Bài giảng Lắp ráp cài đặt máy tính

Chương 4 - CPU

1 . Khái niệm về CPU

z

CPU ( Center Processor Unit ) - Đơn vị xử lý trung tâm : Là

một linh kiện quan trọng nhất của máy tính, được ví như bộ lão

của con người, toàn bộ quá trình xử lý, tính toán và điều khiển

đều được thực hiện tại đây.

z

Trong các CPU Pentium 4 hiện nay có tới hàng trăm triệu con

Transistor được tích hợp trong một diện tích rất nhỏ khoảng 2

2

đến 3cm

z

CPU là linh kiện quyết định đến tốc độ của máy tính, tốc độ xử

lý của CPU được tính bằng MHz hoặc GHz .

1MHz = 1000.000 Hz

1GHz = 1000.000.000 Hz

z

Hãng sản xuất CPU lớn nhất hiện nay là Intel ( Mỹ ) hãng này

chiếm đến 90% thị phần về CPU cho máy tính PC, ngoài ra còn

có một số hãng cạnh tranh như AMD, Cyrix, Nexgen,

Motorola .

2. Các yếu tố tác động đến hiệu suất của CPU

z

Độ rộng Bus dữ liệu và Bus địa chỉ ( Data Bus và Add Bus )

z

Tốc độ xử lý và tốc độ Bus ( tốc độ dữ liệu ra vào chân ) còn

gọi là FSB

Dung lượng bộ nhớ đệm Cache

z

Dưới đây là chi tiết về các yếu tố trên

2.1 Độ rộng Bus dữ liệu và Bus địa chỉ (Data Bus và Add Bus)

Xuan Vinh : 0912.421.959

z

Độ rộng Bus dữ liệu là nói tới số lượng đường truyền dữ liệu

bên trong và bên ngoài CPU

Như ví dụ hình dưới đây thì CPU có 12 đường truyền dữ liệu

( ta gọi độ rộng Data Bus là 12 bit ), hiện nay trong các CPU từ

Pentium 2 đến Pentium 4 đều có độ rộng Data Bus là 64 bit .

Minh hoạ bên trong CPU có 12 đường truyền

dữ liệu gọi là Data Bus có 12 bit

z

Tương tự như vậy thì độ rộng Bus địa chỉ ( Add Bus ) cũng là

số đường dây truyền các thông tin về địa chỉ .

Địa chỉ ở đây có thể là các địa chỉ của bộ nhớ RAM, địa chỉ

các cổng vào ra và các thiết bị ngoại vi v v .. để có thể gửi hoặc

nhận dữ liệu từ các thiết bị này thì CPU phải có địa chỉ của nó

và địa chỉ này được truyền đi qua các Bus địa chỉ.

Giả sử : Nếu số đường địa chỉ là 8 đường thì CPU sẽ quản

8

lý được 2 = 256 địa chỉ

Hiện nay trong các CPU Pentium 4 có 64 bít địa chỉ và như

64

vậy chúng quản lý được 2 địa chỉ nhớ .

2.2 Tốc độ xử lý và tốc độ Bus của CPU

:

Tốc độ xử lý của CPU ( Speed )

z

Là tốc độ chạy bên trong của CPU, tốc độ này được tính bằng

MHz hoặc GHz

z

Thí dụ một CPU Pentium 3 có tốc độ 800MHz tức là nó dao

động ở tần số 800.000.000 Hz , CPU pentium 4 có tốc độ là

2,4GHz tức là nó dao động ở tần số 2.400.000.000 Hz

:

Tốc độ Bus của CPU ( FSB )

z

Là tốc độ dữ liệu ra vào các chân của CPU - còn gọi là Bus

phía trước : Front Site Bus ( FSB )

Thông thường tốc độ xử lý của CPU thường nhanh gấp nhiều lần

tốc đọ Bus của nó, dưới đây là thí dụ minh hoạ về hai tốc độ này :

