Chương 2: BỘ VI XỬ LÝ TRUNG TÂM
2.1. Cấu trúc của CPU
26
Sau khi học xong bài này người học có khả năng
Kiến thức:
- Mô tả đúng cấu trúc cơ bản của một CPU, cấu trúc CPU Dual Core của hãng
AMD và Intel.
- Trình bày được một số ưu điểm vượt trội của công nghệ Dual Core.
Kỹ năng:
Nhận diện được CPU Dual Core của hãng AMD và Intel.
Thái độ:
Có ý thức giữ gìn CPU khi sử dụng. Linh hoạt trong việc vận dụng kiến thức đã học vào thực tế.
NỘI DUNG
2.1.1. Cấu trúc cơ bản của một CPU
2.1.1.1.Khối điều khiển CU – Control Unit
a) Chức năng
- Nhận lệnh từ bộ nhớđưa vào thanh ghi lệnh IP. - Tăng nội dung thanh ghi PC mỗi khi nhận lệnh xong.
- Giải mã lệnh và xác định thao tác mà lệnh yêu cầu.
- Phát ra tín hiệu điều khiển thực thi lệnh
27
b) Các thông tin kết nối đến CU
- Clock: tín hiệu xung nhịp từ mạch tạo dao động.
- Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến CU giải mã
- Các trạng thái cờ đưa đến cho biết trạng thái của CPU cũng như trạng thái thực
hiện các phép toán trong ALU.
- Các tín hiệu điều khiển từBUS điều khiển.
- Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU: điều khiển thanh ghi, ALU.
- Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU đó là Bộ nhớ hay cổng vào ra.
2.1.1.2.Khối Logic toán học ALU
Chức năng: Thực các phép toán số học và logic
- Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm, đảo,..
- Logic: AND, OR,XOR, NOT, dịch bit,…
28
2.1.1.3.Tập các thanh ghi
a) Chức năng:
- Thực chất là vùng nhớ được CPU nhận biết qua tên thanh ghi và có tốc độ truy
xuất cực nhanh.
- Chứa thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động ở thời điểm hiện tại của CPU - Sốlượng thanh ghi tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý cụ thể -> tăng hiệu năng CPU
- Thanh ghi chia 2 loại: Loại lập trình được và loại không lập trình được
Dưới đây là tập các thanh ghi đa năng ở các thế hệ vi xử lý từ 8bit – 64bit:
c) Phân loại thanh ghi theo chức năng
- Thanh ghi địa chỉ: Thanh ghi được sử dụng để quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào ra.
- Thanh ghi dữ liệu: Thanh ghi dùng để lưu trữ dữ liệu tạm thời
- Thanh ghi đa năng: Thanh ghi có thể chứa dữ liệu hoặc địa chỉđều được - Thanh ghi điều khiển/trạng thái: Thanh ghi chứa thông tin về trạng tháiCPU.
29
2.1.2. Cấu trúc CPU Dual Core
2.1.2.1.Cấu trúc chung của một CPU dual core của AMD
Hình 2.1. Dual Core của AMD
Ta nhận thấy rằng ở thế hệ này 2 nhân CPU được tích hợp trên một chip duy nhất với cùng kích thước và số chân nhưng tốc độ thực thi tăng gần như gấp đôi. Tuy
nhiên với kiến trúc này vẫn có một nhược điểm đó là mỗi Core có một cache riêng,
điều này làm cho hiệu xuất sử dụng cache sẽ không cao, vì có khi một core thiếu cache trong khi core kia không sử dụng đến cache của mình.
2.1.2.2.Cấu trúc CPU dual core của Intel
30
Kiến trúc này sử dụng công nghệ chia sẻ thông minh cache L2, nghĩa là 2 core sử dụng chung cache L2 với tổng dung lượng 4MB. Còn ở thế hệ Dual Core trước đây, mỗi nhân có cache L2 riêng với dung lượng mỗi cache là 2MB và có nhược điểm là cache L2 của nhân nào thì nhân đó dùng, nếu thừa thì để đó và thiếu thì phải đợi. Việc chia sẻ cache L2 cũng làm tăng băng thông của từng nhân. Cache L2 dùng chung được cấp một cách năng động cho từng nhân của CPU dựa vào khối lượng công việc. Việc thực thi tối ưu 2 nhân có hiệu quả này làm tăng khả năng truy cập dữ liệu của mỗi nhân từ cache L2, giảm thời gian trễ một cách đáng kể cho những dữ liệu được thường xuyên sử dụng và nâng cao hiệu quả tính toán.
2.1.2.3.Một số ưu điểm vượt trội của công nghệ dual core
1) Tăng tốc độ tính toán song song bằng kỹ thuật siêu phân luồng (Hình 2.3)
2) Tăng tốc độ thực thi chương trình bằng bằng công nghệ chia sẻ với Cache lớn hơn
(Hình 2.4)
3) Tăng tốc độ xử lý các gói Media (Video, ảnh, …) 128bit/lần (Hình 2.5) 4) Tiết kiệm năng lượng tối đa: Chỉ cấp nguồn cho core nào đang hoặt động.
31
32
Hình 2.5. Tăng tốc độ xử lý media
2.2. Tập lệnh