Giáo trình Phần cứng máy tính - Bài 4: Vi xử lý - Đơn vị xử lý trung tâm

Logo Lịch thi giữa kì Trước ngày 31-10- 2015, mỗi nhóm lý thuyết phải có ít nhất 5 bảng báo giá. Yêu cầu: Bảng báo giá phải cùng cửa hàng và ngày ra bảng báo giá 09-11-2015: Kiểm tra tay nghề ca 1.1 và 1.2 10-11-2015: Kiểm tra tay nghề ca 2.1, 2.2 và 3.1, 3.2 10-11-2015: Thi lý thuyết giữa kì  Thời gian từ 2h30  5h  Hình thức trắc nghiệm và tự luận 26 October 2015 1 MÔN : PHẦN CỨNG MÁY TÍNH 26 October 2015 2 Logo BÀI 4: VI XỬ LÝ – ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM Tổng quan vi xử lý Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Đặc trưng của vi xử lý Công nghệ vi xử lý Chẩn đoán và xử lí sự cố 26 October 2015 3 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 26 October 2015 4 Logo TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ CPU là một mạch tích hợp được tạo thành từ nhiều bóng bán dẫn (transistor). Chip vi xử lý đầu tiên là chip 4004 của hãng Intel (năm 1971). 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. 26 October 2015 5 Logo Phân loại vi xử lý 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. 26 October 2015 7 Logo Phân loại vi xử lý 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 26 October 2015 8 Logo Ví dụ: Sandy-Bridge 26 October 2015 9 Logo Phân loại vi xử lý 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 26 October 2015 11 Logo Các nhà sản xuất vi xử lý Intel ( Dòng Intel® Core™, Intel® Pentium®, Intel® Celeron® dùng cho máy để bàn, Laptop và Notebook. Dòng ntel® Xeon™, Intel® Itanium™, dùng cho các máy chủ, máy trạm. 26 October 2015 12 Logo Vi xử lý của Intel 26 October 2015 13 Logo FAN vi xử lý của Intel 26 October 2015 14 Logo Các nhà sản xuất vi xử lý AMD (Advanced Micro Devices) en/Processors/ProductInformation/0,,30_118,00.html Dòng Phenom™, Athlon™, 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. 26 October 2015 15 Logo Vi xử lý của AMD 26 October 2015 16 Logo FAN vi xử lý của AMD 26 October 2015 17 Logo Các nhà sản xuất vi xử lý Một số nhà sản xuất khác Cyrix IDT Rise VIA Motorola 26 October 2015 18 Logo CẤU TẠO VI XỬ LÝ 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. 26 October 2015 19 Logo Cấu tạo của vi xử lý Control Unit (CU) Arithmetic Logic Unit (ALU) Floating Point Unit (FPU) Register Cache L1 Cache L2 Bộ giải mã IO – BUS Unit 26 October 2015 20 Logo Nguyên lý hoạt động Khi chạy một chương trình thì các chỉ lệnh của đó sẽ được nạp lên bộ nhớ RAM CPU sẽ đọc và làm theo các chỉ lệnh này một cách lần lượt Trong quá trình đọc và làm theo các chỉ lệnh, bộ giải mã sẽ giải mã các chỉ lệnh này thành các tín hiệu điều khiển 26 October 2015 21 Logo CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA CPU 26 October 2015 22 Logo Các thành phần cơ bản của CPU a. Đơn vị điều khiển (CU: control unit) Là trung tâm điều hành máy tính. Nó có nhiệm vụ giải mã các lệnh, tạo ra các tín hiệu điều khiển công việc của các bộ phận khác của máy tính theo yêu cầu của người sử dụng hoặc theo chương trình đã cài đặt. b.Đơn vị số học & Logic (ALU: Arithmetic-Logic Unit) Thực hiện phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và logic đơn giản (AND, OR, XOR, NOT) Logo Các thành phần cơ bản của CPU c. Tập các thanh ghi (Register)  Được gắn chặt vào CPU bằng các mạch điện tử làm nhiệm vụ bộ nhớ trung gian.  Dùng để chứa thông tin tạm thời phục vụ cho các hoạt động của CPU.  Các thanh ghi mang các chức năng chuyên dụng giúp tăng tốc độ trao đổi thông tin trong máy tính.  Gồm có các thanh ghi địa chỉ, thanh ghi dữ liệu, thanh ghi lệnh và các thanh ghi cờ trạng thái. Logo ĐẶC TRƯNG CỦA VI XỬ LÝ Tốc độ làm việc BUS (FSB) Bộ nhớ đệm (Cache) 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: 26 October 2015 25 Logo Clock Frequency CPU quy định trong thời gian nhất định bao nhiêu chu kì lệnh ( bao nhiêu xung nhịp clock ) sẽ thực hiện một phép tính nào đó Clock được tạo từ một tinh thể thạch anh. Tần số xung clock được tính bằng Megahezt (MHz) hoặc Gigahezt (GHz). 26 October 2015 26 Logo Phần mềm CPU-Z 26 October 2015 28 Logo Tốc độ xử lý CPU là linh kiện quyết định đến tốc độ của máy tính, tốc độ xử lý của CPU được tính bằng MHz hoặc GHz . Tốc độ của CPU:  Số lần thực hiện lệnh trên một giây: đơn vị là Hz, MHz, GHz.  