Xuan Vinh : 0912.421.959

Tốc độ xử lý nhanh

Tốc độ Bus (FSB)

chậm hơn

Minh hoạ về tốc độ xử lý ( Speed CPU )

và tốc độ Bus ( FSB ) của CPU

2.3 Bộ nhớ Cache ( Bộ nhớ đệm )

z

Bộ nhớ Cache là bộ nhớ nằm bên trong của CPU, nó có tốc độ

truy cập dữ liệu theo kịp tốc độ xủa lý của CPU, điều này khiến

cho CPU trong lúc xử lý không phải chờ dữ liệu từ RAM vì dữ

liệu từ RAM phải đi qua Bus của hệ thống nên mất nhiều thời

gian.

z

Một dữ liệu trước khi được xử lý , thông qua các lệnh gợi ý của

ngôn ngữ lập trình, dữ liệu được nạp sẵn lên bộ nhớ Cache, vì

vậy khi xử lý đến, CPU không mất thời gian chờ đợi .

Khi xử lý xong trong lúc đường truyền còn bận thì CPU lại

đưa tạm kết quả vào bộ nhớ Cache, như vậy CPU không mất

thời gian chờ đường truyền được giải phóng .

z

Bộ nhớ Cache là giải pháp làm cho CPU có điều kiện hoạt động

thường xuyên mà không phải ngắt quãng chờ dữ liệu, vì vậy

nhờ có bộ nhớ Cache mà hiệu quả xử lý tăng lên rất nhiều, tuy

nhiên bộ nhớ Cache được làm bằng Ram tĩnh do vậy giá thành

của chúng rất cao .

3. Sơ đồ cấu tạo của CPU

CPU có 3 khối chính đó là

Xuan Vinh : 0912.421.959

z

( Arithmetic Logic Unit ) : Đơn vị số học lo gic : Khối

ALU

này thực hiện các phép tính số học và logic cơ bản trên cơ sở

các dữ liệu .

z

: Khối này chuyên tạo ra các lệnh điều khiển

Control Unit

như điều khiển ghi hay đọc v v ..

: Các thanh ghi : Nơi chứa các lệnh trước và sau khi

Registers

xử lý

Bạn đưa trỏ chuột vào để xem chú thích

Sơ đồ cấu tạo bên trong của CPU

Nguyên lý hoạt động của CPU

z

CPU hoạt động hoàn toàn phụ thuộc vào các mã lệnh , mã lệnh

là tín hiệu số dạng 0,1 được dịch ra từ các câu lệnh lập trình ,

như vậy CPU sẽ không làm gì cả nếu không có các câu lệnh

hướng dẫn .

z

Khi chúng ta chạy một chương trình thì các chỉ lệnh của

chương trình đó được nạp lên bộ nhớ Ram, các chỉ lệnh này đã

được dịch thành ngôn ngữ máy và thường trú trên các ngăn nhớ

của Ram ở dạng 0,1

z

CPU sẽ đọc và làm theo các chỉ lệnh một cách lần lượt.

Xuan Vinh : 0912.421.959

Trong quá trình đọc và thực hiện các chỉ lệnh, các bộ giải

mã sẽ giải mã các chỉ lệnh này thành các tín hiệu điều khiển .

Kể truyện : Máy tính hoạt động thế nào ?

z

Có hai ngưòi bạn, một làm nghề điện tử, một là chuyên gia

máy tính,

Người bạn nghề điện tử hỏi : Tôi đã sửa Ti vi nhiều năm

nhưng sang đến máy vi tính tôi vẫn không hiểu nó làm việc thế

nào mà lại kỳ diệu thế ?

Người bạn chuyên gia máy tính sau một hồi giải thích rằng :

Máy tính làm việc nhờ có CPU, có bộ nhớ RAM, có ổ cứng , có

hệ điều hành và các chương trình phần mềm chỉ dẫn, sau một

hồi giải thích mà người bạn điện tử vẫn ngẩn ra chẳng hiểu gì .

Người bạn chuyên gia máy tính liền kể ví von chiếc máy tính

với một câu truyên dưới đây :

z

Có một ông thợ rất cần cù có thể làm việc cả ngày không biết

mệt mỏi, nhưng tự bản thân ông ta không biết là gì cả, ngược

lại ông ta có thể làm được bất cứ việc gì nếu có sự chỉ dẫn từng

bước một.

