BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ TP HỒ CHÍ MINH -o0o -
TRƯỜNG CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KINH DOANH
TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 4 năm 2023Đặng Thị Đông Thuỳ - 31221021835
Nguyễn Ngọc Minh Thư - 31221025352Nguyễn Văn Thanh Nhã - 31221022165Nguyễn Thị Ngọc Trúc - 31221022771Thái Thị Anh Thư - 31211027337
Trang 23.1 Khối điều khiển (Control Unit – CU): 3
3.2 Khối tính toán (Arithmetic Logic Unit – ALU): 3
3.3 Các thanh ghi (Registers): 3
Trang 37.5 Độ dài từ của CPU (Word length): 9
8.4 Tối ưu hóa phần mềm: 11
9 Các dòng CPU trên thị trường: 12
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
Trong nhịp sống hiện đại ngày nay, máy tính hầu như xuất hiện ở mọi nơi, mọi lĩnhvực, ngành nghề, là công cụ hữu ích hỗ trợ cho công việc cũng như trong học tập Máy tínhđóng vai trò hết sức quan trọng trong vận hành, điều khiển máy móc, trong nghiên cứu vàtìm kiếm thông tin Máy tính ngày càng phát triển hơn với đa dạng hình dáng, mẫu mã, chứcnăng để phù hợp với nhu cầu của nhiều đối tượng khác nhau Một máy tính hoạt động cóhiệu quả sẽ giúp đỡ rất nhiều trong công việc, nhất là trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay,thời đại mà công nghệ thông tin đang phát triển sâu sắc và mạnh mẽ nhất Máy tính có vaitrò vô cùng quan trọng trong xã hội hiện tại nhưng không nhiều người thực sự hiểu rõ vềcấu tạo cũng như các yếu tố cấu thành nên một chiếc máy tính Mọi hoạt động của chúng tađược chi phối và điều khiển bởi não bộ, máy tính cũng như vậy, bộ phận được ví như bộnão của máy tính được gọi là CPU hay bộ xử lý trung tâm CPU là bộ phận khá quen thuộcvới nhiều người nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về nó Vì vậy, nhóm chúng em chọn đềtài về CPU nhằm mục đích làm rõ các vấn đề liên quan như khái niệm, chức năng, cũng nhưcách thức hoạt động của bộ phận này Thông qua đó, đưa ra các so sánh về những dòngCPU hiện có trên thị trường và đề ra các hướng phát triển của bộ phận này trong tương lai.
Too long to read onyour phone? Save
to read later onyour computer
Save to a Studylist
Trang 5NỘI DUNG1 Khái niệm:
CPU là viết tắt của Central Processing Unit, tạm dịch là "đơn vị xử lý trung tâm", làmột bộ phận tính toán chính của máy tính Nó được cấu thành bởi đơn vị số học - logic(ALU) và đơn vị điều khiển CPU được xem như “bộ não”, một trong những phần tử cốt lõinhất của máy tính, có nhiệm vụ xử lý các dữ kiện đầu vào, chương trình vi tính hay lệnhnhận được từ phần cứng và phần mềm trên PC.
CPU hiện đại đều là các vi xử lý và được chứa trên chip vi mạch (IC) đơn Một vimạch có chứa một CPU cũng có thể chứa bộ nhớ, giao diện cho các thiết bị ngoại vi, và cácthành phần khác của một máy tính; việc các thiết bị tích hợp như vậy được gọi theo nhiềucách khác nhau: vi điều khiển hoặc hệ thống trên một vi mạch (SoC) Một số máy tính sửdụng một CPU đa nhân là một con chip duy nhất có chứa hai hoặc nhiều CPU được gọi là“lõi” Hiệu suất CPU thường được đo bằng đơn vị megahertz (MHz) hoặc gigahertz (GHz).CPU có thể được tìm thấy trong các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tínhbảng, máy tính xách tay, máy tính để bàn, máy chủ và các thiết bị khác.
2 Hình dạng:
CPU được thiết kế với dạng hình chữ nhật hoặc hình vuông tùy thuộc vào nhà sảnxuất và kiểu CPU CPU hiện đại thường có kích thước nhỏ gọn hơn so với các phiên bảntrước đây, do sử dụng công nghệ sản xuất tiên tiến và thiết kế tối ưu hóa để đạt được hiệusuất tốt hơn Khi nhìn vào hình ảnh của chúng, ta sẽ thấy phần chip sẽ được đặt và gia cốchắc chắn vào một ổ cắm CPU (socket CPU) tương thích được tìm thấy trên bo mạch chủ(main) Ở dưới cùng của chip là hàng trăm chân kết nối với mỗi lỗ tương ứng trên ổ cắmCPU.
