Bài giảng Vi xử lý - CPU

LEANING BY DOING CHƯƠNG I : PHẦN CỨNG MÁY TÍNH BÀI 04 VI XỬ LÝ - CPU PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo MỤC TIÊU BÀI HỌC Hiểu biết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vi xử lý Giải thích các thông số kỹ thuật và công nghệ của vi xử lý Phương pháp lắp đặt và giải pháp nâng cấp vi xử lý Chẩn đoán và xử lý các lỗi của vi xử lý PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo www.themegallery.com NỘI DUNG Tổng quan về vi xử lý Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Đặc trưng của vi xử lý Công nghệ vi xử lý Các dòng và thế hệ vi xử lý Chẩn đoán và xử lý sự cố Bài tập tình huống PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo CPU (Central Processing Unit) được gọi là microprocessor hay processor – là một đơn vị xử lý trung tâm, được xem như não bộ, một trong những phần tử cốt lõi nhất của máy vi tính l i i i l i l ị l l i i í TỔNG QUAN VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Chức năng của vi xử lý : Tính toán, xử lý dữ liệu… Truy xuất, trao đổi thông tin TỔNG QUAN VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Phân loại theo mục đích sử dụng § Dùng cho các máy tính di động (Laptop, PDA…): thiết kế nhỏ gọn, hoạt động ở mức điện áp và xung clock thấp. § Dùng cho máy tính để bàn (Desktop Computer): thiết kế lớn, tốc độ xung clock cao, hệ thống tản nhiệt lớn. § Dùng cho máy trạm và máy chủ (Workstation, Server): có yêu cầu kỹ thuật khắc khe do phải vận hành liên tục trong thời gian dài với cường độ lớn. PHÂN LOẠI VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Phân loại theo kiến trúc thiết kế § Netburst: Willamette, Northwood, Prescott, Presscott-2M, Smithfield, Cedar Mill, Presler § P6M/Banias: Banias, Dothan, Dothan533, Yonah § Core/Penryn: Conroe, Wolfdale, Kentsfield, Yorkfield § Nehalem/ Westmere, Gesher § Sandy Bridge PHÂN LOẠI VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Phân loại theo công nghệ chế tạo § Nhờ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà vi xử lý ngày càng được cải tiến và thu nhỏ kích thước. § Ví dụ: công nghệ 130nm/ 90nm/ 65nm/ 45nm/ 32nm/ 22nm… PHÂN LOẠI VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Intel § Dòng Intel® Core™, Intel® Pentium®, Intel® Celeron® dùng cho máy để bàn, Laptop và Notebook. § Dòng Intel® Xeon™, Intel® Itanium™, dùng cho các máy chủ, máy trạm. VI XỬ LÝ INTEL PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo VI XỬ LÝ INTEL PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo FAN - VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo AMD (Advanced Micro Devices) Dòng Phenom™, Athlon™, Sempron, Sempron™ dùng cho máy để bàn. Dòng Turion™ 64 X2 Dual-Core Mobile Technology, Athlon 64 X2, Mobile AMD Sempron dùng cho Laptop, Notebook. Dòng Athlon MP, Opteron™ dùng cho máy chủ, máy trạm. VI XỬ LÝ AMD PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo VI XỬ LÝ AMD PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo FAN VI XỬ LÝ AMD PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Một số nhà sản xuất khác § Cyrix § IDT § Rise § VIA § Motorola… CÁC HÃNG SẢN XUẤT VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Vi xử lý được cấu tạo từ nhiều thành phần với các