất. Giá bán một siêu máy tính từ vài triệu USD. Các siêu máy tính thường là các máy tính vectơ hay các máy tính dùng kỹ thuật vô hướng và được thiết kế để tính toán khoa học, mô phỏng các hiện tượng. Các siêu máy tính được thiết kế với kỹ thuật xử lý song song với rất nhiều bộ xử lý (hàng ngàn đến hàng trăm ngàn bộ xử lý trong một siêu máy tính).

v Phân loại máy tính hiện đại:

·               Máy tính để bàn (Desktop Computers): Là loại máy tính phổ biến nhất. Các loại máy tính để bàn: Máy tính cá nhân (Personal Computers - PC);  Máy tính trạm làm việc (Workstations); năm 1981 IBM giới thiệu máy tính IBM-PC sử dụng bộ xử lý Intel 8088. Năm 1984 Apple đưa ra Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola 68000. Giá thành: 500USD đến 10.000USD

·               Máy chủ (Servers): Thực chất là máy phục vụ. Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server (Khách hàng/Người phục vụ). Tốc độ và hiệu năng tính toán cao. Dung lượng bộ nhớ lớn. Độ tin cậy cao. Giá thành: hàng chục nghìn đến hàng chục triệu USD.

·               Máy tính nhúng (Embedded Computers): Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc.  Được thiết kế chuyên dụng. Ví dụ:  Điện thoại di động; Máy ảnh số; Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hoà nhiệt độ; Router – bộ định tuyến trên mạng. Giá thành: vài USD đến hàng trăm nghìn USD.

2.3    Hệ thống client-server

Mô hình máy khách-máy chủ là một cấu trúc mạng, trong đó có sự phân phối nhiệm vụ theo cấp bậc. Máy chủ là nhà cung ứng các nguồn tài nguyên, các dịch vụ và dữ liệu, máy khách là các trạm máy tính (client) sử dụng các cung ứng này. Mô hình phần mềm Client/Server là mô hình giải pháp phần mềm cho việc khắc phục tình trạng quá tải trên mạng và vượt qua những ngăn cách về sự khác nhau trong cấu trúc vật lý cũng như hệ điều hành của các hệ thống máy tính khác nhau trên mạng.

Những hệ thống được thiết kế theo mô hình hệ thống khách-chủ, dựa vào cấu trúc linh hoạt có thể dễ dàng thích nghi với nền hệ thống khác. Hệ thống máy khách-chủ bao gồm các thành phần nhỏ có thể hoạt động độc lập gọi là những chương trình chủ. Lõi của hệ điều hành nhỏ (microkernel) có nhiệm vụ tạo sự giao tiếp giữa các máy chủ và máy khách, chúng là những ứng dụng đòi hỏi sử dụng dịch vụ của máy chủ.

Mô hình trạm-chủ (Client-Server)

Các loại máy chủ:

- Máy chủ quản lý tập tin cung cấp cho máy tính trạm những tập tin và thư mục trong hệ thống tập tin. Ngoài ra máy chủ còn chịu trách nhiệm sao chép dự phòng các tập tin của người sử dụng.

- Máy chủ quản lý ứng dụng cho phép người dùng truy cập vào một hoặc nhiều chương trình ứng dụng

- Máy chủ -cơ sở dữ liệu chạy một cơ sở dữ liệu lớn hoặc vừa. Nhiệm vụ của máy chủ là quản lý và tổ chức dữ liệu để tìm kiếm nhanh, thêm vào và phân loại các tập dữ liệu.

- Máy chủ - Internet cung cấp các dịch vụ Internet và mạng nội bộ (Intranet). Các dịch vụ điển hình bao gồm WWW, dịch vụ tên miền DNS, FTP (giao thức truyền tệp tin) cũng như dịch vụ thư điện tử.

- Máy chủ quản lý phương tiện truyền thông (streaming = dòng chảy) cung cấp dữ liệu đa phương tiện (âm thanh, hình ảnh, clip..) với thời gian thực và chất lượng dịch vụ tốt nhất.

2.4    Modem DSL

Modem dần trở thành những thiết bị mạng không thể thiếu trong mỗi gia đình hay trong các nhà máy xí nghiệp. Trên thực tế trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại modem khác nhau.

