Hiểu về cách thức hoạt động của máy tính thật ra không khó như bạn nghĩ đâu.
Máy tính mà chúng ta nói đến ở đây không phải chỉ là riêng bộ máy bàn (thứ mà các bạn vẫn hay gọi là thùng CPU ấy) đâu, nó rộng hơn rất nhiều. Laptop cũng là máy tính, smartphone cũng là máy tính, đồng hồ thông minh, smart TV cũng có thể xem là một chiếc máy tính… Tuy nhiên trong bài viết này, mình sẽ chỉ nói về máy tính để bàn hay cụ thể hơn là máy tính để bàn.
Để hiểu sâu về máy tính thì rất khó nhưng để hiểu được cơ bản được nó hoạt động như thế nào thì lại rất dễ. Nếu bạn là một người chưa biết gì về máy tính và cũng chẳng biết bắt đầu từ đâu thì đây chính là bài viết mà mình dành riêng cho bạn. Ở đây chúng ta sẽ không nói về những con số hay những thuật ngữ cao siêu, những thứ đó sẽ gây cản trở rất lớn cho việc tìm hiểu của bạn nếu như chưa có sẵn kiến thức nền. Vì thế mình sẽ dùng một cách diễn giải dễ hiểu hơn.
Về cơ bản thì cách thức vận hành của một dàn PC cũng có rất nhiều nét tương đồng với cơ thể của bạn, và mình sẽ tận dụng điều này để làm cho nó trở nên gần gũi. Một hệ thống máy tính sẽ gồm các thành phần như sau, tương ứng với một số bộ phận đóng vai trò tương đương trong cơ thể bạn.
Các thành phần cơ bản
CPU – Bộ não
*CPU chính là con chip be bé có nằm gọn trong lòng bàn tay của bạn ấy.
CPU trong một dàn PC cũng giống như bộ não trong cơ thể của bạn vậy. Đây là bộ phận kiểm soát và xử lý gần như toàn bộ thông tin trong một dàn PC.
Một CPU sẽ có nhiều nhân, các nhân này cũng giống như những bộ não riêng biệt vậy, càng nhiều nhân thì CPU càng có thể xử lý nhiều luồng công việc cùng lúc. Một nhân CPU càng mạnh, xung nhịp càng cao thì nó sẽ xử lý luồng công việc càng nhanh.
Ổ cứng – Trí nhớ
*Ổ cứng có nhiều dạng to nhỏ khác nhau, kết nối với máy tính qua nhiều chuẩn kết nối khác nhau, chúng là những thiết bị để lưu trữ dữ liệu.
Dùng máy tính thì bạn phải lưu trữ dữ liệu chứ, tất cả mọi thứ từ hệ điều hành, phim ảnh, phần mềm, game cho đến văn bản… tất cả chúng đều được lưu trong ổ cứng của máy tính. Ổ cứng càng lớn thì sẽ chứa được càng nhiều game, phim ảnh, tài liệu, phần mềm… nói chung là càng nhiều dữ liệu.
RAM – Trí nhớ ngắn hạn
*Cái thanh linh kiện có nhiều chân, dài khoảng hơn nửa gang tay mà bạn cắm thẳng lên mainboard chính là RAM đấy.
RAM có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn ổ cứng rất nhiều lần. Mỗi khi bạn khởi động một phần mềm, game hay bất cứ một thứ gì trên máy tính, dữ liệu của nó sẽ được chuyển từ ổ cứng lên RAM để CPU có thể sử dụng phần dữ liệu đó nhanh nhất có thể.
RAM nhiều hay ít tuy không trực tiếp ảnh hưởng trực tiếp độ xử lý của hệ thống máy tính nhưng RAM càng nhiều thì sẽ chứa được càng nhiều dữ liệu tải lên, máy tính sẽ càng chạy được nhiều chương trình cùng lúc.
GPU (VGA) – Cơ bắp
Đối với máy bàn thì GPU (VGA) chính là cái “cục” linh kiện có quạt tản nhiệt mà bạn cắm dây tín hiệu màn hình vào đấy.
