Các thành phần máy tính và hệ thống nhúng
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| embedded system/emˈbedɪd ˈsɪstəm/ | hệ thống nhúng |
| input devices/ˈɪnpʊt dɪˈvaɪsɪz/ | thiết bị đầu vào |
| output devices/ˈaʊtpʊt dɪˈvaɪsɪz/ | thiết bị đầu ra |
| primary memory/ˈpraɪməri ˈmeməri/ | b bộ nhớ chính |
| RAM/ræm/ | b bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên |
| ROM/rɒm/ | b bộ nhớ chỉ đọc |
| secondary storage/ˈsekəndəri ˈstɔːrɪdʒ/ | b bộ lưu trữ phụ |
| volatile/ˈvɒlətaɪl/ | dễ mất dữ liệu |
| removable storage/rɪˈmuːvəbl ˈstɔːrɪdʒ/ | b bộ lưu trữ di động |
| buffer/ˈbʌfə/ | bộ đệm |
| firmware/ˈfɜːmweə/ | cứng phần mềm |
Những trăm chiếc máy tính bạn không bao giờ thấy
- Một chiếc xe hơi mới mang khoảng trăm chiếc máy tính nhỏ. Không chiếc nào có bàn phím hay màn hình, và hầu hết sẽ không bao giờ nhận được bản cập nhật phần mềm.
- Một chiếc chạy động cơ, một chiếc chạy phanh, một chiếc cho mỗi cửa sổ. Mỗi chiếc thực hiện một công việc duy nhất suốt đời sống của chiếc xe.
- Chúng là hệ thống nhúng, và có rất nhiều hệ thống như vậy trên thế giới hơn cả laptop và điện thoại cộng lại.
- Trước khi đi sâu vào chúng, chúng ta cần bốn khối xây dựng mà mọi máy tính, dù ẩn hay lộ, đều được tạo thành từ.
Bốn khối xây dựng
- Thiết bị đầu vào đưa dữ liệu vào: bàn phím, chuột, micro, máy quét, cảm biến.
- Thiết bị đầu ra đưa kết quả ra: màn hình, loa, máy in, cơ cấu chấp hành.
- Bộ nhớ chính là bộ nhớ nhanh mà bộ xử lý truy cập trực tiếp: RAM và ROM. Nó chứa chương trình đang chạy và dữ liệu của nó.
- Bộ lưu trữ phụ chậm hơn nhưng có dung lượng lớn hơn, và giữ các chương trình cùng dữ liệu khi mất điện: ổ cứng, SSD, đĩa quang, USB flash drive.
Màn hình: thiết bị đầu ra quen thuộc nhất
Chạm vào các khối của hệ thống máy tính
Khám phá bốn khối cộng với CPU. Dữ liệu chạy từ đầu vào → xử lý → đầu ra, trong khi bộ nhớ chính lưu chương trình đang chạy và bộ nhớ phụ lưu lại để dùng sau.
Cái nào sau đây là thiết bị đầu vào?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Máy quét đưa dữ liệu vào. Màn hình, loa và máy in là các thiết bị đầu ra.
Tại sao mỗi khối lại cần thiết
- Đầu vào: máy tính chỉ có thể xử lý dữ liệu và lệnh đã được nhập vào.
- Đầu ra: kết quả phải được trình bày dưới dạng mà con người hoặc các máy khác có thể sử dụng.
- Bộ nhớ chính: bộ xử lý chỉ có thể thực thi lệnh và sử dụng dữ liệu nằm trong bộ nhớ mà nó có thể truy cập trực tiếp, và phải truy cập chúng nhanh chóng.
- Bộ lưu trữ phụ: bộ nhớ chính có dung lượng nhỏ và mất dữ liệu khi mất nguồn, nên chương trình và dữ liệu phải tồn tại giữa các phiên làm việc và khi tắt máy.
Nối mỗi khối với lý do tại sao nó cần thiết.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Chương trình học yêu cầu nhu cầu đối với từng khối, vì vậy mỗi lý do đều là một điểm riêng lẻ.
Bộ nhớ chính so với bộ lưu trữ phụ
- Bộ nhớ chính được đo bằng gigabytes và đáp ứng trong nanoseconds; bộ lưu trữ phụ được đo bằng terabytes và đáp ứng trong microseconds hoặc milliseconds.