DSL viết tắt cho Digital Subscriber Line (Đường Thuê bao Số) là dịch vụ số. DSL được thiết kế để dùng cáp đồng bình thường, nó làm tất cả các nhiệm vụ từ văn phòng cho tới trung tâm của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và thiết bị này được gọi là DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexor)

Modem là một thiết bị dùng để kết nối giúp chuyển đổi giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự. Nói một cách khác, modem chính là được viết tắt từ Modulator and demodulator hay chính là bộ điều giải. Modem chính là một thiết bị điều chế sóng tín hiệu tương tự nhau để mã hóa dữ liệu số và giải điều chế tín hiệu mạng, giải mã tín hiệu số. Modem thường được phân loại bằng lượng dữ liệu truyền nhận trong một khoảng thời gian, chia modem thành 4 loại với những đặc điểm, tính chất, ưu điểm nhược điểm khác nhau. Đó chính là modem điện thoại, modem DSL, modem cáp và modem không dây. Modem có chức năng chuyển hóa các gói dữ liệu do ISP cung cấp thành kết nối Internet cho router hoặc các thiết bị có liên kết mạng khác thông qua dây cáp đồng hoặc cáp quang. Ở trên modem còn có các cổng có thể kết nối Ethernet (mạng LAN) đầu ra cho phép truyền Internet tới bất kỳ một router hoặc máy tính. Với việc truy nhập bằng DSL, bạn không cần phải dùng mô-đem thông thường, nhưng cần thiết bị đó là modem DSL.

v Modem điện thoại

Modem này được sử dụng cùng với đường dây điện thoại để truy cập Internet. Tốc độ rất chậm chỉ khoảng 56 kbps. Với hình thức kết nối này tốc độ đường truyền Internet sẽ phụ thuộc vào tốc độ giới hạn của modem. Modem dial-up được sử dụng cùng đường dây điện thoại thì người dùng sẽ chỉ cần quay số kết nối của nhà cung cấp dịch vụ internet mà không cần làm hợp đồng đăng kí sử dụng. Khi đang kết nối điện thoại bàn nhà bạn sẽ được xem như đang bận.

v Modem DSL

DSL là một dịch vụ truy cập internet dựa trên đường dây điện thoại nhưng với tốc độ cao hơn. DSL là một họ kĩ thuật mà nó cung cấp kết nối kĩ thuật số thông qua cáp đồng của mạng điện thoại nội hạt. Trên đường dây điện thoại thông thường người ta có thể đồng thời cung cấp tín hiệu dịch vụ truyền tín hiệu số khác mà không làm gián đoạn dịch vụ điện thoại hiện tại. DSL và cáp là hai kĩ thuật cạnh tranh nhau vào những năm 2005 tại các nước phát triển. ADSL cũng là một phần, một dịch vụ nhánh của DSL. Cáp điện thoại sẽ có hiện tượng suy giảm tín hiệu qua khoảng cách nên băng thông cũng suy giảm theo khoảng cách. Còn cáp thì khác nó có thể cung cấp băng thông lớn trên một đường truyền và có hiện tường phải chia sẻ băng thông.

Công nghệ DSL

Modem số DSL truyền tải dữ liệu giữa hai điểm đầu cuối của đường cáp đồng. Tín hiệu sẽ không đi qua hệ thống chuyển mạch điện thoại, và không gây nhiễu đến tín hiệu thoại. Băng tần thoại trên cáp đồng chỉ là 0-4 kHz (thực tế), trong khi công nghệ DSL thường dùng tần số trên 100 kHz.

Modem số DSL truyền tải dữ liệu không đi qua hệ thống chuyển mạch điện thoại và không gây nhiều tín hiệu thoại. Băng tần thoại trên cáp đồng chỉ là 0-4 kHz, trong khi công nghệ DSL thường dùng tần số trên 100 kHz.

v Modem cáp

Dịch vụ cáp thường được cung cấp bởi các công ty truyền hình cáp thông qua modem cáp và đường dây cáp có sẵn. Tốc độ cao hơn so với ADSL

v Modem không dây

Kết nối không dây là một hệ thống phổ biến trong nhiều năm trở lại đây với nhiều ứng dụng cũng như tiện ích quan trọng. Những modem hoạt động dựa trên dịch vụ mạng di động như GPRS cung cấp Internet dùng sóng GPRS/2G hay WCDMA cung cấp internet dùng sóng 3G. Ngoài ra cũng có thể dùng card mạng không dây và đăng kí dịch vụ với nhà cung cấp internet.

