Chương 4

Chư ng 4 - CPU

ơ

1 . Khái niệm về CPU

 CPU ( Center Processor Unit ) - Đ n vơ

ị xử lý trung tâm : Là ọ ủ ất c a máy tính, được ví như bộ b ộ quá trình xử lý, tính toán và đi uề i đây. một linh ki nệ quan tr ng nh lão của con ngư i, toàn khi n để ờ ều được th cự hi n ệ t ạ

 Trong các CPU Pentium 4 hi nệ nay có t

iớ hàng trăm triệu con Transistor được tích h pợ trong một diện tích rất nhỏ kho ng 2 đ nế 3cm2 ả

 CPU là linh ki n quy t

ế đ nh đ n t c ệ ế ị ằ ố độ của máy tính, t cố độ xử oặc GHz .

lý của CPU được tính b ng MHz h 1MHz = 1000.000 Hz 1GHz = 1000.000.000 Hz

tấ hi n nay là Intel ( M ỹ ) hãng ệ ề CPU cho máy tính PC, ngoài ố ư AMD, Cyrix, Nexgen,

 Hãng sản xu tấ CPU l n nh ớ ị ph n vầ này chi mế đ n 90% th ế ra còn có một s hãng c nh tranh nh ạ Motorola .

2. Các yếu t ố tác động đến hiệu suất của CPU

ố ộ ử lý và t c đ

 Đ rộ ộng Bus dữ liệu và Bus địa chỉ ( Data Bus và Add Bus )  T c đ x ố ộ ữ liệu ra vào chân ) ố ộ Bus ( t c đ d còn gọi là FSB  Dung lư ng b nh ợ

ớ đệm Cache ộ

Dư i ớ đây là chi tiết về các yếu t ố trên

2.1 Đ rộ ộng Bus d ữ li uệ và Bus địa ch ỉ (Data Bus và Add Bus)

 Đ rộ ộng Bus dữ liệu là nói tới s ố lư ngợ đường truy n dề ữ

liệu bên trong và bên ngoài CPU

 Như ví d hình d

ư i đây thì CPU có 12 đường truyền dữ li uệ iện nay trong các CPU từ ớ ( ta g iọ đ r ng Data Bus là 12 bit ), h Pentium 2 đ n Pentium 4 đ u có đ r ng Data Bus là 64 bit . ộ ộ ụ ộ ộ ế ề

Minh ho ạ bên trong CPU có 12 đường truyền d ữ li u gệ ọi là Data Bus có 12 bit

ự như v yậ thì độ rộng Bus địa chỉ ( Add Bus ) cũng  Tư ng t ơ ền các thông tin về địa chỉ . ờ là s ố đư ng dây truy đ Địa ch ỉ ở ây có thể là các đ aị chỉ của b nhộ

i qua các Bus đ aị chỉ. ịa chỉ là 8 đường thì CPU sẽ ờ

ớ RAM, đ aị ch ỉ các cổng vào ra và các thiết bị ngo iạ vi v v .. để có thể tế bị này thì CPU phải có địa g iử hoặc nhận dữ li u tệ ừ các thi chỉ của nó và địa chỉ này được truy n đề Giả sử : N u s ế ố đư ng đ qu n ả lý được 28 = 256 đ aị chỉ Hi nệ nay trong các CPU Pentium 4 có 64 bít địa chỉ và như vậy chúng quản lý được 264 đ aị chỉ nhớ .

2.2 T c ố đ x lý và ộ ử t c ố đ ộ Bus của CPU

T c ố đ x lý c ộ ử ủa CPU ( Speed ) :

 Là t c đ

ố ộ ch y bên trong c ạ ủa CPU, t c đ này ố ộ được tính bằng MHz ho cặ GHz

 Thí d mụ ột CPU Pentium 3 có t c đ 800MHz t

ở t n s đ ng ộ 2,4GHz t cứ là nó dao đ ng ộ cứ là nó dao ố ộ ầ ố 800.000.000 Hz , CPU pentium 4 có t c đ là ố ộ ầ ố ở t n s 2.400.000.000 Hz

T c ố đ ộ Bus của CPU ( FSB ) :

 Là t c đ d

ố ộ ữ liệu ra vào các chân của CPU - còn gọi là Bus phía trước : Front Site Bus ( FSB )

ấ ờ ờ ề ố độ xử lý của CPU thư ng nhanh g p nhi u ố ọ Bus của nó, dư i đớ ây là thí d ụ minh hoạ về hai t c đố ộ Thông thư ng t c l n ầ t c đ này :

T c đ x ố ộ ử lý nhanh

ố ộ Bus (FSB) T c đ chậm h nơ

Minh ho vạ ề t c đ x ố ộ ử lý ( Speed CPU ) và t c đ ố ộ Bus ( FSB ) của CPU

2.3 B ộ nhớ Cache ( B ộ nhớ đệm )

 B nhộ

ớ Cache là b nhộ ớ nằm bên trong của CPU, nó có t cố ị ố ộ ủa lý của CPU, điều này

ố đ ộ truy cập dữ liệu theo k p t c đ x khi n ế cho CPU trong lúc xử lý không phải chờ dữ li u tệ ừ RAM vì d ữ liệu từ RAM ph i đả i qua Bus của hệ th ng nên mất nhi uề thời gian.