GPU, bộ xử lý đồ họa chính là nơi mà những hình ảnh tuyệt đẹp trong game được tạo ra trước khi nó được xuất lên màn hình. Nếu CPU là bộ não thì GPU chính là cơ bắp. Nếu CPU là kỹ sư xây dựng thì GPU là đội ngũ thi công. Nếu CPU là đạo diễn thì GPU chính là ê-kíp làm phim.
CPU được thiết kế để tính toán và xử lý những tác vụ cực kỳ phức tạp nhưng lại không thích hợp cho những tác vụ nặng nề và lặp đi lặp lại. Chính vì thế mà CPU tuy rất thông minh nhưng nó lại không tối ưu cho việc dựng hình nói riêng cũng như những tác vụ lặp đi lặp lại nói chung, vì thế CPU sẽ ra lệnh cho một bộ phận khác làm việc đó thay cho nó, và đó là GPU.
*Lưu ý: GPU là từ dùng để chỉ bộ xử lý đồ họa, dùng được cả cho máy bàn lẫn laptop, còn từ VGA chỉ dùng để chỉ GPU dạng bảng mạch rời và có thể tháo ráp mà thôi. Một số CPU có GPU tích hợp sẵn bên trong nên không cần GPU rời vẫn có thể xuất hình.
Nguồn – Trái tim
Nhìn vào thùng máy, khối linh kiện hình chữ nhật, có quạt tản nhiệt và nối dây nguồn với nhiều bộ phận khác chính là bộ nguồn.
Nguồn có vai trò tiếp nhận dòng điện xoay chiều rồi biến đổi nó thành dòng điện một chiều để cấp cho hệ thống. Nguồn giống như trái tim của hệ thống vậy, và một bộ nguồn tốt là một bộ nguồn có thể cung cấp dòng điện ổn định với điện áp hợp lý cho toàn bộ hệ thống.
Trong cùng một thế hệ, các linh kiện càng mạnh mẽ sẽ “ăn” càng nhiều điện và yêu cầu một bộ nguồn có công suất cao hơn. Ngoài ra, bộ nguồn cũng đóng vai trò như một “tuyến phòng vệ” để đảm bảo an toàn cho hệ thống máy tính trước các mối nguy từ dòng điện, ví dụ như sét chẳng hạn.
Mainboard – Xương sống
Mainboard là cái bảng mạch mà bạn cắm tất cả các linh kiện bên trên vào đấy.
Các bộ phận trên không thể tự kết nối với nhau được, để giúp chúng làm chuyện đó thì bạn sẽ cần đến một chiếc mainboard hay còn gọi là bo mạch chủ. Mainboard giống như xương sống và tủy sống của toàn bộ hệ thống vậy, nó giúp liên kết các bộ phận với nhau để chúng có thể cùng giao tiếp, làm việc cùng nhau để tạo ra sức mạnh tổng thể của dàn máy tính
Đồng thời, mainboard cũng có vai trò điều phối dòng điện cung cấp cho toàn hệ thống, đương nhiên là với mức độ tinh vi hơn nhiều so với bộ nguồn.
Đến đây thì chắc là bạn cũng đã bắt đầu hình dung ra được cách thức hoạt động của một chiếc máy tính rồi đúng không nào? Vậy thì chúng ta đến phần kế tiếp nhé!
Cách các linh kiện làm việc với nhau
Để bạn có thể hình dung một cách sinh động hơn, mình sẽ đặt tình huống là bạn chơi game trên máy tính. Chúng ta có thể chia ra làm các giai đoạn rõ ràng như sau.
Khởi động máy
Khi bạn nhấn vào nút nguồn, mainboard sẽ là bộ phận đầu tiên nhận được tín hiệu, nó sẽ gọi nguồn dậy và yêu cầu nguồn cấp điện cho toàn hệ thống. Khi được cấp điện, các linh kiện bắt đầu hoạt động. Hệ điều hành sẽ bắt đầu khởi động. Khoảng thời gian mà bạn chờ đợi từ lúc chạm tay vào nút nguồn cho đến khi máy tính khởi động chính là giai đoạn này.
Khởi động một ứng dụng (ở đây là game)
Khi bạn khởi động game, sẽ luôn có một khoảng thời gian chờ nhất định. Đó chính là khoảng thời gian mà dữ liệu của game được trích từ ổ cứng để chuyển lên RAM.