- RAM là mất dữ liệu: nội dung của nó biến mất khi không có nguồn. Bộ lưu trữ phụ là không mất dữ liệu.
- Bộ xử lý không thể chạy chương trình trực tiếp từ đĩa. Chương trình phải được tải lên từ bộ lưu trữ phụ vào RAM trước, sau đó mới được thực thi.
RAM: bộ nhớ chính nhanh, mất dữ liệu
Ổ cứng: chậm nhưng lớn, bộ lưu trữ phụ không mất dữ liệu
Nối mỗi bộ phận với danh mục của nó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Bàn phím = đầu vào, màn hình = đầu ra, RAM = bộ nhớ chính nhanh, SSD = bộ nhớ phụ khó mất.
Bộ nhớ chính khác với bộ nhớ phụ vì nó:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Bộ nhớ chính (RAM/ROM) nhanh và truy cập trực tiếp bởi CPU; bộ nhớ phụ chậm hơn, lớn hơn và khó mất.
Sắp xếp các bước chạy một chương trình đã lưu theo thứ tự đúng.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
CPU chỉ có thể chạy mã từ bộ nhớ chính, nên chương trình được tải từ bộ lưu trữ vào RAM trước.
RAM mang tính dễ mất (nội dung bị mất khi không có điện), trong khi bộ nhớ phụ giữ dữ liệu khi mất điện.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Đó là lý do tại sao công việc của bạn phải được lưu vào bộ lưu trữ — RAM chỉ giữ nó khi máy tính đang bật.
Bộ lưu trữ tháo rời
- Bộ lưu trữ tháo rời là bộ lưu trữ phụ có thể lấy ra khỏi một máy tính và đưa vào máy khác: USB flash drive, thẻ nhớ, đĩa quang, ổ ngoài.
- Nó cần thiết để di chuyển dữ liệu giữa các máy chưa kết nối mạng, để bảo quản bản sao lưu cách xa máy tính, và để phân phối phần mềm hoặc phương tiện truyền thông.
- Những nhược điểm của nó cũng là lý do cho các chủ đề an ninh còn lại trong chương trình: nó có thể bị mất, bị trộm, hoặc mang theo mã độc hại.
Đĩa quang: bộ lưu trữ phụ tháo rời được đọc bằng laser
Cái nào sau đây là bộ nhớ phụ có thể tháo rời? Chọn tất cả các đáp án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
RAM và chip ROM firmware là bộ nhớ chính, cố định bên trong máy. Các ổ flash, đĩa và thẻ nhớ là khó mất và di chuyển giữa các máy tính.
Bộ đệm (Buffer)
- Bộ đệm là một khu vực bộ nhớ tạm thời chứa dữ liệu trong khi dữ liệu đang truyền giữa hai thiết bị hoạt động ở tốc độ khác nhau.
- Bộ đệm máy in chấp nhận toàn bộ tài liệu ngay lập tức, giúp bộ xử lý tiếp tục công việc khác trong khi máy in mất vài phút để in xong.
- Một luồng video được bộ đệm trước vài giây, nên sự chậm trễ ngắn trong mạng không làm gián đoạn hình ảnh.
- Đề thi hỏi tại sao: hai thiết bị hoạt động ở tốc độ khác nhau, và bộ đệm cho phép thiết bị nhanh hơn tiếp tục thay vì chờ đợi.
Một ____ là vùng nhớ tạm thời chứa dữ liệu khi nó truyền giữa hai thiết bị hoạt động ở tốc độ khác nhau.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Bộ đệm máy in là ví dụ tiêu chuẩn: bộ xử lý giao toàn bộ tài liệu và tiếp tục làm việc trong khi máy in chậm chạp xử lý nó.
Hệ thống nhúng
- Hệ thống nhúng là máy tính được tích hợp bên trong một thiết bị khác để thực hiện một nhiệm vụ cố định: máy giặt, lò vi sóng, bộ điều khiển động cơ ô tô, bộ điều nhiệt.
- Chương trình của nó được lưu trong ROM dưới dạng firmware và thường xuyên không bao giờ thay đổi.
- Đầu vào là cảm biến và nút bấm; đầu ra là động cơ, bộ gia nhiệt và màn hình nhỏ. Không có hệ điều hành đa năng và không có người dùng cài đặt phần mềm.
Hệ thống nhúng là:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Các hệ thống nhúng (trong máy giặt, lò vi sóng, ô tô...) chuyên dùng cho một nhiệm vụ cố định duy nhất.