Hình dạng mặt trước CPU - bộ vi xử lý
Trang 6Hình dạng mặt sau CPU - bộ vi xử lý
3 Cấu tạo:
CPU là một bộ xử lý trung tâm phức tạp, tuy nhiên chúng ta có thể chia thành cácthành phần cơ bản sau:
3.1 Khối điều khiển (Control Unit – CU):
Đây là thành phần quan trọng, cốt lõi có vai trò thông dịch các lệnh của phần mềm,chương trình, qua đó điều khiển hoạt động xử lý của chip cũng như điều tiết xung nhịp mộtcách chính xác.
3.2 Khối tính toán (Arithmetic Logic Unit – ALU):
Chức năng thực hiện các phép toán số học và logic bao gồm cộng, trừ, nhân, chia,and, or, not, … sau đó trả lại kết quả cho các thanh ghi hoặc bộ nhớ.
3.3 Các thanh ghi (Registers):
Bao gồm các bộ nhớ dung lượng nhỏ tuy nhiên tốc độ truy cập lại cao, được xem làmột bộ lưu trữ tạm thời các toán hạng, kết quả tính toán, địa chỉ trong ô nhớ hoặc thông tinđiều khiển Có nhiều thanh ghi và mỗi thanh có một chức năng cụ thể, các thanh ghi phổbiến trong CPU bao gồm Accumulator, Instruction Register (IR), Memory Data Register(MDR) và Program Counter (PC) Trong đó thanh ghi quan trọng nhất là Program Counter(PC) hay còn gọi là Bộ đếm chương trình, dùng để chỉ đến lệnh tiếp theo cần thực hiện.
3.4 Bộ đệm (Cache):
Là một bộ nhớ tạm được tích hợp trực tiếp vào CPU Nó được sử dụng để lưu trữ cácdữ liệu và chỉ thị được sử dụng thường xuyên để cung cấp tốc độ truy cập dữ liệu nhanh hơntừ bộ nhớ chính.
Trang 73.5 BUS:
Là đường truyền dữ liệu chung giữa các thành phần của hệ thống máy tính, kết nốiCPU, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi và các thành phần khác BUS được sử dụng để truyền dữliệu giữa các thành phần và đồng bộ hóa các hoạt động của hệ thống.
3.6 Mã hoạt động Opcode (Operation Code):
Là bộ nhớ dùng để chứa mã máy của CPU, nhờ đó nó có thể thực hiện các lệnh trongfile cần thực thi Là thành phần không bắt buộc phải có.
4 Thông số:
4.1 Tốc độ xung nhịp:
Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ xử lý của CPU Là yếu tố tiên quyếttrong cách chọn CPU khi xét đến tốc độ xử lý Hiểu đơn giản, xung nhịp thể hiện số chu kỳmà CPU thực hiện được mỗi giây Xung nhịp càng lớn, CPU càng thực hiện được nhiều chukỳ hơn, tốc độ xử lý càng nhanh hơn.
4.2 Turbo Boost:
Thường CPU sẽ có chỉ số xung nhịp từ xung cơ bản đến xung boost Xung cơ bản thểhiện tần số mà CPU đang chạy và được tính bằng GHz, nghĩa là số chu kỳ xung nhịp màCPU thực hiện trong một giây Tuy nhiên, xung boost chỉ được kích hoạt khi CPU cần đạthiệu suất tối đa, ví dụ như khi xử lý một tác vụ yêu cầu tốc độ xử lý cao Nếu không có nhucầu về hiệu suất cao, CPU sẽ hoạt động ở mức xung cơ bản để tiết kiệm điện năng và giảmnhiệt độ hoạt động.
Ví dụ: Intel Core i7-10700K CPU này có xung nhịp cơ bản là 3.8 GHz và TurboBoost lên đến 5.1 GHz Như vậy với xung nhịp bình thường là 3.8 GHz nhưng cần thì có thểđẩy lên 5.1 GHz.
4.3 Số nhân (Cores):
Chỉ số nhân xử lý trên CPU, đây là một trong những thông số quan trọng nhất ảnhhưởng đến hiệu năng của CPU Mỗi nhân xử lý có thể thực hiện một số lượng tác vụ xử lýđộc lập cùng một lúc, và số lượng nhân trên một CPU cũng xác định khả năng xử lý đanhiệm của CPU.
Ví dụ: Một CPU có 2 nhân sẽ có khả năng xử lý đa nhiệm kém hơn một CPU có 4nhân, vì CPU 4 nhân có thể xử lý nhiều tác vụ đồng thời hơn Ngoài ra, mỗi nhân xử lý
Trang 8cũng có tốc độ xung nhịp riêng, làm tăng khả năng xử lý các tác vụ yêu cầu tốc độ xử lý caohơn.
(Cũng như đường có nhiều làn thì sẽ trở nên thông thoáng hơn, tốc độ di chuyển của cácphương tiện sẽ nhanh hơn)
4.4 Số luồng (Threads):
Luồng CPU là tập hợp các trình điều khiển và truyền dữ liệu xử lý của CPU Do vậy,một CPU có nhiều luồng sẽ phát huy tối ưu năng lực xử lý và cho phép CPU đó hoạt độngđa tác vụ hơn trong cùng thời điểm Điều này giúp tối ưu tài nguyên và rút ngắn thời gianchờ đợi của người dùng.
4.5 Bộ nhớ đệm (Cache memory):
Đây là bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu tạm thời để giúp CPU truy cập dữ liệunhanh hơn CPU với bộ nhớ đệm lớn có thể xử lý dữ liệu nhanh hơn Với bộ nhớ đệm cachelớn hơn và tốc độ truy xuất nhanh hơn, CPU sẽ hoạt động nhanh hơn và hiệu suất của máytính sẽ được cải thiện.
4.6 Mức tiêu thụ điện năng (TDP):
Chỉ số đo lường mức tiêu thụ điện năng và nhiệt độ tối đa mà một CPU có thể hoạt
Trang 9của CPU TDP thường được sử dụng để giúp người dùng chọn nguồn cung cấp điện phùhợp với việc sử dụng CPU của mình, đồng thời giúp các nhà sản xuất CPU thiết kế các hệthống tản nhiệt phù hợp để giảm nhiệt độ của CPU.
Ví dụ: Mức TDP của CPU thường tùy thuộc vào nhiều yếu tố như kiến trúc CPU, sốlõi và luồng, xung nhịp, bộ nhớ đệm, công nghệ sản xuất,
4.7 Ổ cắm CPU (socket):
Chân cắm đóng vai trò như mối nối bộ vi xử lý với bo mạch chủ, đồng thời cố địnhvị trí của con chip Nhờ vậy, dù bạn có xê dịch PC, laptop thì con chip vẫn có thể giữnguyên vị trí Ngoài việc lạ mối nối, chân cắm còn là phương tiện truyền dữ liệu giữa CPUvà bo mạch chủ.
4.8 Card đồ họa tích hợp (iGPU):
Là bộ phận xử lý các tác vụ liên quan đến đồ họa, hình ảnh 2D, 3D có sẵn trên thiếtbị, hỗ trợ tích cực nếu như máy chưa trang bị card rời Việc dùng CPU có card đồ họa tíchhợp mang đến nhiều lợi ích, nhất là trong những trường hợp máy tính gặp sự cố với cardrời.
Điều khiển các hoạt động của hệ thống:
CPU quản lý và kiểm soát các hoạt động của hệ thống máy tính, bao gồm quản lý bộ nhớ,điều khiển thiết bị ngoại vi và quản lý luồng dữ liệu.
Thực hiện các phép tính toán:
CPU có khả năng thực hiện các phép tính số học và logic, bao gồm các phép toán đơn giảnnhư cộng, trừ, nhân, chia và phép toán phức tạp hơn như Toán học cao cấp, vi phân, tíchphân, đại số tuyến tính, v.v.
Trang 10Thực hiện các chương trình:
CPU chịu trách nhiệm chạy các chương trình máy tính và kiểm soát hoạt động của chúng.Nó đọc và phân tích các lệnh trong các chương trình, sau đó thực hiện các hoạt động theolệnh đó.
Tính toán thời gian:
CPU có vai trò tính toán thời gian, quản lý thời gian thực của hệ thống, quản lý các hoạtđộng đồng bộ và thực hiện các hoạt động theo thời gian đó.
6 Nguyên lý hoạt động CPU:
Dù đã trải qua nhiều lần cải tiến nhưng CPU vẫn giữ nguyên nguyên lý hoạt động vớicác bước cơ bản: Tìm nạp (Fetch), Giải mã (Decode), Thực thi (Execute), Lưu trữ (Store).
6.1 Tìm nạp:
Tìm nạp là quá trình CPU nhận lệnh từ RAM và lệnh thường ở dạng một chuỗi sốnhị phân Mỗi lệnh được CPU nhận chỉ là một phần nhỏ của thao tác mà ta thực hiện CPUsẽ thực hiện một cách tuần tự các lệnh do vậy nó cần biết lệnh nào sẽ được thực hiện tiếptheo Địa chỉ lệnh hiện tại được lưu trữ bởi một bộ đếm chương trình (Program Counter -PC) Các lệnh được lưu trữ trong thanh ghi được gọi là thanh ghi lệnh (Instruction Register -IR) Khi lệnh đó đã được thực hiện thì PC sẽ thêm một địa chỉ tham chiếu cho lệnh tiếp theođi qua, khi đó độ dài của PC sẽ tăng lên.
Ví dụ: Nếu PC đang lưu trữ địa chỉ 1, thì có nghĩa địa chỉ 0 đang được thực hiện, vàđịa chỉ 1 sẽ là địa chỉ tiếp theo Sau đó khi lệnh ở địa chỉ 1 được đọc thì địa chỉ 2 được thựcthi tiếp theo sẽ được lưu vào PC.
6.2 Giải mã:
Giải mã là quá trình mà sau khi lệnh đã được tìm nạp và lưu trữ trong IR, lệnh sẽđược chuyển đến một bộ giải mã lệnh của CPU Hành động này nhằm chuyển đổi lệnhthành tín hiệu thông báo và phân công cho các bộ phận khác của CPU thực hiện.
6.3 Thực thi:
Trong bước thực thi, các lệnh đã được giải mã sẽ chuyển đến các bộ phận khác nhaucủa CPU để thực thi Các kết quả cuối cùng được ghi vào thanh ghi CPU, ở nơi các lệnh đếnsau có thể tham chiếu chúng Thanh ghi này có hoạt động giống như RAM Còn nếu nhưmột kết quả không cần được lưu trữ trong thanh ghi CPU, hoặc nó tồn tại lâu hơn mục đíchcủa nó thì kết quả này sẽ được gửi tới RAM hoặc ổ cứng để lưu trữ hay xuất ra màn hình
Trang 116.4 Lưu trữ:
Sau khi dữ liệu được tính toán xong sẽ được đưa đến RAM và ổ cứng để lưu trữ Bảnthân CPU có khả năng lưu trữ dữ liệu ở bất kỳ thanh ghi nào của nó trong một thời gianngắn.
Tuy nhiên, mọi dữ liệu trong CPU chắc chắn sẽ mất khi mất điện Các tiến trình đang chạycũng sẽ dừng ngay lập tức Các thanh ghi trong CPU có mục đích chính là lưu trữ dữ liệutrong các quy trình và chương trình đang chạy Do đó ngay khi thực hiện xong các dữ liệusẽ được chuyển đi nơi khác Hoạt động của CPU, được hiểu một cách đơn giản là máy tínhsẽ nhận lệnh từ người dùng và đưa đến CPU, CPU tiến hành giải mã thông tin thành ngônngữ máy sau đó lưu trữ và chuyển đến các bộ phận máy tính và thực hiện yêu cầu ngườidùng.
Ngoài ra, CPU còn có chức năng đa nhiệm Đây là chức năng cho phép máy tínhthực hiện nhiều tác vụ Một cách chính xác, CPU chuyển đổi qua lại nhanh chóng giữa cáctác vụ khác nhau để dường như tất cả chúng đang được thực hiện cùng lúc Giống như khibạn đang soạn thảo văn bản, trong khi đó lại có một trình duyệt đang được mở và có cả mộtbản nhạc đang phát trên máy tính CPU sẽ chuyển đổi liên tục giữa các tác vụ này giống nhưnó đang được thực hiện cùng lúc.
Hiện nay, các nhà sản xuất bắt đầu đặt nhiều CPU nhỏ hơn được gọi là lõi Một CPUcó hai CPU bên trong được gọi là lõi kép, có bốn lõi là lõi tứ, cho đến lõi tám, tức là có támCPU nhỏ bên trong Các CPU kiểu này có thể thực hiện đa tác vụ vì mỗi CPU có thể xử lýmột tác vụ tại một thời điểm Điều này làm máy tính mạnh hơn cũng như làm tăng tốc độ xửlý.
Trang 127.2 Số lõi CPU:
Số lõi CPU là cũng yếu tố quyết định đến tốc độ tính toán của bộ xử lý trung tâm(CPU) Các máy tính hiện nay được trang bị lõi kép, lõi tứ thay vì một lõi truyền thốngtrước kia Điều này giúp CPU xử lý nhanh hơn gấp 2 đến gấp 4 lần Công nghệ đa lõi cònmang đến lợi ích đa nhiệm Tức là mỗi tác vụ sẽ được xử lý bởi một nhân (một lõi), cònnhững nhân (lõi) khác sẽ ở ở trạng thái nghỉ cho đến khi có yêu cầu tác vụ khác Lợi thế đalõi cũng giúp khắc phục nhược điểm đóng băng hệ thống khi có một chương trình lỗi ở CPUmột nhân trước kia.
7.3 Bộ nhớ Cache:
Bộ nhớ cache là một lượng nhỏ RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) hiệu suất caođược tích hợp vào CPU Nó có thể lưu trữ dữ liệu mà bộ xử lý thường sử dụng và không cầnđến không gian trong bộ nhớ hệ thống Nhờ vậy có thể giảm bớt thời gian truy cập vào bộnhớ chính, tăng hiệu suất CPU máy tính hoạt động Nếu cache càng lớn thì bộ xử lý hoạtđộng càng hiệu quả.
7.4 Băng thông bộ nhớ:
Băng thông bộ nhớ là tốc độ dữ liệu có thể đọc và ghi trong bộ nhớ Yếu tố này đolường khả năng tìm nạp, lưu trữ dữ liệu của CPU có nhanh hay không Nó thường biểu thịbằng GB/s Hầu như các CPU hiện nay được trang bị băng thông bộ nhớ lên đến 40+GB/s.Nếu băng thông bộ nhớ càng lớn thì tốc độ lưu trữ dữ liệu của CPU càng nhanh.
7.5 Độ dài từ của CPU (Word length):
Độ dài từ của CPU cho biết số bit mà CPU có thể đồng thời xử lý trong một thời giancụ thể Hệ thống máy tính hiện nay thường sở hữu độ dài từ trong khoảng 32 – 64 bit.Word length và tốc độ xung nhịp ở mỗi CPU là khác nhau.
Trang 138 Phương pháp cải thiện hiệu năng của CPU:8.1 Làm mát CPU:
Khi CPU quá nóng sẽ khiến PC của bạn hoạt động chậm hơn nhiều so với bình thường.Khi nhiệt độ CPU vượt ngưỡng an toàn, máy tính của bạn sẽ tự động tắt nguồn, thậm chí cókhả năng CPU sẽ chết kéo theo làm hư hỏng một vài thành phần khác trong máy tính nhưMainboard hay RAM.
- Sử dụng bộ tản nhiệt khí gồm các fan cao cấp hơn dành cho CPU hay các quạt hút đặtbên trong Case.
Trang 14Bộ tản nhiệt khí Bộ tản nhiệt nước
- Sử dụng bộ tản nhiệt nước Phương án này thường đi kèm chi phí đắt đỏ hơn nhưng nócũng đem lại hiệu quả xứng đáng với những gì bạn đầu tư Việc làm mát bằng chất lỏng sẽgiúp CPU được làm mát nhanh hơn, giảm được nhiều nhiệt độ hơn khi sử dụng.
8.2 Ép xung CPU (Overclocking):
+ Để tăng hiệu suất CPU, ép xung là một phương pháp hiệu quả nhưng cũng không kémphần phức tạp.
+ Có hai phương pháp ép xung phổ biến Phương pháp đầu tiên và dễ nhất là sử dụngIntel® Extreme Tuning Utility (Intel® XTU) Phần mềm tích hợp mọi tính năng này giúpbạn xử lý hầu hết các tác vụ khó và giúp đơn giản hóa quy trình ép xung sao cho phù hợpvới những người lần đầu tiên thực hiện.
+ Nếu bạn đang tìm phương pháp có tính thực tiễn và linh hoạt hơn, bạn có thể tìm hiểuvề cách ép xung thủ công bằng BIOS.
8.3 Nâng cấp bộ nhớ RAM:
Bộ nhớ RAM lưu trữ dữ liệu tạm thời của CPU, do đó, tăng dung lượng RAM hoặc nângcấp RAM với tốc độ cao hơn có thể cải thiện hiệu năng của CPU.
8.4 Tối ưu hóa phần mềm:
Tối ưu hóa phần mềm là cách tối ưu hóa các ứng dụng hoặc hệ điều hành để chạy tốt hơntrên CPU Các cách để tối ưu hóa phần mềm bao gồm đảm bảo phần mềm được cập nhậtmới nhất, vô hiệu hóa các chương trình khởi động tự động không cần thiết, và cài đặt cácdriver phù hợp.