Ông được bàn giao một cửa hàng có đủ các dụng cụ để làm

việc, đồng thời kèm theo quyển hướng dẫn chi tiết cách thức sử

dụng các dụng cụ ấy, tất cả những thứ đó ông ta cất nó vào

trong tủ

Một hôm có một chuyên gia điện tử viết ra một quyển sách

hướng dẫn chi tiết các bước để làm ra một bộ đèn nháy đồng

thời kèm theo toàn bộ linh kiện cần thiết rồi gửi tới cửa hàng,

ông ta cất nó vào trong tủ .

Một ngày khác có một người hoạ sỹ chuẩn bị đầy đủ giấy

mực, bút mầu cùng với bản hướng dẫn chi tiết các bước để làm

ra một bức tranh gửi tới cho cửa hàng, ông ta cũng cất nó vào

trong tủ.

Nơi làm việc của ông ta có một cái bàn đựng đồ nghề cách

chỗ ngồi khoảng 2m, một cái khay đựng đồ nghề để trước mặt

còn cái tủ thì cách chỗ ông ta ngồi chừng 10m.

Bắt đầu một ngày làm việc mới, theo sự chỉ dẫn của tờ giấy

treo trên tường, ông ta đi kiểm tra toàn bộ căn phòng, thấy

không có vấn đề gì ông ta sai người vào tủ mang toàn bộ số

dụng cụ làm việc để lên bàn và sẵn sàng làm việc .

Khách hàng yêu cầu vẽ một bức tranh, ông thợ sai người

vào tủ mang toàn bộ dụng cụ để vẽ tranh ra để lên bàn, theo yêu

cầu của khách và với quyển chỉ dẫn để bên cạnh ông ta bắt đầu

vẽ .

Đang vẽ tranh khách hàng lại yêu cầu ông thợ lắp mạch

điện tử, ông thợ lại sai người vào tủ mang toàn bộ đồ nghề lắp

mạch trong tủ ra để trên bàn, thấy chiếc bàn đã hết chỗ người

giúp việc dừng lại còn ông thợ giơ lên một thông báo " bàn hết

chỗ " cho khách hàng biết, lúc này ông ta không chịu làm gì

nữa .

Xuan Vinh : 0912.421.959

Ông ta làm việc rất nhanh nhưng hoàn toàn phụ thuộc vào

quyển sách hướng dẫn, thỉnh thoảng ông ta sai người giúp việc

mang những đồ đạc ở trên bàn đặt vào cái khay trước mặt, sản

phẩm làm xong ông thợ để tạm vào khay trước khi nó được

chuyển ra bàn.

Ông ta đang làm việc khách hàng lại yêu cầu ông ta dừng

lại để làm một việc khác, ông ta hỏi " Có cất sản phẩm đang

làm dở vào tủ hay không " khách hàng bảo có ông ta sai người

cất nó vào tủ, nếu khách hàng bảo không thì ông ta liền bỏ đi .

z

Kể đến đây người bạn điện tử hỏi, câu truyện của anh có liên

quan gì đến chiếc máy tính ? anh bạn chuyên gia máy tính liền

giải thích.

Cách thức làm việc của cửa hàng ông thợ này chính là cách

thức làm việc của chiếc máy tính đó thôi

- Ông thợ đó chính là CPU

- Chiếc bàn cách ông ta 2m chính là bộ nhớ RAM

- Cái khay trước mặt ông ta chính là bộ nhớ Cache

- Cái tủ cách ông ta 10m dùng để đựng mọi thứ chính là cái ổ

cứng

- Toàn bộ công cụ và các quyển sách hướng dẫn ông ta làm

việc chính là hệ điều hành

- Một chuyên gia điện tử và một ông hoạ sỹ chính là hai nhà lập

trình viết ra chương trình cho ông ta làm việc và sử dụng các

công cụ có sẵn .

- Các quyển sách hướng dẫn chính là các câu lệnh sai khiến ông

ta làm việc

- Mấy người giúp việc chính là Chipset trên Mainboard

- Tờ giấy trên tường hướng dẫn ông ta vào đầu mỗi phiên làm

việc chính là BIOS .

