Bài giảng chương 2: Bo mạch chủ - Mainboard

12/09/2012 1 Chương 2 BO MẠCH CHỦ - MAINBOARD Tổng quan về Mainboard. Các thành phần trên mainboard Các công nghệ tích hợp trên mainboard. Xử lý một số sự cố thông dụng. Trên mainboard thường được tích hợp: • Chipset (chip cầu bắc và chip cầu nam) • Slot/ Socket để kết nối vi xử lý • Khe cắm bộ nhớ (RAM slot) • Khe cắm mở rộng (expansion card) • Kết nối nguồn (power connector) • BIOS ROM • I/O Port… Là bảng mạch điện tử lớn nhất trong máy vi tính. Đóng vai trò là cầu nối, liên kết các thiết bị khác tạo thành một khối TỔNG QUAN VỀ MAINBOARD 12/09/2012 2 Các kiểu mainboard chính Bo mạch không tích hợp: Là thiết kế chỉ chứa các thành phần cơ bản. Các thành phần khác sẽ được bổ sung thông qua các khe cắm mở rộng. Bo mạch tích hợp: Tích hợp thêm một số thiết bị khác để giảm chi phí sản xuất và giảm giá thành. Thường được tích hợp các thiết bị như sound card, VGA card, LAN card… Các chuẩn mainboard
Bo mạch chun AT: loại mainboard đời cũ
Bo mạch chun ATX: Cho phép gắn các bo mạch mở rộng một cách dễ dàng và thuận tiện hơn. Được sử dụng rộng rãi hiện nay
Bo mạch chun BTX: Dùng cho các hệ thống máy tính cá nhân cao cấp Chuẩn AT Chuẩn ATX Chuẩn BTX 12/09/2012 3 Hệ thống Bus (Bus system) Bus là hệ thống đường truyền tín hiệu giúp trao đổi dữ liệu giữa vi xử lý và các thiết bị khác trong máy tính. Bus trong máy tính gồm các bus như: System Bus, FSB (Front Side Bus), BSB (Back Side Bus), Expansion Bus… Chia làm 4 nhóm bus: địa chỉ, dữ liệu, điều khiển và mở rộng. Hệ thống Bus (Bus system) Bus hệ thống (System Bus): Là kênh truyền dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ được thiết kế trên mainboard. System Bus phụ thuộc vào số lượng các đường truyền dữ liệu (32, 64 bit…) và tốc độ xung nhịp của hệ thống (100Mhz, 133MHz…). Bus tuyến trước (Front Side Bus): Tiếp nhận các thông tin và truyền dữ liệu từ chip cầu bắc đến vi xử lý và ngược lại. Back Side Bus: hoạt động trong phạm vi giữa cache L2 và vi xử lý. Hay nói cách khác là đường truyền dữ liệu giữa cache L2 và vi xử lý. Expansion Bus: cho phép các thiết bị ngoại vi, các card mở rộng truy cập vào bộ nhớ một cách độc lập không cần thông qua vi xử lý, trong khi vi xử lý đang thực hiện các tác vụ khác. 12/09/2012 4 Một mainboard thường được cấu tạo và tích hợp bởi nhiều thành phần linh kiện điện tử khác nhau. Có thể chia làm các nhóm: khe mở rộng, I/O port, các chip điện tử, khe cắm bộ nhớ, các connectors, jumpers và đế cắm vi xử lý. CÁC THÀNH PHẦN TRÊN MAINBOARD Là bộ chip quan trọng làm cầu nối chính cho tất cả các thành phần trên mainboard. Mainboard dùng cho CPU của Intel: Bộ chipset gồm hai chip chính là chip cầu bắc và chip cầu nam.  Northbridge (Chip cầu Bắc): kết nối với CPU và giúp CPU kết nối đến bộ nhớ chính, card màn hình và kênh truyền đến chip cầu Nam.  Southbridge (Chip cầu Nam): dẫn truyền tín hiệu từ các thiết bị còn lại đến chip cầu Bắc và ngược lại. Bộ Chipset 12/09/2012 5 Bộ Chipset  Bộ chipset dùng cho CPU của Intel Bộ Chipset
Mainboard dùng CPU của AMD: Quá trình truy cập bộ nhớ chính do CPU thực hiện, Chipset chỉ làm nhiệm vụ liên kết đến các bộ phận khác nên có thể chỉ gồm một hoặc hai chip.  Loại hai chip: tương tự như bộ chipset dành cho CPU Intel.  Loại một chip: Chipset loại này thực hiện tất cả các chức năng tương tự của chip nam và chip bắc dùng cho CPU Intel.