2.5    Kết nối mạng, wifi, cổng truyền thông, bộ lặp, TCP/ IP

v Kết nối mạng

Mạng máy tính có rất nhiều dạng kết nối: Chủ - Khách, mạng lưới kinh doanh và Internet là ba ví dụ phổ biến. Các thiết bị có thể sử dụng bất kỳ phương pháp nào đó khác nhau để kết nối với các mạng này. Có 03 loại kết nối mạng cơ bản:

Point-to-point: Kết nối cho phép một thiết bị để giao tiếp trực tiếp với một thiết bị khác. Ví dụ, hai điện thoại có thể ghép với nhau để trao đổi thông tin liên lạc.

Broadcast/ Multicast: Kết nối cho phép một thiết bị để gửi một tin nhắn ra vào mạng và có các bản sao của thông báo đó gửi đến nhiều người nhận.

Multipion: Kết nối cho phép một thiết bị kết nối trực tiếp và chuyển tải thông điệp tới nhiều thiết bị song song.

Không phải tất cả các công nghệ mạng đều hỗ trợ cho tất cả các loại kết nối kể trên. Ethernet links là một ví dụ điển hình, hỗ trợ Broadcast, nhưng IPv6 thì không.

ü  Fixed Broadband Internet

Internet băng thông rộng cố định là dịch vụ cài đặt Internet được gắn vào một vị trí địa lý và không thể mang đi. Các thiết bị kết nối với Modem bằng dây cáp mạng.

Lịch sử hình thành: Vào thập niên 70 và 80 của thế kỷ trước, các trường đại học ở Mỹ đã phối hợp với chính phủ và một số tổ chức tư nhân tạo ra phần quan trọng của Internet. Và kể từ đó Internet trở nên phổ biến nhanh chóng trong những năm 1990 với sự xuất hiện của World Wide Web (WWW). Dịch vụ Internet băng thông rộng cố định đã trở thành một tiêu chuẩn bắt buộc phải có cho người dân của mình ở các nước phát triển trong những năm 2000, với tốc độ phát triển vô cùng nhanh chống và mạnh mẽ. Thời gian gần đây tại Việt Nam, cụm từ "WIFI" gần như đã gắn liền với cuộc sống của hầu hết cư dân những thành phố lớn

ü  Mobile Internet

Thuật ngữ "Internet di động" dùng để chỉ một số loại dịch vụ Internet mà có thể được truy cập thông qua một kết nối không dây từ nhiều địa điểm khác nhau.

Lịch sử hình thành: Internet di động được tạo ra trong những năm cuối thập niên 1990 và thập niên 2000 như là một thay thế tốc độ cao hơn với Internet dial-up truyền thống. Với những cải tiến lớn trong hiệu suất và chi phí trong suốt những năm gần đây, Internet di động ngày càng trở nên giá cả phải chăng và một thay thế cho băng thông rộng cố định khi công nghệ 5G đã được rục rịch phát triển và triển khai tại một số quốc gia tiên tiến.

ü  Virtual Private Network (VPN)

Virtual Private Network (VPN) bao gồm phần cứng, phần mềm và kết nối cần thiết để hỗ trợ bảo vệ client-server truyền thông mạng trên cơ sở hạ tầng mạng công cộng thông qua một phương pháp gọi là "tunneling".

Lịch sử hình thành: VPN trở nên phổ biến trong những năm 1990 với sự gia tăng của mạng Internet tốc độ cao. Các doanh nghiệp lớn cài đặt VPN riêng cho nhân viên của họ để sử dụng như một giải pháp truy cập từ xa - kết nối với các mạng nội bộ công ty từ nhà hoặc khi đi du lịch để truy cập email và các ứng dụng doanh nghiệp khác nhằm đảm bảo sự riêng tư và bảo mật thông tin. Các giao thức phổ biến hiện nay như PPTP (Point-to-point Tunneling Protocol), Ipsec (Internet Protocol Security) và L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol).

Mạng riêng ảo cần các kỷ thuật cài đặt đặc biệt trên từng client. Các kết nối cũng khá khó khăn và chậm hơn thông thường.

ü  Dial-up Network

Dial-up cho phép kết nối mạng truyền thông qua đường dây điện thoại thông thường thông qua giao thức TCP/IP.