Ví dụ minh họa: ưu điểm và nhược điểm trong đề thi
- Mỗi ý cần nêu cả đặc điểm và hậu quả đối với người dùng.
- Ưu điểm: được tối ưu hóa cho một tác vụ, nên nó nhỏ gọn, giá rẻ khi sản xuất số lượng lớn và tiêu thụ ít điện năng. Nó chạy một chương trình cố định, nên đáng tin cậy và khởi động tức thì không cần thiết lập.
- Nhược điểm: firmware khó hoặc không thể cập nhật, nên lỗi bảo mật phát hiện sau này không thể sửa chữa. Nó chỉ làm một việc, nên không thể nâng cấp để làm thêm việc khác. Khi hỏng, toàn bộ thiết bị thường phải thay thế, vì không thể sửa chữa.
- Từ "Tối ưu hóa" hoặc "Khó cập nhật" nếu đứng một mình chỉ được tính nửa điểm. Phần "nên" (so) sẽ kiếm được nửa điểm còn lại.
Một nhược điểm của hệ thống nhúng là nó:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Việc chuyên dụng giúp nó hiệu quả nhưng kém linh hoạt — khó thay đổi mục đích sử dụng và firmware khó cập nhật.
Ví dụ minh họa: chọn linh kiện cho tình huống cụ thể
- Máy thu ngân tự động siêu thị. Hãy nêu tên thiết bị cho mỗi khối và giải thích tại sao nó phù hợp.
- Đầu vào: máy quét mã vạch (đọc mã sản phẩm nhanh và chính xác hơn gõ tay), màn hình cảm ứng (lựa chọn của khách hàng), đầu đọc thẻ (thanh toán).
- Đầu ra: màn hình (nhắc nhở và tổng tiền), máy in hóa đơn, loa (cảnh báo "hàng bất ngờ").
- Bộ nhớ chính: RAM chứa chương trình máy thu đang chạy và giỏ hàng hiện tại.
- Bộ lưu trữ phụ: SSD chứa cơ sở dữ liệu sản phẩm và các giao dịch trong ngày giữa các lần tắt/mở nguồn.
Tại quầy thanh toán tự phục vụ, cái nào sau đây là thiết bị đầu vào? Chọn tất cả các đáp án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Máy quét và đầu đọc thẻ đưa dữ liệu vào; máy in và loa đưa kết quả ra. Một màn hình cảm ứng sẽ được tính là cả hai.
Điểm số dễ mất
- "Bộ nhớ" và "bộ lưu trữ" không hoán đổi được cho nhau. RAM không giữ chương trình vĩnh viễn, và ổ cứng không phải nơi chương trình chạy.
- Một bộ đệm không phải là cache. Cache tăng tốc độ truy cập lặp lại đến cùng một dữ liệu; bộ đệm làm mượt quá trình truyền một chiều giữa các thiết bị có tốc độ khác nhau.
- Một nhược điểm của hệ thống nhúng cần kèm theo hậu quả: "không thể cập nhật, nên lỗi bảo mật sau này vẫn không được sửa".
- Màn hình cảm ứng vừa là đầu vào vừa là đầu ra. Hãy nói rõ bạn đang nhắc đến vai trò nào.
Bộ đệm và bộ nhớ đệm làm cùng một việc.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Bộ nhớ đệm giữ các bản sao dữ liệu đã sử dụng gần đây để truy cập lặp lại nhanh hơn; bộ đệm lưu trữ dữ liệu đang di chuyển giữa các thiết bị có tốc độ khác nhau.
Bạn đã nắm vững
- Bốn khối: đầu vào, đầu ra, bộ nhớ chính (RAM/ROM, nhanh, mất dữ liệu, CPU truy cập trực tiếp), bộ lưu trữ phụ (lớn, không mất dữ liệu; tháo rời giúp di chuyển dữ liệu giữa các máy)
- Một chương trình được tải lên từ bộ lưu trữ phụ vào RAM trước khi chạy
- Một bộ đệm chứa dữ liệu giữa hai thiết bị có tốc độ khác nhau để thiết bị nhanh hơn có thể tiếp tục
- Một hệ thống nhúng thực hiện một nhiệm vụ cố định từ firmware: rẻ, đáng tin cậy, khởi động tức thì, nhưng khó cập nhật hoặc nâng cấp