- Khách hàng chính là người sử dụng máy tính .

Oh !! Thật là tuyệt vời, đến đây thì tôi đã hiểu .

4. CPU đời máy 586 ( trước đời máy Pentium2 )

CPU cho máy Pentium Pro còn gọi là máy 586 ,

là thế hệ máy trước đời Pentium 2

Xuan Vinh : 0912.421.959

Các thông số kỹ thuật :

z

Tốc độ CPU từ 150 MHz đến 233 MHz

z

Tốc độ Bus là 66MHz

z

Bộ nhớ Cache 128K

z

Năm sản xuất : 1995 - 1996

--------------------------------------------------

5. CPU cho các máy Pentium 2

CPU của máy Pentium 2 được hàn trên một vỉ mạch

Các thông số kỹ thuật

z

Tốc độ CPU từ 233 MHz đến 450 MHz

z

Tốc độ Bus ( FSB ) là 66 và 100 MHz

z

Bộ nhớ Cache 128K - 256K

z

Năm sản xuất : 1997 - 1998

z

Mainboard hỗ trợ : sử dụng Mainboard có khe cắm Slot

--------------------------------------------------------------

6. CPU cho các máy Pentium 3

Xuan Vinh : 0912.421.959

CPU của máy Pentium 3

Nhãn CPU ghi 1000/256/133/1.7V nghĩa là

Tốc độ 1000MHz /Cache L1: 256K / Bus 133 / Vcc 1,7V

Các thông số kỹ thuật

z

Tốc độ CPU từ 500 MHz đến 1.300 MHz

Tốc độ Bus ( FSB ) 100 MHz và 133 MHz

Bộ nhớ Cache từ 256K- 512K

z

Năm sản xuất : 1999 -2000

Đế cắm trên Mainboard là Socket 370

Đế cắm CPU - Socket 370 trên các Mainboard Pentium 3

7. CPU cho các máy Pentium 4

Xuan Vinh : 0912.421.959

7 -1 : CPU Socket 423

z

CPU Socket 423 sản xuất vào đầu năm 2001

z

Tốc độ từ 1.400 MHz đến 2.000 MHz

z

Sử dụng Bus 100 MHz

z

Laọi CPU này có thời gian tồn tại ngắn

---------------------------------------------------------

7 -2 : CPU Socket 478

CPU cho máy Pentium 4 Socket 478

Các thông số kỹ thuật :

z

Tốc độ xử lý từ 1.400 MHz đến 3.800 MHz ( 2006 ) và chưa có

giới hạn cuối .

z

Tốc độ Bus ( FSB ) 266, 333, 400, 533, 666, 800 MHz

z

Bộ nhớ Cache từ 256 đến 512K

z

Năm sản xuất từ 2002 đến nay ( 2006) vẫn tiếp tục sản xuất .

z

Sử dụng Mainboard có đế cắm CPU là Socket 478

Xuan Vinh : 0912.421.959

Đế cắm CPU máy Pentium 4 - Socket 478

-----------------------------------------------------------

7 -3 : CPU Socket 775

CPU cho các máy Pentium 4 Socket 775 phân biệt bằng

hai khuyết hình bán nguệt ở cạnh và không có chân

Các thông số kỹ thuật :

z

Tốc độ xử lý từ 2.400 MHz đến 3.800 MHz ( 2006 ) và chưa có

giới hạn cuối .

z

Tốc độ Bus ( FSB ) 533, 666, 800 MHz

z

Bộ nhớ Cache từ 512K đến 1MB

z

Năm sản xuất từ 2004 đến nay ( 2006) vẫn tiếp tục sản xuất .

z

Sử dụng Mainboard có đế cắm CPU là Socket 775

Xuan Vinh : 0912.421.959

Đế cắm CPU Socket 775

8. CPU hãng AMD mới nhất cạnh tranh với Intel

CPU hãng AMD - Socket 939 ( ra đời 2006 )

Đế cắm Socket 939 dùng cho các CPU AMD 939

Xuan Vinh : 0912.421.959

Bài giảng Lắp ráp cài đặt máy tính - Chương 4: CPU