Mạng Dial-Up

Dial-up networking rất phổ biến trong những năm 90 của thế kỷ trước khi mà Internet băng thông rộng và Mạng di động chưa phát triển. Công nghệ then chốt: Các thiết bị trên mạng dial-up sử dụng analog modem. Tìm hiểu thêm về Cáp đồng trục là gì? Cáp đồng trục nào tốt nhất thị trường VN hiện nay?

Dial-up cung cấp số lượng rất hạn chế về băng thông mạng. Ví dụ, với Modem analog thì tốc độ đầu ra ở mức dữ liệu tối đa chỉ là 56 Kbps.

ü  Local Area Network (LAN)

Máy tính của bạn kết nối với mạng LAN thông qua dây cáp mạng là nhiều hơn bất kỳ loại hình khác của kết nối mạng nào khác. Một mạng nội bộ bao gồm một tập hợp các thiết bị nằm ở gần nhau (chẳng hạn như trong một ngôi nhà hay một tòa nhà văn phòng) kết nối với thiết bị mạng chia sẻ (như Router hoặc Network Switches ) để các thiết bị giao tiếp với nhau và kết nối với Internet.

Lịch sử hình thành: Local Area Network (LAN) có dây hoặc không dây đã trở thành rất phổ biến trong những năm 2000 với sự phát triển của mạng gia đình. Các trường đại học và các doanh nghiệp sử dụng mạng có dây thậm chí sớm hơn. Nhưng mạng LAN chỉ có thể hoạt động ở những khoảng cách hạn chế.

ü  Direct Network

Direct Network là kết nối mạng chuyên dụng giữa hai thiết bị (mà không có các thiết bị khác có thể chia sẻ).

Trên các máy tính Windows cũng hỗ trợ các kết nối cáp trực tiếp, thường được sử dụng để chuyển các tập tin. Kết nối bluetooth giữa 02 điện thoại cũng được xem là Direct Network. Xem cách kết nối 02 máy tính Windows lại với nhau.

Các thiệt bị thường sử dụng các cách kết nối trực tiếp với nhau thông qua dây cáp mạng, Bluetooth, hồng ngoại... các cách kết nối trên mặc dù mức tiêu thụ điện năng thấp nhưng chỉ hoạt động tốt ở một khoảng cách nhất định.

v Giao thức và cổng truyền thông

Giao thức là một bộ quy tắc. Giao thức mạng là một tập hợp các quy tắc mà mạng phải tuân theo. Giao thức mạng là những tiêu chuẩn và chính sách chính thức được tạo thành từ các quy tắc, quy trình và định dạng xác định giao tiếp giữa hai hoặc nhiều thiết bị qua mạng. Các giao thức mạng thực hiện những hành động, chính sách và giải quyết vấn đề từ đầu đến cuối, để quá trình giao tiếp mạng hoặc dữ liệu diễn ra kịp thời, được bảo mật và quản lý. Giao thức mạng xác định các quy tắc và quy ước giao tiếp.

Giao thức mạng là gì?

Network protocol

Giao thức mạng kết hợp tất cả những yêu cầu tiến trình và có những ràng buộc khi các máy tính, router, máy chủ và các thiết bị hỗ trợ mạng khác bắt đầu thực hiện giao tiếp. Các giao thức mạng phải được xác nhận và cài đặt bởi người gửi và người nhận để đảm bảo quá trình giao tiếp dữ liệu/mạng diễn ra suôn sẻ. Giao thức mạng cũng áp dụng các node phần mềm và phần cứng giao tiếp trên mạng. Có một số loại giao thức mạng như sau.

Internet Protocol Suite

Internet Protocol Suite (bộ giao thức liên mạng) là tập hợp các giao thức thực thi protocol stack (chồng giao thức) mà Internet chạy trên đó. Internet Protocol Suite đôi khi được gọi là bộ giao thức TCP/IP. TCP và IP là những giao thức quan trọng trong Internet Protocol Suite - Transmission Control Protocol (TCP) và Internet Protocol (IP). Internet Protocol Suite tương tự như mô hình OSI, nhưng có một số khác biệt. Ngoài ra không phải tất cả các lớp (layer) đều tương ứng tốt.

Protocol Stack

Protocol Stack là tập hợp đầy đủ các lớp giao thức, hoạt động cùng nhau để cung cấp khả năng kết nối mạng.