ệ

ợi ý ớ mất thời gian chờ ế

ề ận thì CPU ớ Cache, như v y CPU

 Một dữ li uệ trước khi được xử lý , thông qua các l nh g của ngôn ngữ lập trình, dữ li u ệ được n p sạ ẵn lên b nhộ Cache, vì v yậ khi xử lý đ n, CPU không đợi . Khi xử lý xong trong lúc đường truy n còn b lại đ aư tạm kết quả vào b nhộ không mất thời gian chờ đường truy n ề được gi

ậ iả phóng .

ệ ờ

ớ Cache mà hi u qu ộ ớ Cache được làm bằng Ram tĩnh do ớ Cache là giải pháp làm cho CPU có điều ki n ho t ạ  B nhộ hải ng tắ quãng chờ dữ li u, vì thư ng xuyên mà không p đ ng ộ ệ ả xử lý tăng lên rất ờ có b nhộ v y nh ệ ậ nhi u,ề tuy nhiên b nh vậy giá thành của chúng r tấ cao .

3. Sơ đ cồ ấu t o cạ ủa CPU

CPU có 3 khối chính đó là

 ALU ( Arithmetic Logic Unit ) : Đ n vơ ố ọ

ị s hố ọc lo gic : cơ b nả Khối này th cự hiện các phép tính s h c và logic trên cơ s ở các dữ liệu .

 Control Unit : Kh i này chuyên

ố ề tạo ra các l nh đi u ệ khi n nh đi ư ều khiển ghi hay đọc v v .. ể

 Registers : Các thanh ghi : Nơi chứa các lệnh trước và sau

khi xử lý

B n ạ đưa trỏ chuột vào đ xem chú thích ể

Sơ đồ c u tấ ạo bên trong c a CPU ủ

Nguyên lý ho t ạ động của CPU

 CPU ho tạ đ ng hoàn toàn ph

ệ ụ thuộc vào các mã lệnh , mã ra từ các câu l nh l pậ sẽ không làm gì cả n u không có các ế lệnh là tín hi u s d trình , như v y CPU ư ng d n . câu l nh h ệ ộ ệ ố ạng 0,1 được d chị ậ ớ ẫ

ủa

 Khi chúng ta ch y ạ một chương trình thì các chỉ l nh c ệ

ệ ớ Ram, các chỉ l nh này chương trình đó được nạp lên b nhộ đã được dịch thành ngôn ngữ máy và thường trú trên các ngăn nh ớ của Ram ở d ng 0,1 ạ

 CPU sẽ đọc và làm theo các chỉ l nh ệ một cách l n ầ lượt.

i uề Trong quá trình đọc và th cự hiện các chỉ lệnh, các bộ giải mã sẽ giải mã các chỉ lệnh này thành các tín hi u đệ khi n .ể

Kể truy nệ : Máy tính ho t ạ động thế nào ?

 Có hai ng òiư bạn, một làm nghề đi n tệ ử, m t là chuyên

ộ

m ề ẫ ề đi n tệ ử hỏi : Tôi đã s aử Ti vi nhi u nă ểu nó làm việc

ả ch rằng cổ ứng ,

ầ mềm chỉ dẫn, sau h ngẳ ẩ ẫ

ể ví von chiếc máy gia máy tính, Người b n ngh ạ nh ngư sang đến máy vi tính tôi v n không hi th ế nào mà lại kỳ di uệ thế ? Người bạn chuyên gia máy tính sau một hồi gi i thí : Máy tính làm việc nhờ có CPU, có bộ nhớ RAM, có có hệ điều hành và các chư ng trình ph n ơ một hồi giải thích mà người bạn đi n tệ ử v n ng n ra c hiểu gì . Người bạn chuyên gia máy tính li n kề tính v iớ một câu truyên dư i đớ ây :

 Có một ông thợ rất c nầ cù có thể làm việc cả ngày không

ả ế c ,ả sự

ớ ụ ẫ chi ti ụ ụ ấ ụ ể tế cách tấ cả nh ngữ th đứ ó ông ta cất

ệ tử viết ra một quyển ẫ chi tiết các bư c đớ ể làm ra một b độ èn nháy nầ thi tế rồi gửi tới thời kèm theo toàn b ộ linh ki n cệ .ủ

ớ

.ủ

ề ề để ự ồ ồ ồi khoảng 2m, một cái khay đ ng đ ngh ủ thì cách ch ỗ ông ta ngồi chừng 10m. ự chỉ d n cẫ ủa tờ

t ra toàn b căộ n phòng, mang toàn ủ ấn đề gì ông ta sai ngư i vào ờ bộ ụ làm vi c đệ ể lên bàn và sẵn sàng làm việc .