chức năng chuyên biệt, phụ thuộc vào từng nhà sản xuất. Tuy mỗi vi xử lý có thiết kế riêng nhưng tất cả đều có cùng chung một nguyên lý hoạt động. i l i i i i i l i i l CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Control Unit (CU) Arithmetic Logic Unit (ALU) Floating Point Unit (FPU) Register Cache L1 Cache L2 Bộ giải mã IO – BUS Unit CẤU TẠO VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo SƠ ĐỒ KHỐI NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Tốc độ làm việc BUS (FSB) Bộ nhớ đệm (Cache) § Cache L1, L2 § L3 Tập lệnh (Intructions Set) Độ rộng Bus Điện áp hoạt động Socket/ slot … Mỗi vi xử lý đều có những đặc trưng và các thông số kỹ thuật khác nhau. Tuy nhiên khi đề cập đến vi xử lý chúng ta thường quan tâm đến một số yếu tố sau đây: i i l i i i l ĐẶC TRƯNG VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo CPU Cache Bộ nhớ RAM Ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive) Kích thước Tốc độ, giá thành, dung lượng THÁP SO SÁNH TỐC ĐỘ CPU PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo THÔNG SỐ KỸ THUẬT CPU PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Để CPU có thể hoạt động được, ngoài việc phải cung cấp năng lượng thì CPU cần được cấp thêm một xung “clock”, được tạo từ một tinh thể thạch anh. Tần số xung clock được tính bằng Megahezt (MHz) hoặc Gigahezt (GHz). Tốc độ làm việc của CPU bằng với tốc độ của bus hệ thống (FSB) nhân với một hệ số (Frequency Multiple). CLOCK FREQUENCY PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo THÔNG SỐ KỸ THUẬT PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Là loại bộ nhớ có dung lượng rất nhỏ, có tốc độ xấp xỉ bằng tốc độ làm việc của CPU. Chức năng: làm giảm thời gian chờ của hệ thống vì bộ nhớ RAM có tốc độ rất thấp so với CPU. Có 2 loại: cache L1 (Level 1) và L2 (Level 2) Cache L1 (bên trong CPU): Data và Instruction. Có dung lượng 16KB-512KB. Cache L2 (gần cache L1): chứa các lệnh và dữ liệu sẽ được thực thi tiếp theo. Có dung lượng 256KB – 4MB. BỘ NHỚ CACHE PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Tập lệnh là các tập hợp những chức năng mà một CPU sẽ hỗ trợ. Mỗi chương trình hoạt động trong CPU gồm rất nhiều lệnh trong các tập lệnh ghép lại, mỗi lệnh tương ứng với một hoạt động nhất định. Vi xử lý có tích hợp nhiều tập lệnh sẽ có khả năng tính toán tốt hơn. Các tập lệnh phổ biến: CISC, RISC, SIMD, MMX, MMX+, SSE, SSE5, 3Dnow. INSTRUCTIONS SET PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Tập lệnh MMX: xử lý âm thanh và đồ họa. Tập lệnh SSE: bao gồm các lệnh MMX, được tăng cường thêm 70 lệnh hỗ trợ cho xử lý ảnh, video, âm thanh và dữ liệu 3 chiều do Intel xây dựng. Tập lệnh 3Dnow!: được AMD phát triển dựa trên tập lệnh SIMD giúp thực hiện tốt những ứng dụng đồ họa 3 chiều, nén âm thanh và video. Tập lệnh SSE5 do AMD giới thiệu giúp CPU xử lý dữ liệu với tốc độ cực cao (dự kiến phát hành vào năm 2009) không liên quan đến tập lệnh SSE của Intel. INSTRUCTIONS SET PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Các công nghệ tiêu biểu được tích hợp cho vi xử lý Hyper Threading Technology Dual Core, Quad Core Intel Extended Memory 64 Technology (EM64T) Intel Virtualization Technology AMD HTT (Hyper TransportTM™ Technology) Enhanced