Transmission Control Protocol (TCP)

Transmission Control Protocol (TCP) là giao thức cốt lõi của Internet Protocol Suite. Transmission Control Protocol bắt nguồn từ việc thực thi mạng, bổ sung cho Internet Protocol. Do đó, Internet Protocol Suite thường được gọi là TCP/IP. TCP cung cấp một phương thức phân phối đáng tin cậy một luồng octet (khối dữ liệu có kích thước 8 bit) qua mạng IP. Đặc điểm chính của TCP là khả năng đưa ra lệnh và kiểm tra lỗi. Tất cả các ứng dụng Internet lớn như World Wide Web, email và truyền file đều dựa vào TCP.

Internet Protocol (IP)

Internet Protocol là giao thức chính trong Internet protocol suite để chuyển tiếp dữ liệu qua mạng. Chức năng định tuyến của Internet Protocol về cơ bản giúp thiết lập Internet. Trước đây, giao thức này là datagram service không kết nối trong Transmission Control Program (TCP) ban đầu. Do đó, Internet protocol suite còn được gọi là TCP/IP.

Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

HTTP là nền tảng giao tiếp dữ liệu cho World Wide Web. Siêu văn bản (hypertext) là văn bản có cấu trúc sử dụng các siêu liên kết giữa các node chứa văn bản. HTTP là giao thức ứng dụng cho hệ thống thông tin hypermedia (siêu phương tiện) phân tán và kết hợp.

Cổng mặc định của HTTP là 80 và 443. Hai cổng này đều được bảo mật.

File Transfer Protocol (FTP)

FTP là giao thức phổ biến nhất được sử dụng cho mục đích truyền file trên Internet và trong các mạng riêng.

Cổng mặc định của FTP là 20/21.

Secured Shell (SSH)

SSH là phương thức chính được sử dụng để quản lý các thiết bị mạng một cách an toàn ở cấp lệnh. SSH thường được sử dụng như sự thay thế cho Telnet, vì giao thức này không hỗ trợ các kết nối an toàn.

Cổng mặc định của SSH là 22.

Telnet

Telnet là phương thức chính được sử dụng để quản lý các thiết bị mạng ở cấp lệnh. Không giống như SSH, Telnet không cung cấp kết nối an toàn, mà chỉ cung cấp kết nối không bảo mật cơ bản.

Cổng mặc định của Telnet là 23.

Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

SMTP được sử dụng với hai chức năng chính: Chuyển email từ mail server nguồn đến mail server đích và chuyển email từ người dùng cuối sang hệ thống mail.

Cổng mặc định của SMTP là 25 và cổng SMTP được bảo mật (SMTPS) là 465 (Không phải tiêu chuẩn).

SMTP

Domain Name System (DNS)

Domain Name System (DNS) được sử dụng để chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP. Hệ thống phân cấp DNS bao gồm máy chủ gốc, TLD và máy chủ có thẩm quyền.

Cổng mặc định của DNS là 53.

Post Office Protocol phiên bản 3 (POP 3)

Post Office Protocol phiên bản 3 là một trong hai giao thức chính được sử dụng để lấy mail từ Internet. POP 3 rất đơn giản vì giao thức này cho phép client lấy nội dung hoàn chỉnh từ hộp thư của server và xóa nội dung khỏi server đó.

Cổng mặc định của POP3 là 110 và cổng được bảo mật là 995.

Internet Message Access Protocol (IMAP)

IMAP phiên bản 3 là một giao thức chính khác được sử dụng để lấy thư từ máy chủ. IMAP không xóa nội dung khỏi hộp thư của máy chủ.

Cổng mặc định của IMAP là 143 và cổng được bảo mật là 993.

Simple Network Management Protocol (SNMP)

Simple Network Management Protocol được sử dụng để quản lý mạng. SNMP có khả năng giám sát, cấu hình và điều khiển các thiết bị mạng. SNMP trap cũng có thể được cấu hình trên các thiết bị mạng, để thông báo cho máy chủ trung tâm khi xảy ra hành động cụ thể.

Cổng mặc định của SNMP là 161/162

HTTPS

Hypertext Transfer Protocol over SSL/TLS (HTTPS)

HTTPS được sử dụng với HTTP để cung cấp các dịch vụ tương tự, nhưng với kết nối bảo mật được cung cấp bởi SSL hoặc TLS.