ủ ẽ một bức tranh, ông thợ sai người ụ ể vẽ tranh ra để lên bàn, theo ể bên c nhạ ông ta t là gì biết mệt mỏi, nhưng tự b n thân ông ta không bi ngược lại ông ta có thể làm được bất cứ vi cệ gì n u có ế chỉ d n tẫ ừng bước một. Ông được bàn giao một cửa hàng có đ ủ các d ng c đ làm việc, đồng th iờ kèm theo quy n hể ư ng d n thức s dử ụng các d ng c y, t nó vào trong tủ Một hôm có m t chuyên gia đi n ộ sách hư ng d n ớ đ ng ồ c aử hàng, ông ta cất nó vào trong t ị ầ ủ Một ngày khác có một người hoạ sỹ chu n b đ y đ ẩ giấy m c,ự bút mầu cùng với b n hả ư ng d n tế các ẫ chi ti bư c đớ ể làm ra một bức tranh gửi tới cho cửa hàng, ông ta cũng cất nó vào trong t Nơi làm việc của ông ta có một cái bàn đựng đ ngh cách ch ngỗ trước mặt còn cái t B t đắ ầu một ngày làm việc m i, theo s ớ gi y ấ treo trên tường, ông ta đi ki m tể th y không có v ấ s d ng c ố ụ Khách hàng yêu c u vầ vào t b d ng c đ mang toàn ộ ụ yêu c u cầ ủa khách và với quyển chỉ d n đẫ b tắ đ u vầ ẽ . Đang vẽ tranh khách hàng lại yêu cầu ông thợ l p mắ mang toàn t b đ ngh ộ ồ ủ ờ ,ử ông thợ lại sai ngư i vào ạ chạ ề ủ ra để trên bàn, thấy chiếc bàn đã hết chỗ iạ còn ông thợ giơ lên một thông báo

đi n tệ l p ắ m ch trong t người giúp việc dừng l " bàn hết ch ỗ " cho khách hàng biết, lúc này ông ta không ch uị làm gì n aữ .

ớ ặ ả ể

ả

, n u khách hàng b o không thì ông ta ả ủ ế Ông ta làm việc rất nhanh nhưng hoàn toàn ph ụ thuộc thoảng ông ta sai ngư iờ ẫn, th nhỉ vào quy nể sách hư ng d ồ ạ ở trên bàn đ t vào cái khay giúp việc mang những đ đ c trước mặt, s n ph mẩ làm xong ông thợ để tạm vào khay trước khi nó được chuy n ra bàn. Ông ta đang làm việc khách hàng lại yêu cầu ông ta d ngừ i đạ ể làm một việc khác, ông ta hỏi " Có c tấ s n ph m l ẩ đang làm dở vào t ủ hay không " khách hàng bảo có ông ta sai người c t nó vào t ấ ỏ i . li n b đ ề

 Kể đ n đế

ạ ây người b n đi n ệ tử hỏi, câu truy n cệ ủa anh có ạ ch. i thí ả

cách ông ta 10m dùng ủ để đ ng ự mọi thứ chính là cái ổ

ụ và các quyển sách hư ng d ẫn ông ta ớ ề ỹ

ẵ ế ẫn chính là các câu l nh sai khi n ệ ớ

ười giúp vi c chính là Chipset trên Mainboard ư ng d n ông ta vào đ u m ỗi phiên ẫ ầ ờ ớ

liên quan gì đến chiếc máy tính ? anh b n chuyên gia máy tính li n gề i Cách thức làm việc của c aử hàng ông thợ này chính là cách thức làm việc của chi cế máy tính đó thôi - Ông thợ đó chính là CPU - Chiếc bàn cách ông ta 2m chính là b nhộ ớ RAM - Cái khay trước m tặ ông ta chính là bộ nhớ Cache - Cái t c ngứ - Toàn b công c ộ làm việc chính là hệ đi u hành - Một chuyên gia đi n tệ ử và một ông hoạ s chính là hai nhà l p ậ trình viết ra chương trình cho ông ta làm việc và sử dụng các công c có s n . ụ - Các quyển sách hư ng d ông ta làm việc - M y ng ệ ấ - Tờ gi yấ trên tư ng h làm việc chính là BIOS . - Khách hàng chính là người sử d ng máy tính . ụ

Oh !! Thật là tuyệt vời, đ n đế ây thì tôi đã hiểu .

4. CPU đời máy 586 ( trư c ớ đời máy Pentium2 )

CPU cho máy Pentium Pro còn gọi là máy 586 , là thế hệ máy tr cướ đời Pentium 2

Các thông s ố k ỹ thuật :