Intel SpeedStep Execute Disable Bit … Sự phát triển của khoa học kỹ thuật tạo nên nhiều công nghệ mới giúp CPU tối ưu hóa mọi hoạt động và đạt được hiệu quả sử dụng cao nhất. i i i i i i i CÔNG NGHỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Công nghệ mô phỏng một CPU vật lý như hai CPU luận ly ́, sử dụng tài nguyên vật ly ́ được chia sẻ va ̀ có cấu trúc chung giống nhau. Hệ điều hành và chương trình ứng dụng hoạt động trên cả hai CPU logic giúp tốc độ xử ly ́ trung bình nhanh hơn so với một CPU vật lý. HYPER – THEARDING TECHNOLOGY PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Công nghệ chế tạo vi xử lý có 2 lõi vật lý thực sự (nhân) hoạt động song song với nhau, mỗi nhân sẽ đảm nhận những công việc riêng biệt không liên quan đến nhân còn lại. MULTI - CORE PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo DUAL CORE PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo QUAD CORE PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo EM64T là công nghệ mã hoá địa chỉ có độ dài 64-bit (phiên bản nâng cấp trong cấu trúc IA-32), cho phép CPU truy cập bộ nhớ có dung lượng lớn (2^64 bit = 17179869184Gb hay 16ExaBytes). Những CPU hỗ trợ công nghệ EM64T có 2 dạng: Compatibility mode và 64bit mode. Compatibility mode: dạng tương thích cho phép OS 64bit có thể chạy những ứng dụng 16bit hoặc 32bit. Đối với chương trình 32bit thì CPU truy cập được 4GB, 16 bit là 1GB 64 bit mode: chỉ cho phép OS và các chương trình 64bit hoạt động. EXTENDED MEMORY 64 TECHNOLOGY PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Công nghệ ảo hóa cho phép nhiều OS khác nhau chạy trên cùng một nền tảng phần cứng mà không bị xung đột. Giúp cải thiện khả năng quản lý, hạn chế thời gian không hoạt động và tận dụng tối đa hiệu suất của CPU. Những CPU có hỗ trợ công nghệ ảo hóa: Intel® vPro™, Intel® Xeon®, Intel® Itanium®. INTEL VIRTUALIZATION TECHNOLOGY PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Công nghệ rút ngắn khoảng cách giữa CPU với chip cầu bắc và các thành phần khác trên mainboard. Hyper Transport™ Technology cung cấp các kết nối có tốc độ cực nhanh và độ trễ nhỏ theo kiểu điểm đến điểm giữa CPU và các thành phần trên mainboard thông qua Hyper Transport bus. HYPER TRANSPORT TECHNOLOGY PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Vi xử lý thế hệ thứ 1: đây là dòng sản phẩm đầu tiên do Intel phát triển dùng cho các máy PC. IBM chính là nhà sản xuất máy tính cá nhân đầu tiên sử dụng loại CPU này. Những CPU tiêu biểu là seri 8086 (sản xuất năm 1978) và seri 8088 (sản xuất năm 1979) có thể truy cập được 1MB bộ nhớ. Vi xử lý được chia làm 8 thế hệ với các đặc trưng và thông số kỹ thuật khác nhau tuỳ thuộc vào công nghệ và giai đoạn phát triển. i l i l i i i i THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Vi xử lý thế hệ thứ 2: Được giới thiệu năm 1982, CPU 80286 của Intel một lần nữa đã khẳng định được vị thế của mình. Nhờ tính tương thích với những CPU của thế hệ trước nên những chương trình viết trước đó đều hoạt động bình thường trên CPU 80286. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Vi xử lý thế hệ thứ 3: Là bước tiến quan trọng trong việc chuyển đổi cách xử lý các số liệu từ dạng 16bit thành dạng 32bit. CPU 80386 ra đời năm 1985 được thiết kế tối ưu cho các hoạt động tốc độ cao. Sử dụng cho các hệ điều hành cao cấp như Windows 3x và Windows NT với khả năng thực hiện nhiều tác vụ (multitasking) cùng lúc. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Vi xử lý thế hệ thứ 4: § Giảm thời gian thực thi 1 câu lệnh: để hoàn thành 1 câu lệnh đơn giản thì CPU 486 sử dụng trung bình khoảng 2 chu kì xung clock trong khi CPU 386 cần 4 chu kì xung clock. § Thiết kế bộ nhớ đệm trong cấu trúc của CPU giúp nâng cao tốc độ xử lý. § Bổ sung tính năng “Burst-mode memory cycles” giúp truy xuất bộ nhớ nhanh hơn. § Tích hợp bộ xử lý toán học nâng cao hoạt động, đồng thời với bộ xử lý toán học có sẵn nhằm tăng cường khả năng tính toán cho CPU. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Vi xử lý thế hệ thứ 5: được thiết kế với những cấu trúc và tính năng mới, điển hình là dòng sản phẩm Pentium của Intel và K5 của AMD. Intel Pentium Processor được giới thiệu vào ngày 19-10-1992, CPU Pentium tương thích hoàn toàn với các CPU của Intel trước đó. CPU Pentium có 32bit bus và 64bit data giúp cho CPU di chuyển lượng dữ liệu gấp đôi so với các CPU thế hệ trước trong cùng một chu kì. Các CPU Intel Pentium thế hệ này hoạt động với xung clock khá cao (từ 75MHz đến 266MHz) như Pentium I, Pentium II, Pentium MMX. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Vi xử lý thế hệ thứ 6: Được bổ sung nhiều chức năng mới hoàn toàn như: Dynamic Execution, Dual Independent Bus. Thế hệ thứ 6 được bắt đầu vào khoảng tháng 11-1995 (Pentium Pro). Kể từ đó, các sản phẩm tiếp theo đều có thiết kế căn bản tương tự như cấu trúc của Pentium Pro. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Intel Celeron Intel Pentium III: được giới thiệu vào tháng 2-1999, bổ sung thêm một số như: xử lý ảnh, đồ họa, xem phim, nghe nhạc, nhận dạng giọng nói. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo NexGen Nx586 AMD-K6 là CPU Nx586, sản phẩm của hai hãng NexGen và AMD THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo CPU Athlon có cache L2 dung lượng 512KB. CPU Athlon XP dùng tập lệnh 3Dnow! Professional (bao gồm tập lệnh 3DNow! và SSE) có cache L2 dung lượng 512KB. AMD Duron (tên gốc là Spitfire): được thiết kế cho những hệ thống giá rẻ (tương tự như dòng CPU Celeron của Intel) có dung lượng cache L2 rất nhỏ. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Là thế hệ của CPU Pentium 4 dùng kiến trúc NetBurst do Intel sản xuất. Dòng CPU Pentium kết thúc vào ngày 27 tháng 7 năm 2006 và được thay thể bởi dòng Intel Core (sử dụng nhân "Conroe"). THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Đặc trưng của vi xử lý thế hệ này là CPU có khả năng xử lý dữ liệu 64bit. Intel Itanium and Itanium 2: được thiết kế với công nghệ 90nm dùng cho các máy chủ hoặc trạm cần hiệu năng cao. Itanium là CPU đầu tiên của Intel có cấu trúc 64bit được giới thiệu vào ngày 21-5-2001. Itanium 2 là CPU dành cho server được giới thiệu vào tháng 6-2002. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo AMD Athlon 64 & AMD Athlon 64 FX: là CPU 64bit dành cho máy tính cá nhân thông thường với bộ điều khiển bộ nhớ được tích hợp trong CPU giúp truy xuất dữ liệu trực tiếp vào bộ nhớ với thời gian nhanh nhất. Điểm khác biệt giữa Athlon 64 và Athlon 64 FX là dung lượng cache và độ rộng của bus bộ nhớ. THẾ HỆ VI XỬ LÝ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Sự cố Chẩn đoán Khắc phục Máy hoạt động một lúc thì tự Reset hoặc Shut down. Nguyên nhân chủ yếu là do nhiệt độ của CPU quá cao hoặc nguồn cung cấp không ổn định. Kiểm tra bộ phận tản nhiệt, keo tản nhiệt, nguồn điện. Sau khi lắp CPU, bật máy lên thì màn hình thông báo: “CPU Intel Ucode loading Error” và yêu cầu nhấn phím F1 để tiếp tục. Nếu nhấn F1 mà máy hoạt động bình thường thì nguyên nhân là do mainboard có hỗ công nghệ Hyper Threading nhưng BIOS lại chưa hỗ trợ. Nâng cấp BIOS. Nếu nhấn F1 mà máy vẫn báo lỗi thì do mainboard không có s/p công nghệ Intel Hyper- Threading. Thay CPU khác mà mainboard có hỗ trợ (xem trong User Guide hoặc vào Website.) CHẨN ĐOÁN & KHẮC PHỤC SỰ CỐ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Sự cố Chẩn đoán Khắc phục Hệ thống không có bất kỳ tín hiệu gì khi khởi động. Do gắn CPU sai vị trí, BIOS không hỗ trợ, mainboard không hỗ trợ. Kiểm tra lại CPU, xem thêm User Guide để biết thêm thông tin về CPU mà mainboard hỗ trợ. Hệ thống hiển thị câu thông báo: “Math Coprocessor Failure”. Lỗi do hỏng ALU. Thay thế CPU khác. Máy tính hoạt động chậm, vào System Properties thấy tốc độ CPU nhỏ hơn tốc độ ghi trên nhãn. Thiết lập hệ số nhân của CPU trong CMOS không chính xác. Vào CMOS để hiệu chỉnh lại cho phù hợp. CHẨN ĐOÁN & KHẮC PHỤC SỰ CỐ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo CPU AMD K6 là sản phẩm của nhà sản xuất? FSB là từ viết tắt của cụm từ? Tập lệnh 3D Now & SSE5 được xây dựng bởi hãng? Bộ nhớ đệm trong vi xử lý được gọi là? Itanium 2 là thế vi xử lý dùng cho loại máy tính? FPU là đơn vị xử lý? Sự khác biệt cơ bản giữa dòng Celeron và Pentium là? BÀI TẬP KIỂM TRA PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Giải thích ý nghĩa các thông số được ghi trên CPU? Intel Celeron® D, 2.80GHZ/256/533 SL7C7 MALAY. Intel Pentium® DUAL-CORE SL3AJ MALAY 1.60GHZ/1M/800/06 Q705A785 Liệt kê các dạng đế cắm vi xử lý của Intel & AMD? Hãy cho biết những dòng chipset nào hỗ trợ công nghệ Hyper Threading? Hãy cho biết ưu và nhược điểm của công nghệ Prescott? Kể tên các thế hệ vi xử lý thuộc dòng Intel Core Family Processor? So sánh vi xử lý thuộc thế hệ Pentium D và Pentium Extreme Edition? So sánh vi xử lý thuộc thế hệ Core Duo và Core 2 Duo? Nêu các đặc điểm nổi bật của vi kiến trúc Core? Liệt kê các dòng chipset hỗ trợ công nghệ Dual Core, Quad Core? Công nghệ Intel ViiV và Intel vPro là gì? BÀI TẬP NÂNG CAO PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Logo Hai nhà sản xuất vi xử lý nổi tiếng hiện nay là Intel và AMD. Sức mạnh của vi xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố. CPU có nhiều thế hệ với những cấu trúc & tính năng khác nhau. 5 dòng vi xử lý mà Intel công bố trên Website đó là: Intel Core, Pentium, Celeron, Xeon và Itanium. Khi lắp ráp hoặc nâng cấp CPU cần quan tâm đến tính tương thích với mainboard. Bộ phận tản nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của CPU. TỖNG KẾT BÀI HỌC PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version LEANING BY DOING HỎI VÀ ĐÁP PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version