Cổng mặc định của HTTPS là 443.

v Wifi

WiFi là viết tắt của Wireless Fidelity là phương thức kết nối không dây sử dụng sóng vô tuyến . WiFi được triển khai trên hầu hết các thiết bị điện tử thông minh hiện nay để có thể kết nối với nhau và kết nối Internet. WiFi được triển khai với mục đích truyền dữ liệu không dây tốc độ cao, không cần đấu nối dây hay cáp mạng, triển khai hạ tầng mạng một cách nhanh chóng

khai niem wifi la gi cach hoat dong ung dung wifi trong cuoc song

Kết nối WiFi được sử dụng trong việc kết nối Internet và chia sẻ kết nối đến các thiết bị không dây nhanh nhất. WiFi hiện tại đang sử dụng chuẩn kết nối IEEE 802.11 , được cài đặt hầu hết trên các thiết bị điện tử thông minh với ngày càng nhiều các ứng dụng được phát triển dựa trên chuẩn kết nối này.

v NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA WIFI

Mạng Internet sẽ được các ISP (nhà cung cấp dịch vụ Internet - Internet Services Provider) truyền đến bộ giải mã tín hiệu số (Modem), thông qua bộ định tuyến (Router) hay chúng ta hay gọi là “bộ phát wifi” chuyển tín hiệu hữu tuyến thành kết nối vô tuyến và đưa đến các thiết bị di động không dây thông qua chuẩn kết nối WiFi.

Các thiết bị không dây tiếp nhận sóng WiFi thông qua một thiết bị chuyển đổi tín hiệu gọi là Adapter (card Wifi) được cài đặt trực tiếp trên các thiết bị. Tín hiệu vô tuyến sẽ được giải mã ngay trên thiết bị, từ đây người dùng có thể trực tiếp truy cập Internet như bình thường.

khai niem wifi la gi cach hoat dong ung dung wifi trong cuoc song 2

v MỘT SỐ CHUẨN KẾT NỐI WIFI PHỔ BIẾN

Chuẩn 802.11a : Tần số 5 GHz, tốc độ xử lý 54 Mbps

Chuẩn 802.11b : Tần số 2.4 GHz, tốc độ xử lý 11 Mbps, đây là chuẩn kết nối yếu nhất

Chuẩn 802.11g : Tần số 2.4 GHz, tốc độ xử lý 54 Mbps

Chuẩn 802.11n : Tần số 2.4 GHz, tốc độ xử lý 300 Mbps

Vậy sự khác nhau giữa 2.4 MHz và 5 GHz ra sao?

Về cơ bản, tần số thấp hơn sẽ truyền đi xa hơn, do đó chuẩn Wifi tần số 2.4GHz sẽ được truyền đến các thiết bị có khoảng cách xa hơn, tuy nhiên về tốc độ truyền tải sẽ không bằng tần số 5GHz. Người dùng sẽ tùy theo nhu cầu sử dụng để lựa chọn cho mình chuẩn kết nối phù hợp.

CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT WIFI

Ngoài tính năng bảo mật phổ biến là AES (Advanced Encryption Standard) là chuẩn mã hóa tín hiệu nâng cao được quy chuẩn, WiFi còn được bảo mật bởi các mật khẩu WPA hoặc WPA2 có nhiệm vụ bảo đảm an ninh truy cập cho các hệ thống WiFi. WPA2 được phát triển để thay thế cho hệ thống WEP bị lỗi thời và hay bị giải mã. Với các tính năng này, tuy không phải thực sự an toàn đối với mọi hình thức tấn công nhưng người dùng cũng đã có thể yên tâm sử dụng do việc giải mã các chuẩn bảo mật này cũng vô cùng phức tạp.

v Bộ lặp Repeater

Là thiết bị khuyếch đại tín hiệu trên đường truyền. Khi tín hiệu trên đường truyền từ Điểm A tới Điểm B có khả năng bị "suy hao" hay "mệt mỏi" do đường đi "quá xa" (theo khả năng vật lý của môi trường truyền) thì người ta phải đặt giữa hai Điểm A & B một bộ lặp tín hiệu để giúp "làm tươi" (refresh) hoặc "khuyếch đại" tín hiệu để giúp nó được truyền đến Điểm B "an toàn, chính xác và lành lặn". cứ mỗi 50 mét sau Repeater ta phải đặt thêm 1 Repeater khác. Tổng cộng không nên sử dụng quá 4 repeater trên một đường truyền mạng. "khả năng kết nối hoàn hảo" (không lỗi) của một hệ thống mạng lệ thuộc rất nhiều vào cá yếu tố như : Chất lượng của cáp mạng (VD: cáp UTP), chất lượng các thiết bị đấu nối như đầu RJ-45, hộp đấu dây (data socket )... và kể cả kỹ thuật bấm đầu dây.