Ngoài hai nhà sản xuất Chipset nổi tiếng là Intel và AMD còn có một số nhà sản xuất Chipset khác như ULi, ATI, NVIDIA, SiS, VIA. 12/09/2012 6 Giao tiếp vi xử lý Socket / Slot (Đế cắm / khe cắm) CPU là nơi CPU giao tiếp với mainboard. Slot: khe cắm vi xử lý. Có 3 loại slot : Slot 1(Intel Pentium II, III), Slot 2 (Intel Server) và Slot A (AMD). Socket: là loại đế hình vuông (hoặc chữ nhật) có các chân (hoặc lỗ) tương ứng với các điểm tiếp xúc (chân) của CPU. Socket 370: Pentium III, Celeron Socket A (462 pin): AMD Duron Socket 423: Pentium IV Socket 478: Pentium IV và Celeron Socket 754: AMD Athlon 64, Turion 64 Socket 775: Pentium IV, Pentium D, Celeron D, Core 2 Duo và Core2 Quad Socket 939: AMD Athlon 64 Socket 1156: Core i3 và Core i5 Socket 1366: Core i7 Socket AM2 :AMD thay thế Socket 754, 939 Athlon 64 Giao tiếp vi xử lý 1366 939 775 12/09/2012 7 Kết nối mainboard với bộ nhớ chính (RAM). Kích thước, hình dạng phụ thuộc vào loại RAM được sử dụng. Các loại module khe cắm  SIMM (Single Inline Memory Modules)  DIMM (Dual Inline Memory Modules)  RIMM (Rambus Inline Memory Modules)  SoDIMM (Small Outline Dual Inline Memory Modules) 72pin,144Pin Khe cắm bộ nhớ RAM ISA (Industrial Standard Architecture) PCI (Peripheral Component Interconnect) AGP (Accelerated Graphics Port) PCI Express AMR (Audio Modem Riser) CNR (Communications and Networking Riser) Khe cắm mở rộng (expansion slot) 12/09/2012 8 Khe cắm mở rộng (expansion slot) Khe cắm PCI (Peripheral Component Interconnect ): là chuNn khe cắm mở rộng cung cấp các đường truyền tốc độ cao giữa CPU với các thiết bị ngoại vi như: card màn hình, card mạng, card âm thanh…. Thông số kỹ thuật: hoạt động ở tần số 33Mhz, 66Mhz, 133Mhz với các đường truyền dữ liệu có băng thông 32bit/ 64bit. Khe cắm mở rộng (expansion) Khe cắm AGP (Accelerated Graphics Port ): là khe cắm card mở rộng chỉ dùng cho card màn hình Thông số kỹ thuật: chuNn AGP đầu tiên là AGP 1X tốc độ truyền 266MB/s và được phát triển lên AGP 2X, 4X, 8X. 12/09/2012 9 Khe cắm mở rộng (expansion slot) Khe cắm PCIe (PCI Express ): là chuNn giao tiếp dùng cho card đồ họa của máy tính (thay cho giao diện AGP) mới phát triển sau này. Đối với PCIe X16 có 164 pin. Thông số kỹ thuật: PCIe có băng thông lớn so với các khe cắm AGP, PCI... Đối với PCIe X1 thì băng thông là 2.5Gb/s (X1=250MB/s) mỗi chiều, còn đồng bộ thì tới 5.0Gb/s (X1 = 500MB/s). Kết nối nguồn (power connectors ) ATX 20 Pin ATX 24 Pin Power Connectors: thành phần quan trọng dùng để cung cấp năng lượng cho tất cả các thiết bị trên mainboard. Gồm nhiều loại như: nguồn chính, nguồn phụ, nguồn PCIe., nguồn quạt CPU, nguồn quạt mainboard, nguồn mở rộng… 12/09/2012 10 Cổng kết nối thiết bị lưu trữ FDD (Floppy Disk Drive) IDE (Integrated Drive Electronics) còn gọi PATA SATA (Serial ATA ) SCSI (Small Computer System Interface) Kết nối ATA/IDE và FDD (floppy disk drive)