Nếu bạn hỏi vì sao máy tính không dùng trực tiếp dữ liệu trên ổ cứng mà lại phải chuyển lên RAM thì mình sẽ trả lời như sau:
Do ổ cứng tuy có thể chứa rất nhiều dữ liệu nhưng lại có tốc độ truyền dữ liệu lại rất chậm so với CPU, nếu sử dụng trực tiếp thì sẽ không theo kịp tốc độ của CPU, làm kéo dài thời gian xử lý. Vì thế nên người ta mới dùng RAM để lưu những dữ liệu tạm thời, RAM tuy chứa được ít dữ liệu hơn ổ cứng nhưng có tốc độ cao hơn rất nhiều, thích hợp để làm việc cùng CPU. Mỗi khi cần lấy dữ liệu để làm việc, CPU sẽ lấy trực tiếp từ RAM với tốc độ nhanh nhất, không cần phải chờ đợi ổ cứng chậm chạp nữa.
Chạy ứng dụng (chơi game)
Khi chơi game, bạn sẽ ra lệnh cho máy tính xử lý hình ảnh trong game để tạo ra một thế giới ảo để bạn có thể tương tác với thế giới ảo đó thông qua các thiết bị ngoại vi như màn hình, chuột, bàn phím, tai nghe…
CPU tuy rất thông minh nhưng nó lại không thích hợp cho việc tạo dựng hình ảnh, vì thế nó sẽ nhờ đến trợ thủ đắc lực của nó là GPU. CPU sẽ làm việc với RAM để xử lý, tính toán các cấu trúc phức tạp trong game trước, sau đó nó sẽ phân công cho GPU để bộ phận này bắt đầu “tô vẽ” lên các cấu trúc đó. CPU giống như một ông kỹ sư tuy thông minh nhưng không thạo việc xây nhà, vì thế nên ông kỹ sư này sẽ cần đến đội ngũ thi công tháo vát của ông ta là GPU.
Trong quá trình bạn chơi game, CPU và GPU liên tục làm việc với nhau, CPU tính toán, còn GPU thì thực hiện để tạo ta các khung hình trong game, sau đó xuất ra màn hình của bạn. Bộ đôi này càng mạnh mẽ thì càng tạo ra được nhiều khung hình trong một giây hơn. Càng nhiều hình ảnh được xuất ra trong một giây hơn thì chuyển động trong game càng mượt mà.
Nếu lưu ý thì bạn sẽ thấy rằng hình ảnh trong game càng đẹp thì FPS càng thấp, đó là do hệ thống máy tính sẽ mất nhiều thời gian hơn để vẽ ra một khung hình, đây cũng chính là lý do mà chúng ta trả tiền để có một dàn PC mạnh, PC càng mạnh thì càng xuất ra được hình ảnh đẹp mắt và tốc độ vẽ ra một khung hình cao hơn.
Các ứng dụng chạy song song
Ngoài chơi game ra, bạn cũng còn nhiều ứng dụng khác phải cho chạy song song, ví dụ như trình duyệt để nghe nhạc nè, on facebook các kiểu nè, Unikey để gõ tiếng Việt nè, nhiều lắm. Tất cả chúng đều chiếm một phần dung lượng của RAM để CPU có thể tiện xử lý và giữ cho chúng chạy song song nhằm phục vụ bạn một cách nhanh nhất có thể.
Tắt máy
Sau hàng tiếng đồng hồ chơi game, nghe nhạc, xem phim chán chê, bạn quyết định tắt máy. Lúc này thì máy tính sẽ xử lý những công việc còn lại để có thể kết thúc ca làm của nó, tránh việc vô tình gây mất, lỗi dữ liệu quan trọng của bạn cũng như của hệ thống, lúc này thì máy tính giống như một cô thư ký sắp xếp lại mấy tập tài liệu cho gọn gàng trước khi rời công ty vậy.
OK, tạm thời như vậy là xong!
Trên đây là bài viết về cách thức mà một chiếc máy tính hoạt động. Mình đã cố viết một cách gần gũi và dễ hiểu nhất có thể, hy vọng bạn thích và mong rằng bài viết này có ích đối với bạn.
Bài viết này dài hơn 2000 từ, và nếu bạn đã kiên nhẫn đọc được đến phần này thì mình xin được cảm ơn, bạn thực sự tuyệt vời.
Axium Fox
