Bộ vi xử lý CPU

Chia sẻ: Pham Duy Dao | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

324
lượt xem 88
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ não của máy tính là CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm), hay còn có tên gọi khác là Processor hay MicroProcessor. Nhiệm vụ chính của CPU là xử lý các chương trình vi tính và dữ kiện. CPU có nhiều kiểu dáng khác nhau. Ở hình thức đơn giản nhất, CPU là một con chip với vài chục chân. Phức tạp hơn, CPU được ráp sẵn trong các bộ mạch với hàng trăm con chip khác. CPU là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được thiết lập trước. Nó là một mạch tích hợp phức tạp gồm...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bộ vi xử lý CPU

Bộ vi xử lý - CPU Tác giả: admin Phân loạiạTin Học » Phần Cứng Lớn | Vừa | Nhỏ Bộ não của máy tính là CPU (Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm), hay còn có tên gọi khác là Processor hay MicroProcessor. Nhiệm vụ chính của CPU là xử lý các chương trình vi tính và dữ kiện. CPU có nhiều kiểu dáng khác nhau. Ở hình thức đơn giản nhất, CPU là một con chip với vài chục chân. Phức tạp hơn, CPU được ráp sẵn trong các bộ mạch với hàng trăm con chip khác. CPU là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được thiết lập trước. Nó là một mạch tích hợp phức tạp gồm hàng triệu transitor trên một bảng mạch nhỏ. Bộ xử lý trung tâm bao gồm Bộ điều khiển và Bộ làm tính. [CENTER] [/CENTER] Các nhà sản xuất Hai nhà sản xuất CPU lớn hiện nay là Intel và AMD. Một trong những CPU đầu tiên của hãng Intel là chip Intel 4004. Tung ra thị trường vào tháng 11 năm 1971, Intel 4004 có 2250 transistors và 16 chân. Một CPU của Intel năm 2006 là chiếc Intel Northwood P4, có 55 triệu transistors và 478 chân. Định luật Moore: “Cứ sau chu kỳ 18 tháng số lượng transistor tích hợp trên 1 bộ xử lý sẽ tăng gấp đôi” [CENTER] [/CENTER] Đặc tính kỹ thuật cơ bản: - Tốc độ làm việc - Dung lượng bộ nhớ cache L1, L2 - Tốc độ làm việc của Bus hệ thống - Những hỗ trợ công nghệ mới Bộ nhớ Cache Khi tốc độ làm việc của bộ vi xử lý ngày càng vượt xa tốc độ truy nhập bộ nhớ chính (được tính theo ns , DRAM làm việc nhanh nhất chỉ là 60ns – nanogiây) có nghĩa là bộ vi xử lý phải mất thêm vài chu kỳ đợi bộ nhớ hoàn thành quá trình đọc/ghi. Điều này làm giảm hiệu suất làm việc của bộ vi xử lý. Một giải pháp hữu hiệu là sử dụng thêm bộ nhớ đệm cache với tốc độ truy nhập chỉ vài ns đến 10ns. Bộ nhớ cache còn được gọi là bộ nhớ truy cập nhanh. Nó nằm giữa bộ vi xử lý và bộ nhớ chính với dung lượng không lớn (cỡ KB đến 1 hoặc 2MB) tuỳ theo loại cache. Cache sẽ tiết kiệm thời gian truy xuất bộ nhớ của CPU bằng cách dự đoán trước lệnh kế tiếp mà CPU sẽ cần và nạp nó vào trong cache trước khi CPU thực sự cần đến nó. Nếu lệnh cần thiết đã có sẵn trong cache thì CPU sẽ truy xuất dữ liệu từ cache, nếu không, CPU mới truy xuất lên bộ nhớ chính. Cache được phân thành 2 loại: Cache L1 và cache L2. - Cache L1: Bộ nhớ được tích hợp trong chính bản thân CPU được gọi là cache nội (internal cache) hay cache sơ cấp (Primary cache), cache L1 (level 1 cache). Tốc độ truy nhập cache xấp xỉ bằng tốc độ làm việc của CPU, nhưng dung lượng khá nhỏ. Data cache : để lưu trữ dữ liệu, với dung lượng là 8KB