ATA/PATA/IDE Là chuẩn kết nối CD/DVD, HDD với mạch điều khiển IDE trên mainboard, gồm 40 pin
IDE-FDD: Là chuẩn kết nối FDD với mạch điều khiển IDE trên mainboard gồm 34pin
Một sợi cáp IDE chỉ kết nối 2 thiết bị (Master và slave)
Tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là 133MB/s 12/09/2012 11 Có thế mạnh về tốc độ, dung lượng, truyền tín hiệu xa hơn, an toàn hơn giúp SATA nhanh chóng thay thế giao diện Parallel ATA. Loại này có 7 Pin Có 3 loại tốc độ truyền dữ liệu là 150MB/s và 300MB/s, 600MB/s ứng với SATA I; SATA II; SATA III. Một sợi cáp sata chỉ kết nối một thiết bị KẾT NỐI SATA Là chuNn cao cấp chuyên dùng cho Server, có tốc độ rất cao từ 10,000 vòng/phút, số chân 50 hoặc 68. Chủ yếu được dùng cho các thiết bị như: ổ đĩa cứng, ổ đĩa quang, scanner… Thế mạnh của SCSI là khả năng kết nối liên tiếp (daisy-chain) 15 thiết bị khác nhau. Tốc độ truyền dữ liệu 320MB/s, 640MB/s KẾT NỐI SCSI 12/09/2012 12 Jumpers Jumper: được thiết kế bằng plastic nhỏ có tính chất dẫn điện dùng để cắm vào những mạch hở tạo thành mạch kín để thực hiện một nhiệm vụ nào đó. BIOS ROM & CMOS Battery BIOS (Basic Input Output System): là một chương trình hệ thống được nhà sản xuất tích hợp trên mainboard thông qua 1 chip ROM, nhằm để quản lý và kiểm tra các thiết bị nhập xuất cơ sở của hệ thống. CMOS Battery (Pin CMOS): dùng để duy trì các thông số đã thiết lập trong BIOS/CMOS Setup Utility. Pin CMOS có mã là CR 2032, điện áp là 3.0 volt, thời gian sử dụng khoảng từ 3 đến 5 năm 12/09/2012 13 Rear/ Back Panel Cổng xuất nhập dùng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính. Có nhiều loại cổng với các chức năng khác nhau như: PS/2 Serial (COM) Parallel (LPT) USB RJ45 Aduio VGA S-Video DVI-D ------ Rear/ Back Panel USB Serial (COM)Parallel (LPT) DVIPS/2 VGA 12/09/2012 14 Các đầu nối dành cho Front Pane
Cắm các dây tính hiệu CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN 12/09/2012 15 GIỚI THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP RAID Công nghệ Dual Channel Công nghệ Hyper-Threading Công nghệ Multi-Core Dual Graphics Dual LAN Dual BIOS Trên mainboard nhà sản xuất tích hợp thêm các công nghệ nhằm tăng cường sức mạnh, tính đa dạng, khả năng hỗ trợ và khai thác các công nghệ mới của những thiết bị tương ứng. RAID
RAID (Redundant Array of Independent Disks). Ban đầu, RAID được sử dụng như một giải pháp phòng hộ vì nó cho phép ghi dữ liệu lên nhiều đĩa cứng cùng lúc. Về sau, RAID đã có nhiều biến thể cho phép không chỉ đảm bảo an toàn dữ liệu mà còn giúp gia tăng đáng kể tốc độ truy xuất dữ liệu từ đĩa cứng. Dưới đây là các loại RAID được dùng phổ biến: RAID0, RAID1, RAID0+1, RAID5…
Hiện tại bộ điều khiển RAID tích hợp thường gồm 2 loại chính: chip điều khiển gắn lên Mainboard hoặc hỗ trợ sẵn từ trong chipset.