Thiết bị mạng Repeater là gì

CHỨC NĂNG BỘ LẶP REPEATER LÀ GÌ?

Vai trò của bộ lặp là sao chép, khuếch đại và hồi phục tín hiệu mang thông tin trên đường truyền. Hai phần mạng có thể liên kết với nhau qua một bộ lặp được gọi là các đoạn mạng (segment), chúng phải giống nhau hoàn toàn cả về tất cả các lớp giao thức và kể cả đường truyền vật lý.

Chức năng của một bộ lặp có thể coi như thuộc phần dưới của lớp vật lý nếu đối chiếu với mô hình OSI. Chú ý rằng, bộ lặp chỉ nối được hai đoạn đường dẫn của cùng một hệ thống truyền thông, thực hiện cùng một giao thức và môi trường truyền dẫn cũng hoàn toàn giống nhau.

Khác với một bộ khuếch đại tín hiệu, một bộ lặp không chỉ làm nhiệm vụ khuếch đại các tín hiệu bị suy giảm, mà còn chỉnh dạng và tái tạo tín hiệu trong trường hợp tín hiệu bị nhiễu. Một bộ lặp tuy không có một địa chỉ riêng, không tham gia trực tiếp vào các hoạt động giao tiếp nhưng vẫn được coi là một trạm, hay một thành viên trong mạng.

v TCP/IP

TCP/IP hoặc Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Giao thức điều khiển truyền vận/giao thức mạng) là một bộ các giao thức trao đổi thông tin được sử dụng để kết nối các thiết bị mạng trên Internet. TCP/IP có thể được sử dụng như là một giao thức trao đổi thông tin trong một mạng riêng (intranet hoặc extranet).

TCP/IP chỉ định cách dữ liệu được trao đổi qua Internet bằng cách cung cấp thông tin trao đổi đầu cuối nhằm mục đích xác định cách thức nó được chia thành các gói, được gắn địa chỉ, vận chuyển, định tuyến và nhận ở điểm đến. TCP/IP không yêu cầu quản lý nhiều và nó được thiết kế để khiến mạng đáng tin cậy hơn với khả năng phục hồi tự động. Có hai giao thức mạng chính trong bộ giao thức mạng phục vụ các chức năng cụ thể. TCP xác định cách các ứng dụng tạo kênh giao tiếp trong mạng. Ngoài ra, nó cũng quản lý cách các tin được phân thành các gói nhỏ trước khi được chuyển qua Internet và được tập hợp lại theo đúng thứ tự tại địa chỉ đến. IP xác định cách gán địa chỉ và định tuyến từng gói để đảm bảo nó đến đúng nơi. Mỗi gateway trên mạng kiểm tra địa chỉ IP này để xác định nơi chuyển tiếp tin nhắn.

Giao thức TCP/IP hoạt động như thế nào?

TCP/IP sử dụng mô hình giao tiếp máy khách/máy chủ, trong đó người dùng hoặc thiết bị (máy khách) được một máy tính khác (máy chủ) cung cấp một dịch vụ (giống như gửi một trang web) trong mạng.

Nói chung, bộ giao thức TCP/IP được phân loại là không có trạng thái, có nghĩa là mỗi yêu cầu của máy khách được xem là mới bởi vì nó không liên quan đến yêu cầu trước. Việc không có trạng thái này giúp giải phóng đường mạng, do đó chúng có thể được sử dụng liên tục.

Tuy nhiên, tầng vận chuyển lại có trạng thái. Nó truyền một tin nhắn duy nhất và kết nối của nó vẫn giữ nguyên cho đến khi nhận được tất cả các gói trong tin nhắn và tập trung tại điểm đến.

Các tầng của TCP/IP

TCP/IP được chia thành bốn tầng, mỗi tầng bao gồm các giao thức cụ thể.

Ø  Tầng ứng dụng cung cấp các ứng dụng với trao đổi dữ liệu được chuẩn hóa. Các giao thức của nó bao gồm Giao thức truyền tải siêu văn bản (HTTP), Giao thức truyền tập tin (File Transfer Protocol - FTP), Giao thức POP3, Giao thức truyền tải thư tín đơn giản (Simple Mail Transfer Protocol - SMTP) và Giao thức quản lý mạng đơn giản (Simple Network Management Protocol - SNMP).