Code cache : để lưu trữ mã lệnh, với dung lượng là 8KB - Cache L2: Một cache nằm bên ngoài CPU goi là external cache, cache thứ cấp (Secondary cache), cache mức 2 - L2. Cache L2 thường có kích thước 256 KB hoặc 512KB. Trước kia tất cả các cache L2 đều được gắn lên mainboard, nhưng bắt đầu từ các CPU Pentium, cache L2 đã được đưa vào trong cùng một vỏ bọc với CPU – chứ không nằm ngay bên trong CPU như cache L1. Để nối CPU tới cache L2 bắt buộc phải sử dụng Bus. Bus này được gọi là Bus tuyến sau - Back Side Bus, vì bạn không thể thấy được bus do nó nằm kín trong vỏ bọc CPU. Trái lại bus nối CPU với bộ nhớ nằm ngoài vỏ bọc gọi là Bus tuyến trước - Front Side Bus (FSB) hay Bus bộ nhớ và ta có thể thấy được trên mainboard. ———– Tốc độ bus hệ thống (Tốc độ Front Side Bus ) Có nhiều kiểu bus trên mainboard, mỗi bus hoạt động ở một tốc độ nào đó, nhưng nhanh hơn cả là bus nối trực tiếp CPU và bộ nhớ chính (RAM ). Bus này được gọi là Bus hệ thống, bus bộ nhớ hoặc bus tuyến trước (Front Side Bus – FSB) và nó cũng được biết đến như là tốc độ của mainboard. Tốc độ bus hệ thống là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ làm việc của CPU. Với các CPU thế hệ cũ, tốc độ làm việc của bus hệ thống và tốc độ làm việc của CPU gần tương đương nhau. Ví dụ như : CPU 80486SX tốc độ 25 MHz, bus hệ thống có tốc độ là 25 MHz. Nhưng với CPU 486DX2 và các họ Pentium tiếp theo, tốc độ làm việc của CPU lớn hơn nhiều so với tốc độ của bus hệ thống. Để đạt được hiệu năng cao nhất có thể có của CPU này, một giải pháp kỹ thuật được thực hiện là nhân tốc độ bus hệ thống với hệ số nhân sao cho xấp xỉ hoặc bằng tốc độ làm việc của CPU gọi là OverClock. Có 2 cách để thực hiện OverClock : Cách 1: Thay đổi tần số làm việc của bộ nhân tần số xung nhịp hay nói cách khác là thay đổi hệ số nhân tốc độ bus bằng cách cài đặt lại Jumper trên mainboard theo hướng dẫn của “User’s manual” kèm theo mainboard. Ví dụ : Nếu tốc độ Mainboard = 400MHz Hệ số nhân = 3 Thì Tốc độ làm việc của CPU = 400MHz x 3 = 1 200 MHz = 1.2GHz Cách 2: Đối với mainboard mới, thường không dùng cách 1, bạn vào CMOS Setup, chọn mục Frequency/Voltage Control/ CPU clock ratio, sau đó chọn hệ số nhân thích hợp. Một vấn đề đặt ra là nếu tốc độ bus hệ thống sau OverClock lớn hơn tốc độ của CPU, thì CPU có hoạt động được không? Về lý thuyết, có thể nâng tốc độ của CPU lên khoảng 30 -50%, do nhà sản xuất đã dự trữ “hệ số an toàn” để phòng ngừa các yếu tố rủi ro. Nhưng thực tế, khi CPU hoạt động với tốc độ như vậy thì CPU sẽ quá nóng, các hoạt động của CPU sẽ mất chính xác, tuổi thọ sẽ giảm. ——————— Các hỗ trợ công nghệ mới - Công nghệ 90 nm Như bạn đã biêt, chip vi xử lý tích hợp hàng triệu transistor trong nó, mạch dẫn điện bằng nhôm và hiện nay là bằng đồng được dùng để nối các transistor với nhau. Khoảng cách giữa các transistor và giữa các thành phần càng nhỏ thì tốc độ di chuyển của các điện tử càng nhanh, hiệu suất làm việc của bộ vi xử lý càng cao. Trong công