Ví dụ + Intel ICH5R, ICH6R, ICH7R. Những chipset cầu nam (SouthBridge) này đi kèm với dòng i865/875/915/925/945/955. + nVIDIA nForce2-RAID (AMD), nForce 3 Series (AMD A64), nForce 4 Series (AMD A64/ Intel 775). +Chip điều khiển bên ngoài: thường thấy nhất là hai dòng Silicon Image Sil3112 và 3114 12/09/2012 16 Dual Channel Technology Dual channel là công nghệ cho phép memory controller có thể mở rộng độ rộng của bus dữ liệu từ 64 đến 128 bit. Ví dụ: DDR2-800 – một thiết bị 64-bit, thì ta có tốc độ truyền tải lý thuyết lớn nhất là 6400 MB/s (800 MHz x 64 / 8). Nên thường ghi trên thanh Ram PC2-6400. Vậy nếu sử dụng công nghệ Dual channel thì tốc độ truyền tải lý thuyết nó là 12800MB/s Hyper-Threading Technology Công nghệ HT là thực hiện 2 tiến trình ở 1 thời điểm trong 1 CPU. Siêu phân luồng cho phép thực hiện xử lý song song 2 luồng cùng thời điểm, tận dụng tối đa tài nguyên và rút gắn thời gian xử lý. 12/09/2012 17 Multi Core Technology Hỗ trợ các vi xử lý có sử dụng công nghệ đa lõi. Các lõi này sẽ hoạt động song song với nhau, chia sẻ công việc tính toán và xử lý mà vi xử lý đảm nhận. Hai công nghệ phổ biến là Dual Core (lõi kép) và Quad Core (lõi tứ). Dual Graphics Technology Đồ họa kép là công nghệ đột phá trong việc xử lý đồ họa, cho phép gắn nhiều hơn 2 card đồ họa để tăng sức vận hành, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng trong lĩnh vực game, đồ hoạ. Ví dụ: thường dùng là: ATI dùng công nghệ Cross Fire; NVIDIA dùng công nghệ SLI. 12/09/2012 18 Dual BIOS và Dual LAN DualBIOS là một công nghệ cho phép mainboard của bạn được tích hợp hai chip BIOS. Một loại được gọi là Main BIOS (BIOS chính) và một loại được gọi là Backup BIOS (BIOS dự phòng). Mainboard thường hoạt động với Main BIOS, nhưng nếu nó bị hư hại vì một lí do nào đó thì backup BIOS sẽ được tự động sử dụng trong lần khởi động tiếp theo. Dual LAN Là tích hợp trên Mainboard 2 port network CHẨN ĐOÁN VÀ XỬ LÝ SỰ CỐ MAINBOARD Sự cố Chn đoán Khắc phục Bật công tắc nguồn máy không khởi động, quạt nguồn không quay. Biểu hiện trên rất giống với biểu hiện sự cố có liên quan đến mainboard. Dùng phương loại trừ: kiểm tra nguồn và vi xử lý. Bật công tắc nguồn, quạt nguồn quay nhưng máy không khởi động, màn hình không tín hiệu. Tình trạng trên có thể do nguồn hoặc vi xử lý bị lỗi. Thay thế bộ nguồn khác, kiểm tra Bus Jumper trên mainboard, kiểm tra vi xử lý trên mainboard khác. Máy có biểu hiện không ổn định, khi khởi động vào Windows thì bị Reset lại, khi cài đặt Windows thường báo lỗi cài đặt. Lỗi phần cứng: RAM, bộ nguồn, mainboard. Kiểm tra các thiết bị còn lại đều tốt thì nguyên nhân là do mainboard, thử trên mainboard khác. 12/09/2012 19 CHẨN ĐOÁN VÀ XỬ LÝ SỰ CỐ MAINBOARD Sự cố Chn đoán Khắc phục Hệ thống không nhận diện card mở rộng. Các mối tiếp xúc giữa mainboard và card mở rộng không tốt. Vệ sinh các khe và chân kết nối. Hệ thống thường bị “treo”, khởi động và hoạt động không ổn định. Biểu hiện này chứng tỏ nguồn điện vào mainboard không ổn định. Kiểm tra bộ nguồn và các tụ trên mainboard. VÍ DỤ THÔNG SỐ MAINBOARD ASUS P5G41T-M LX: Chipset Intel G41/ ICH7, FSB 1333/1066/800, 2DDR3-1333, 2DDR2-1066, PCI Ex 16X, ATA100 , 4 SATA2, 2PCI, 8 USB 2.0, VGA, Lan 1G & Sound 8channel onboard  Nhà sản xuất: ASUS  Model: P5G41T-M LX  Loại Chipset: intel G41/ICH7  Hỗ trợ Bus CPU: 1333/1066/800  2 khe cắm DDR3 bus 1333, 2 khe cắm DDR2 bus 1066  1 khe cắm PCI Expess 16X, 1 cổng ATX100, 4 cổng STA2, 2 khe PCI, 8 khe USB 2.0  Tích hợp card đồ họa, card âm thanh 8 kênh và card mạng 12/09/2012 20 Thảo luận