Làm cách nào mà máy tính biết bây giờ là mấy giờ đúng “chuẩn” đồng hồ nguyên tử?

Cơ chế phần cứng và giao thức;mạng giúp máy tính biết và cập nhật giờ theo đúng chuẩn đồng hồ nguyên tử trên toàn thế giới. 

Giờ UTC là gì và vì sao nó còn được gọi là GMT?

Một loạt website lớn chết lâm sàng vì giây nhuận

Sự thật là, máy tính của chúng ta không thể tự nhận biết thời gian mà chúng ta cần thiết lập cho nó trở thành một chiếc đồng hồ chính xác như những loại đồng hồ khác. Trong máy tính có một thiết bị được gọi là đồng hồ thời gian thực (realtime clock) sử dụng một bộ đếm để đếm số giây từ lần cập nhật sau cùng. Đồng hồ này được gắn trong bo mạch chủ, là một trong những lý do để bo mạch chủ có một cục pin nhớ. Pin này còn gọi là pin CMOS, pin đồng hồ, thường là một pin lithium CR2032 cỡ đồng xu.

Pin CMOS-CMOS battery trên laptop Dell Inspiron 1545 (Ảnh: Inside my laptop)

(Ảnh: Wikipedia)

Dựa trên thông tin ngày và địa điểm, các đồng hồ máy tính cũng biết chuyển đổi sang chế độ tiết kiệm thời gian ban ngày. Máy tính sẽ "quên" đi thời gian và cần được người dùng thiết lập lại, hoặc cập nhật từ máy chủ thời gian (time server) qua kết nối mạng, các kết nối GPS (hệ thống định vị toàn cầu) hoặc di động.

Cách thức nào giúp các máy tính cập nhật thời gian từ máy chủ thời gian, tất cả máy tính đều hiểu và vận hành theo giờ giống nhau trên toàn thế giới?

Câu trả lời chính là giao thức đồng bộ thời gian mạng (Network Time Protocol-NTP) được hầu hết máy tính ngày nay sử dụng để thiết lập thời gian cho đồng hồ của chúng.

NTP là một hệ thống được thiết kế để điều phối đồng hồ máy tính, duy trì cỗ máy điện tử của bạn chính xác về thời gian. Về mặt kỹ thuật, NTP là một tập các quy tắc đặc biệt để truyền thông giữa các máy tính qua mạng internet, giúp đồng bộ các đồng hồ với giờ UTC (Coordinated Universal Time-giờ phối hợp quốc tế), tiêu chuẩn quốc tế về ngày giờ phổ biến hiện nay.

Đi vào hoạt động từ năm 1985, NTP là một trong những giao thức internet lâu đời nhất và hoạt động liên tục nhất.

Các thông điệp truyền qua internet cũng cần thời gian, do đó NTP cũng xem xét sự trì hoãn này khi các máy tính giao tiếp thời gian với nhau. Giao thức NTP cho phép thông tin về thời gian được gửi qua Internet. Ý tưởng của NTP là một số máy chủ có những đồng hồ rất chính xác như đồng hồ nguyên tử hay thời gian từ hệ thống GPS. Các máy chủ này ở tầng stratum 1 và được truy cập hạn chế tới tập hợp máy chủ Stratum 2 mà chỉ có một số được "mở" để truy cập công khai. Ví dụ, có thể máy của bạn hiện ở tầng Stratum 3 vì bạn dùng máy chủ từ pool.ntp.org làm kết nối tải lên. Bạn có thể tìm được mình đang dùng máy chủ nào dựa vào cấu hình thời gian trong hệ điều hành (Windows, Mac OS, Linux…) của bạn. Cả Apple lẫn Microsoft đều đang chạy các máy chủ như vậy. Hầu hết desktop, laptop sẽ chỉ là một máy khách (client) định kỳ ghi nhận thông tin thời gian từ máy chủ, ước tính trì hoãn đi-về của kết nối để tăng tốc hay giảm tốc đồng hồ máy tính để điều chỉnh nó.

(Ảnh: cuongquach.com)

Bạn sẽ thắc mắc vì sao đồng hồ bo mạch chủ phải được điều chỉnh? Vấn đề của chiếc đồng hồ này là nó có nhiều sai lệch do nhiệt độ. Các CPU đời mới góp phần làm cho vấn đề này tệ hơn vì chúng rất nóng khi chạy, và chỉ nguội đi khi hệ thống nghỉ ngơi hoặc được ngắt điện. Các hệ thống như RaspberryPi thậm chí còn không có đồng hồ dự phòng, do đó chúng phải dùng NTP để thiết lập đồng hồ khi khởi động.

Nếu bạn muốn nghiên cứu nhiều hơn, hãy vào trang nhà của Network Time Protocol www.ntp.org để có thêm thông tin về hệ thống này.

Tóm lại, qua giao thức NTP, máy tính sẽ định kỳ kết nối với một mạng lưới máy chủ để nhận thời gian chính xác từ chúng. Đến lượt mình, các máy chủ kết nối với các đồng hồ cực kỳ chính xác được quản lý bởi Đài thiên văn Hải quân Hoa Kỳ (USNO).

Đặt tại thủ đô Mỹ Washington DC, đồng hồ chủ Đài thiên văn Hải quân Hoa Kỳ (USNO Master Clock) được gán tên là "DOD Master Clock", là một trong hai tham chiếu tần số và thời gian tiêu chuẩn cho chính phủ Mỹ theo Tiêu chuẩn Liên bang 1002-A.

Thời gian trên đồng hồ chủ được trưng bày ở phía ngoài cổng trước Đài thiên văn Hải quân Hoa Kỳ, nơi quản lý đồng hồ chủ ở thủ đô Mỹ Washington DC (Ảnh: Elliot Carter)

Đồng hồ chủ là một thiết bị quan trọng đối với nhiều cơ sở hạ tầng khoa học, tài chính và truyền thông của thế giới. Những thành phần quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày như đồng hồ máy tính và GPS sẽ không làm việc nếu không có các dịch vụ tính giờ chính xác của đồng hồ chủ.

Linh Trần (Tổng hợp)