Ø  Tầng giao vận chịu trách nhiệm duy trì liên lạc đầu cuối trên toàn mạng. TCP xử lý thông tin liên lạc giữa các máy chủ và cung cấp điều khiển luồng, ghép kênh và độ tin cậy. Các giao thức giao vận gồm giao thức TCP và giao thức UDP (User Datagram Protocol), đôi khi được sử dụng thay thế cho TCP với mục đích đặc biệt.

Ø  Tầng mạng, còn được gọi là tầng Internet, có nhiệm vụ xử lý các gói và kết nối các mạng độc lập để vận chuyển các gói dữ liệu qua các ranh giới mạng. Các giao thức tầng mạng gồm IP và ICMP (Internet Control Message Protocol), được sử dụng để báo cáo lỗi.

Ø  Tầng vật lý bao gồm các giao thức chỉ hoạt động trên một liên kết - thành phần mạng kết nối các nút hoặc các máy chủ trong mạng. Các giao thức trong lớp này bao gồm Ethernet cho mạng cục bộ (LAN) và Giao thức phân giải địa chỉ (Address Resolution Protocol - ARP).

2.6       Hệ thống Master-Slaver trong các máy tính công nghiệp

Giao tiếp I2C ( Master – Slave)

Phương pháp Master – Slave (chủ – tớ), một trạm chủ (master) có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy cập bus cho các trạm tớ (slave). Các trạm tớ đóng vai trò bị động chỉ có quyền truy cập bus và gửi tín hiệu đi kh có yêu cầu. Trạm chủ có thể dùng phương pháp hỏi tuần tự (polling) theo chu kỳ để kiểm soát toàn bộ hệ thống. Nhờ vậy các trạm tớ có thể gửi các dữ liệu thu thập được từ quá trình kỹ thuật gửi đến trạm chủ cũng như nhận được các thông tin điều khiển từ trạm chủ. Và chuẩn giao tiếp I2C là một chuẩn giao tiếp sử dụng phương pháp này.

Trong hệ thống, các máy trạm tớ không có quyền giao tiếp trực tiếp với nhau, mà bất cứ dữ liệu cần trao đổi nào cũng phải qua trạm chủ. Nếu hoạt động giao tiếp diễn ra theo chu kỳ, trạm chủ sẽ có trách nhiệm chủ động yêu cầu dữ liệu từ trạm tớ cần gửi và sau đó sẽ chuyển tới trạm tớ cần nhận.

Trong trường hợp một trạm tớ cần trao đổi dữ liệu bất thường với một trạm khác phải thông báo yêu cầu của mình khi được trạm chủ hỏi đến và sau đó chờ phục vụ.

Phương pháp chủ/tớ có ưu điểm là việc kết nối mạng các trạm tớ đơn giản, đỡ tốn kém bởi gần như toàn bộ trí tuệ tập trung tại máy chủ. Một trạm chủ thường lại là một thiết bị điều khiển, tích hợp thêm chức năng xử lý truyền thông.

Nhược điểm của phương pháp chủ/tớ là hiệu suất trao đổi thông tin giữa các trạm tớ bị giảm do phải đi qua khâu trung gian là trạm chủ, dẫn đến hiệu xuất sử dụng đường truyền giảm. độ tin cậy của hệ thống truyền thông phụ thuộc hoàn toàn vào một trạm chủ duy nhất, nếu sự cố xảy ra trên trạm chủ thì toàn bộ hệ thống ngừng làm việc. Khắc phục là sử dụng một trạm tớ đóng vai trò giám sát trạm chủ và có khả năng thay thế trạm chủ khi cần thiết. Hệ thống này dùng phổ biến trong các hệ thống bus cấp thấp (bus trường, bus thiết bị).

 

 

CÂU HỎI

1. Phân biệt tổ chức và kiến trúc máy tính.

2. Phân biệt cấu trúc và chức năng máy tính.

3. Các chức năng chính của máy tính là gì?

4. Liệt kê và mô tả ngắn gọn các thành phần chính của máy tính.

5. Liệt kê và mô tả ngắn gọn các thành phần chính của bộ xử lý.

https://www.youtube.com/watch?v=OAx_6-wdslM&list=PLzdnOPI1iJNcsRwJhvksEo1tJqjIqWbN-

https://khs247.com/thiet-bi-mang/

Ngày:20/03/2020 Chia sẻ bởi:

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM