Cấu tạo và hoạt động của CPU

cấu tạo của cpu, nguyên lý hoạt động của cpu, cpu là gì, kiến trúc máy tính, cấu trúc máy tính, nguyên lý hoạt động của cpu, chức năng của cpu tốc độ xử lý cpu toc do bus cpu, cấu tạo của cpu, nguyên lý hoạt động của cpu, cpu là gì, kiến trúc máy tính, cấu trúc máy tính, nguyên lý hoạt động của cpu, chức năng của cpu tốc độ xử lý cpu toc do bus cpu,

Kin trỳc mỏy tớnh Chng 2: B x lý trung tõm Cỏc ni dung chớnh I Cu trỳc c bn ca CPU II Hot ng ca CPU III B x lý a lừi IV Lnh v ch a ch I Cu trỳc c bn ca CPU Nhim v v cu trỳc ca CPU Cỏc thnh phn chớnh bờn CPU Cỏc thụng s k thut ca CPU I.1 Nhim v v cu trỳc c bn ca CPU - Ký hiu: CPU vit tt ca ch Central Processing Unit (n v x lớ trung tõm) - Nhim v: CPU cú th c xem nh nóo b, mt nhng phn t ct lừi nht ca mỏy vi tớnh Nhim v chớnh ca CPU l x lý cỏc chng trỡnh vi tớnh v d kin - Hỡnh dỏng: Nhiu kiu dỏng khỏc + n gin CPU l mt chip vi vi chc chõn + Phc CPU c rỏp sn cỏc b mch vi hng trm chip khỏc - Mụ t: CPU l mt mch x lý d liu theo chng trỡnh c thit lp trc Nú l mt mch tớch hp phc gm hng triu transitor trờn mt bng mch nh B x lý trung tõm bao gm B iu khin v B lm tớnh I.2 Cỏc thnh phn chớnh CPU CPU cú chớnh: B iu khin (Control Unit CU) B s hc v Logic (Arithmetic and Logic Unit ALU) Thanh ghi (Register R) I.2 Cỏc thnh phn chớnh CPU 2.1 B iu khin (Control Unit ) CU: L cỏc vi x lớ cú nhim v thụng dch cỏc lnh ca chng trỡnh v iu khin hot ng x lớ,c iu tit chớnh xỏc bi xung nhp ng h h thng Clock: Mch xung nhp ng h h thng dựng ng b cỏc thao tỏc x lớ v ngoi CPU theo cỏc khong thi gian khụng i Khong thi gian ch gia hai xung gi l chu k xung nhp Thanh ghi l phn t nh tm b vi x lý dựng lu d liu v a ch nh mỏy ang thc hin tỏc v vi chỳng I.2 Cỏc thnh phn chớnh CPU 2.2 B s hc-logic (ALU-Arithmetic Logic Unit) ALU: Cú chc nng thc hin cỏc lnh ca n v iu khin v x lý tớn hiu ALU thc hin cỏc phộp tớnh s hc (+,-,*,/ ) hay cỏc phộp tớnh logic (so sỏnh ln hn, nh hn) 2.3 Thanh ghi (Register) Thanh ghi cú nhim v ghi mó lnh trc x lý v ghi kt qu sau x lý I.3 Cỏc thụng s k thut ca CPU 3.1 Tc ca CPU: Tc x lý ca mỏy tớnh ph thuc vo tc ca CPU, RAM, Graphic Card, Cache Tc CPU ~ tn s ng h, n v tớnh bng MHz, GHz, Vớ d: CPU Core Duo 2,6GHz nhanh hn CPU 3,4GHz Intel Core Duo cache L2 (shared cache) Intel Core Duo, Intel Pentium D CPU Quad-Core (4 nhõn) I.3 Cỏc thụng s k thut ca CPU 3.2 Tc BUS ca CPU ( FSB Front Side Bus ) FSB L tc truyn ti d liu vo CPU hay l tc d liu chy qua chõn ca CPU Tc Bus ca CPU phi phự hp vi tc Bus ca Chipset bc Chip Pen2 v Pen3 cú FSB: 66MHz, 100MHz v 133MHz Chớp Pen4 cú FSB: 400MHz, 533MHz, 800MHz, 1066MHz, 1333MHz v 1600MHz I.3 Cỏc thụng s k thut ca CPU 3.3 B nh Cache Cache: Vựng nh m CPU dựng lu cỏc phn ca chng trỡnh, cỏc ti liu sp c s dng Khi cn, CPU s tỡm thụng tin trờn cache trc tỡm trờn b nh chớnh Cache L1: Integrated cache (cache tớch hp) cache c hp nht trờn CPU CacheL1 tng tc CPU thụng tin truyn n v i nhanh hn l phi chy qua bus h thng Cache L2: Cache th cp Thụng tin tip tc c tỡm trờn cache L2 nu khụng tỡm thy trờn cache L1 Cache L2 cú tc thp hn cache L1 v cao hn tc ca cỏc chip nh (memory chip) Trong mt s trng hp (nh Pentium Pro), cache L2 cng l cache tớch hp Bộ xử lý Tập ghi Cache Cache L1 L2 Bộ Bộ nhớ nhớ III B X Lí A LếI (A NHN) MULTICORE Gii thiu chung Nhu cu v x lý a nhim Cu to vt lý ca CPU a lừi Th h CPU a lừi u tiờn Cỏc th h k tip III B X Lí A LếI (A NHN) MULTICORE Gii thiu chung CPU a nhõn, CPU a lừi (multi-core) l b vi x lý trung tõm (Central Processing Unit) cú nhiu n v vi x lý c tớch hp trờn cựng mt CPU vt lý nht, nh l s ghộp ni nhiu CPU thụng thng thnh mt CPU nht Hiu nng ca mỏy tớnh tng lờn cú tớnh cht a nhõn III B X Lí A LếI (A NHN) MULTICORE Nhu cu v x lý a nhim Cú rt nhiu phn mm ang hot ng ng thi ch nn (background) h iu hnh Mỏy ch c kt hp ng thi cung cp nhiu dch v Cỏc trỡnh cn nhiu khụng gian v tc : x lý hoCỏc trỡnh cn nhiu khụng gian v tc : x lý ho, biờn videoCỏc trỡnh cn nhiu khụng gian v tc : x lý ho, biờn video, chi game, nghe nhc, mỏy tớnh s x lý chm chp, thm treo mỏy Nu cựng s lng v mc ca cỏc ng dng ú, nu c x lý trờn mt mỏy tớnhNu cựng s lng v mc ca cỏc ng dng ú, nu c x lý trờn mt mỏy tớnh cú hai CPU c lp thỡ h thng s thc hin nhanh hn, khụng xy x lý chm, li h thng, treo mỏy ỏp ng mi nhu cu ca ngi s dng mỏy tớnh ỏp ng mi nhu cu ca ngi s dng mỏy tớnh cng ũi hi n nng lc ca CPU ln lờn CPU cú kh nng x lý nhiu lung, a nhõn, cú cụng ngh siờu phõn lung thỡ s x lý cụng vic nhanh hn III B X Lí A LếI (A NHN) MULTICORE Cu to vt lý ca CPU a lừi III B X Lí A LếI (A NHN) MULTICORE Th h CPU a lừi u tiờn Hóng IntelHóng Intel ó gii thiu nhng CPUHóng Intel ó gii thiu nhng CPU hai nhõn Pentium Extreme Edition v Pentium D u tiờn vo thỏng 4Hóng Intel ó gii thiu nhng CPU hai nhõn Pentium Extreme Edition v Pentium D u tiờn vo thỏng nm 2005 Tc x lý CPU t 2,8 GHz n 3,2 GHz FSB: 800MHz M rng EM64T 64-bit H tr Execute Disable Bit Sn xut trờn cụng ngh 90 nm (nanomet) Cú MB L2 cache (1 MB mi nhõn riờng bit v c lp) S dng Socket T (LGA775) Vo thỏng nm 2005 nhng CPU Athlon 64 X2 hai nhõn u tiờn ca AMD xut hin Cache L2 dung lng MB (ng vi 512 KB cho mi nhõn) mó: Manchester Cache L2 dung lng MB (ng vi MB cho mi nhõn) mó: Toledo Tc x lý thc t CPU t 2,2 GHz n 2,4 GHz Sn xut trờn cụng ngh 90 nm (nanomet) GHz HyperTransport S dng Socket 939 III B X Lí A LếI (A NHN) MULTICORE Cỏc th h k tip Core DuoCore Duo l cụng ngh tip theo ca cỏc CPUCore Duo l cụng ngh tip theo ca cỏc CPU hai nhõn u tiờn (Pentium D, Pentium EE) ca Intel s dng vi cu trỳc coreCore Duo l cụng ngh tip theo ca cỏc CPU hai nhõn u tiờn (Pentium D, Pentium EE) ca Intel s dng vi cu trỳc core[4] mang li nhiu ci tin hn Core Duo vi thờm cỏc ci tin mi m c ỏnh giỏ l mt bc ngot ngnh ch to b vi x lý M rng thc thi ng (Wide Dynamic Execution): ó c s dng cỏc CPU th h th (Pentium Pro, Pentium II, Pentium III ) c ci tin giỳp tiờn oỏn nhanh v sõu, chớnh xỏc hn Qun lý in nng thụng minh (Intelligent Power Capability) cho phộp tt cỏc h thng CPU khụng s dng n tit kim nng lng M rng b nh m thụng minh tiờn tin (Advanced Smart Cache) Truy xut b nh thụng minh (Smart Memory Access) Tng tc thc thi lnh, cho phộp h tr cỏc phộp toỏn 128 bit, tc l gp ụi so vi cỏc CPU c cựng hóng IV BiU DiN THễNG TIN TRấN MY TNH Cỏc dng thụng tin mỏy tớnh Cỏc h m dựng mỏy tớnh Biu din s nguyờn Cỏc phộp toỏn s hc i vi s nguyờn Biu din s thc bng du chm ng Biu din ký t IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh 1.Cỏc dng thụng tin trờn mỏy tớnh Không dấu Số nguyên Lệnh Thông tin Dữ liệu số Dữ liệu Có dấu Số thực Nh phõn, Hexa, BCD Phi s Ký t Mó húa Hỡnh nh Mó húa m Mó húa nh s m s IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh Cỏc h m dựng mỏy tớnh H m c s 10 (H thp phõn, Decimal system) Vớ d: s 12345,67 c hiu l: = 1*10 + 2*103 + 3*102 + 4*101 + 5*100 + 6*10-1 + 7*10-2 H m c s (H nh phõn, Binary system) Vớ d: S h hai 11011,01 cú giỏ tr bng = 1*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 + 0*2-1 + 1*2-2 = 27,25 H m c s 16 (H thp lc phõn, Hexadecimal system) Vớ du: S h 16: 1AF h cú giỏ tr bng: = 1*162 + 10*161 + 15*160 = 656 S BCD (Binary Coded Decimal - S thp phõn c mó hoỏ bng s nh phõn) Vớ d: S 219 biu din theo kiu s BCD thỡ c 0010 0001 1001 IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh Biu din s nguyờn Biu din s nguyờn khụng du Dựng n s nh phõn thỡ biu din c 2n s, t ữ 2n-1 Vớ du: n = bit, biu din c cỏc s: ữ 28-1 = 27 = 255 n = 16 bit, biu din c cỏc s: ữ 216-1 = 215 = 65535 Biu din s nguyờn cú du i vi s dng: Chuyn i thnh s nh phõn i vi s õm: Tỡm s dng tng ng Tỡm s bự ca s dng (o bit: 1, 0) Tỡm s bự 2, bng s bự cng Di biu din s nguyờn cú du: - n-1 n-1 ữ2 -1 Vớ d: n = bit, biu din c cỏc s: -128 ữ 127 n = 16 bit, biu din c cỏc s: -32768 ữ 32767 Vớ d: Biu din +20 s dng mó bit Ta cú: +20 = 0001 0100 Vớ d: Biu din s -45 s dng mó bit Ta cú +45 = 0010 1101 Bự 1: 1101 0010 (o bớt) Bự 2: 1101 0011 (Cng thờm vo Bự 1) Kt qu: -45= 1101 0011 IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh Cỏc phộp toỏn s hc i vi s nguyờn Bi chuyờn (T nghiờn cu) Phộp cng (addtion) Phộp tr (subtraction) Phộp nhõn (Multiplication) Phộp chia (Division) IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh Biu din s thc bng du chm ng Bi chuyờn (T nghiờn cu, np quyn bỏo cỏo) Nguyờn tc chung Chun IEEE 754/85 IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh Biu din ký t Bi chuyờn (T nghiờn cu, np quyn bỏo cỏo) ASCII: American Standard Code for Information Interchange (mó bit) EBCDIC: Extended Binary Code Decimal Interchange Code (mó bit) Unicode (mó thng nht): Mó 16 bit Con ngời Ký tự Máy tính Mã chuyển đổi 0, IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh Biu din õm Bi chuyờn (T nghiờn cu, np quyn bỏo cỏo) IV Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh Biu din hỡnh nh Bi chuyờn (T nghiờn cu, np quyn bỏo cỏo) [...]... đưa vào vi xử lý thông qua các BUS; được lưu trữ vào IC, khi đó, dữ liệu được gán một mã ‘2=X’ II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ● IC cung cấp bản sao dữ liệu ‘2=X’ tới PU và DU để xử lý ● Tại DU, mã lệnh ‘2=X’ được dịch và giải mã thành chuỗi nhị phân và chuyển đến CU và DC II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ●Bước 2: Nhấn phím số ‘3’ ●Cung cấp chỉ thị lệnh tới PU và IC ●IC được lưu trữ thêm giá trị ‘3=Y’ II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU. .. tất: ● Lấy kết quả của giai đoạn thực thi và đưa vào thanh ghi của bộ xử lý hay bộ nhớ chính II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ●Ví dụ: CPU thực hiện tính toán biểu thức: 2+3=5 ●Các ký hiệu: ● PU (Prefetch Unit) ● ● IC (Instruction Cache) ● ● Đơn vị giải mã CU (Control Unit) ● ● Cache chỉ thị lệnh DU (Decode Unit) ● ● Đơn vị nạp lệnh Đơn vị điều khiển DC(Data cache) ● Cache dữ liệu II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ●Bước 1: Nhấn... HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ●Giai đoạn nạp: ● Lấy lệnh và dữ liệu, đọc các lệnh của chương trình và dữ liệu cần thiết vào bộ xử lý ●Giai đoạn giải mã: ● Xác định mục đích của lệnh và chuyển nó đến phần cứng tương ứng ●Giai đoạn thực thi: ● Có sự tham gia của phần cứng, với lệnh và dữ liệu đã được nạp sẵn, các lệnh sẽ được thực hiện Quá trình này có thể gồm các tác vụ như cộng, chuyển bít hay nhân thập phân động. .. ‘Print Z’ II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ● PU yêu cầu một bản sao của mã lệnh ‘Print Z’ để chuyển đến DU chờ xử lý ● Tại DU, mã lệnh ‘Print Z’ được dịch và giải mã thành chuỗi các số nhị phân, rồi chuyển chuỗi đó đến CU chờ xử lý II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ● Lúc này, giá trị của Z đã được tính toán xong (ở bước 3) và kết quả đang được lưu trữ tại các thanh ghi (Registers) Lệnh Print chỉ nhận về nội dung của thanh ghi... nghệ tiếp theo của các CPUCore Duo là công nghệ tiếp theo của các CPU hai nhân đầu tiên (Pentium D, Pentium EE) của Intel sử dụng vi cấu trúc coreCore Duo là công nghệ tiếp theo của các CPU hai nhân đầu tiên (Pentium D, Pentium EE) của Intel sử dụng vi cấu trúc core[4] mang lại nhiều cải tiến hơn ● Core 2 Duo với thêm các cải tiến mới mà được đánh giá là một bước ngoặt trong ngành chế tạo bộ vi xử lý... sao của mã lệnh ‘3=Y’ đến IC và chuyển nó đến DU chờ xử lý ●Tại DU, mã lệnh ‘3=Y’ được dịch và giải mã thành chuỗi các số nhị phân, rồi được chuyển đến CU và DC chờ xử lý II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ●Bước 3: Nhấn phím ‘+’ ● Khi nhấn phím ‘+’, PU yêu cầu bộ nhớ chính và IC cung cấp các chỉ thị lệnh liên quan đến dữ liệu mới ● Vì đây là dữ liệu hoàn toàn mới, ‘+’ từ bộ nhớ chính được chuyển đến vi xử lý và. .. Để đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng máy tínhĐể đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng máy tính càng đòi hỏi đến năng lực của CPU lớn lên ● CPU có khả năng xử lý nhiều luồng, đa nhân, có công nghệ siêu phân luồng thì sẽ xử lý công việc nhanh hơn III BỘ XỬ LÝ ĐA LÕI (ĐA NHÂN) – MULTICORE ●3 Cấu tạo vật lý của CPU đa lõi III BỘ XỬ LÝ ĐA LÕI (ĐA NHÂN) – MULTICORE ●4 Thế hệ CPU đa lõi đầu tiên ● Hãng... được lưu trữ tại IC với mã ‘X+Y=Z’, biểu thị phép tính CỘNG II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ●- Tại CU, mã lệnh được xử lý, lệnh CỘNG (ADD) được gửi đến ALU, nơi mà ‘X’ và ‘Y’ được cộng lại; sau đó, chúng được gửi đến DC ALU liên lạc với các Thanh ghi (Registers) và gửi kết quả ‘5’ đến đó để được lưu trữ tại một trong các địa chỉ II HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ●Bước 4: Nhấn phím ‘=’ ● Khi nhấn phím ‘=’, PU kiểm tra trên... chứa kết quả và xuất nó ra màn hình để bạn có thể thấy kết quả cuối cùng Đến đây, CPU đã giúp người dùng tính xong phép toán ‘2+3=5’ III BỘ XỬ LÝ ĐA LÕI (ĐA NHÂN) – MULTICORE ●1 Giới thiệu chung ●2 Nhu cầu về xử lý đa nhiệm ●3 Cấu tạo vật lý của CPU đa lõi ●4 Thế hệ CPU đa lõi đầu tiên ●5 Các thế hệ kế tiếp III BỘ XỬ LÝ ĐA LÕI (ĐA NHÂN) – MULTICORE ●1 Giới thiệu chung ● CPU đa nhân, CPU đa lõi (multi-core)... – MULTICORE ●4 Thế hệ CPU đa lõi đầu tiên ● Hãng IntelHãng Intel đã giới thiệu những CPUHãng Intel đã giới thiệu những CPU hai nhân Pentium Extreme Edition và Pentium D đầu tiên vào tháng 4Hãng Intel đã giới thiệu những CPU hai nhân Pentium Extreme Edition và Pentium D đầu tiên vào tháng 4 năm 2005 ● ● Tốc độ xử lý CPU từ 2,8 GHz đến 3,2 GHz ● FSB: 800MHz ● Mở rộng EM64T 64-bit ● Hỗ trợ Execute Disable