nghệ bộ VXL, khoảng cách giữa các thành phần được đo bằng micron (1 micron = 1/1000 mm), một khoảng cách vô cùng nhỏ trong khi bề rộng sợi tóc của người cỡ 50micron. Nếu dùng kim loại nhôm, thì khoảng cách giữa các thành phần trong chip rút ngắn tối thiểu là 0.25 micron, nhưng với Công nghệ chip đồng đã làm giảm xuống chỉ còn khoảng cách là 0.18 micron và 0.13 micron. Tuy nhiên, tham vọng của các nhà sản xuất không dừng ở đó. Hãng Intel đã rút khoảng cách đó xuống còn 0.09 micron hay còn gọi là công nghệ 90 nanômet (nm). Công nghệ này mang đến hai điều: Tốc độ làm việc và tốc độ chuyển đổi trạng thái của Transistor nhanh hơn, cho phép tích hợp nhiều transistor hơn do đó khả năng tính toán của bộ vi xử lý sẽ được tăng cao. Bên cạnh cách tân về tốc độ, công nghệ 90 nm còn cho phép Intel tăng số lớp kim loại của bộ vi xử lý ( Pentium 4 Northwood dùng 6 lớp thì Pentium 4 Prescott có 7 lớp). Intel còn dùng công nghệ “kéo dãn” (Strained Silicon lattice) làm khoảng giữa các phần tử Silicon rộng hơn do đó dòng điện được truyền đi nhanh làm tốc độ xử lý tăng. ———— Công nghệ lõi kép - Dual Core Trong thời gian vừa qua, 2 hãng chuyên sản xuất CPU là Intel và AMD lần lượt tung ra bộ xử lý tích hợp công nghệ Dual Core (“công nghệ 2 nhân” hay “công nghệ lõi kép”). Công nghệ lõi kép và tiếp theo là công nghệ đa lõi (multi-core) được dự báo là tương lai của công nghệ vi xử lý. Sau đây chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về công nghệ này trên chip Intel. Vào năm 2002, Intel đã giới thiệu các CPU có tích hợp công nghệ Hyper Threarding ( “Công nghệ Siêu phân luồng” ). Vậy công nghệ này đã được cải tiến như thế nào so với công nghệ cũ, chúng ta hãy xem hình sau : [CENTER] [/CENTER] [CENTER] [/CENTER] Mỗi ứng dụng trên máy tính khi thực hiện sẽ chạy nhiều tiến trình, mỗi tiến trình lại gồm nhiều luồng xử lý (gọi là thread). Với bộ xử lý đơn luồng, tại một thời điểm chỉ có một luồng xử lý được thực hiện, nếu có nhiều luồng cùng muốn thực hiện thì các luồng này thực hiện tuần tự cái sau tiếp nối cái trước. Với bộ xử lý siêu phân luồng, nó có thể thực hiện song song 2 luồng xử lý, tận dụng tối đa tài nguyên hệ thống và rút ngắn thời gian xử lý. Theo sự phát triển, các phần mềm hay các hệ điều hành mới yêu cầu tốc độ mà mỗi vi xử lý thực hiện các lệnh ngày càng cao, các CPU tăng tốc độ xung nhịp với phương pháp chủ yếu là đưa ngày càng nhiều mạch bán dẫn vào một bộ chip, điều này sẽ khiến cho CPU phát sinh nhiều nhiệt và một số thí nghiệm đã cho thấy CPU sẽ không còn hoạt động hiệu quả nữa. Công nghệ lõi kép sẽ giải quyết vấn đề trên, nó cho phép một bộ xử lý có thể chứa 2 lõi hoặc nhiều hơn. Các lõi này sẽ hoạt động song song với nhau, chia sẻ công việc tính toán xử lý mà bộ xử lý phải đảm nhận. [CENTER] [/CENTER] Việc có hai lõi hoặc nhiều hơn sẽ giúp bộ xử lý hoạt động hiệu quả và có công suất
cao hơn, vì mỗi lõi sẽ xử lý ít ứng dụng hơn, giảm hiện tượng bộ xử lý phải cùng một lúc gánh vác công việc của nhiều ứng dụng. Và tiếp theo là sự kết hợp giữa công nghệ lõi kép và công nghệ siêu phân luồng để đạt được 4 luồng xử lý thực hiện song song. Cho tốc độ xử lý nhanh gấp nhiều lần mà không cần tăng tốc độ xung nhịp. [CENTER] [/CENTER] Thực ra thì công nghệ lõi kép đã xuất hiện từ lâu ờ các máy chủ của IBM và Apple. Nhưng nay với những quyết tâm của 2 hãng sản xuất CPU là Intel và AMD, người dùng máy tính để bàn, máy tính cá nhân đã có cơ hội sử dụng công nghệ tiên tiến này. ———- Kiểu dáng CPU: Dạng khe cắm Slot, dạng chân cắm Socket. Lưu ý: Socket đi kèm với 1 số là số chân của CPU, và phải xác định mainboard có socket bao nhiêu để dùng đúng loại CPU tương ứng. [CENTER] [/CENTER] Bảng liệt kê một số loại Socket và Slot. [CENTER] [/CENTER]