CPU có chỉ số càng cao thì tốc độ càng nhanh. Ví dụ: CPU Pentium 4 2.8 GHz  2.8 GHz = 2,800,000,000 Hz nghĩa là trong 1 giây CPU thực hiện được khoảng 2,8 tỉ lệnh. Logo Kiểm tra các thông số kỹ thuật của CPU 26 October 2015 30 Logo Tốc Độ BUS của CPU Tốc độ ra vào giữa các chân CPU – thường được gọi là Bus tuyến trước – Front Side Bus 26 October 2015 31 Logo Bộ nhớ Cache Là loại bộ nhớ có dung lượng rất nhỏ, có tốc độ xấp xỉ bằng tốc độ làm việc của CPU. 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 Có các loại: cache L1 (Level 1) , 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. 26 October 2015 32 Logo 26 October 2015 33 Logo Intructions Set 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. 26 October 2015 34 Logo 26 October 2015 35 Logo CÁC THÔNG SỐ TRONG CPU-Z 26 October 2015 36 Logo CÔNG NGHỆ CỦA VI XỬ LÝ Các công nghệ tiêu biểu được tích hợp cho vi xử lý Hyper Threading Technology Multi Core (Dual Core, Quad Core,) Intel Extended Memory 64 Technology (EM64T) Intel Virtualization Technology AMD HTT (Hyper TransportTM™ Technology) 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. 26 October 2015 37 Logo Hyper Threading Technology Công nghệ mô phỏng một CPU vật lý như hai CPU luận lý, sử dụng tài nguyên vật lý được chia sẻ và 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 lý trung bình nhanh hơn so với một CPU vật lý. 26 October 2015 38 Logo Multi Core 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. 26 October 2015 39 Logo Dual Core 26 October 2015 40 Logo Quad Core 26 October 2015 41 Logo 26 October 2015 42 Logo Dual Core & Hyper Threading Technology 26 October 2015 43 Logo 26 October 2015 44 Logo 26 October 2015 45 Logo 26 October 2015 46 Core i7 Logo Extended Memory 64 Technology (EM64T) 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. 26 October 2015 49 Logo 26 October 2015 50 Logo Intel Virtualization Technology 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. Công nghệ ảo hóa khác với chế độ multi-boot của hệ thống Multi boot: chỉ cho phép 1 OS hoạt động tại 1 thời điểm. Công nghệ ảo hóa: cho phép chạy nhiều OS cùng một lúc. Những CPU có hỗ trợ công nghệ ảo hóa: Intel® vPro™, Intel® Xeon®, Intel® Itanium®. 26 October 2015 52 Logo Intel® Turbo Boost Là công nghệ nâng hiệu suất máy tính lên thêm 20%, giúp hệ thống hoạt động nhanh hơn và kéo dài thời lượng pin, bằng cách tự động điều chỉnh xung nhịp của từng nhân độc lập cho phù hợp với nhu cầu xử lý. Logo Giới thiệu một số loại CPU Intel hiện nay Core i3 được ứng dụng trong những máy tính cá nhân sử dụng đồ họa, xử lý công việc thông dụng và hỗ trợ trên công nghệ windows 64 bit với những chương trình đồ họa: photoshop CS4, Corel X4, Plash FX loại này phù hợp cho những người dùng phổ thông: học sinh, sinh viên, nhân viên văn phòng. Logo Giới thiệu một số loại CPU Intel hiện nay Core i5 thì được dùng nhiều hơn khi máy tính cần phải xử lý công việc nhiều và hiệu quả hơn về thiết kế đồ họa và trong việc xây dựng lên hệ thống ảo hóa phục vụ công việc nghiên cứu và học tập nâng cao dùng cho những người dùng tầm trung: học sinh, sinh viên học chuyên ngành công nghệ thông tin, nhân viên văn phòng cao cấp cần xử lý nhiều công việc và đồ họa cao cấp. Logo Giới thiệu một số loại CPU Intel hiện nay Core i7 với kiến trúc 4 nhân 8 luồng dữ liệu nên thường được dùng vào trong các công việc đồ họa dưới giao diện 64 bit cần độ xử lý tốc độ cực nhanh: thiết kế hình vẽ 3D, 4D dựng phim 4D.xây dựng hệ thống ảo hóa với quy mô lớn phục vụ công việc nghiên cứu công nghệ. Dùng cho người dùng cao cấp, người dùng chuyên nghiệp: chuyên thiết kế đồ họa, chế bản âm thanh hình ảnh, sản xuất phim ảnh, sinh viên học chuyên ngành đồ họa máy tính, chế bản phim hoạt hình Logo CORE I3 VS I5 VS I7 26 October 2015 58 Logo So sánh đặc trưng Core i3, i5, i7 Logo Các thành phần cơ bản của CPU  Nhận biết 1 số loại CPU Intel Core i Số 2: core i3 thuộc đời thứ 2  Ý nghĩa các chữ cái Logo Các thành phần cơ bản của CPU Ý nghĩa của các chữ cái trong Core i đời 2 Logo Cách chọn CPU CPU và Mainboard phải tương thích với nhau, nghĩa là loại CPU được mainboard hỗ trợ. CPU socket 775 Logo Các yếu tố tác động đến hiệu suất của CPU Độ rộng Bus dữ liệu và Bus địa chỉ (Data Bus và Address Bus) Tốc độ Bus của CPU (FSB) : Là tốc độ dữ liệu ra vào các chân của CPU Dung lượng bộ nhớ đệm Cache Logo BÀI TẬP LÀM BÀI TẬP TRONG SÁCH 26 October 2015 64 Logo Lắp đặt vi xử lý Socket 370, 478: Chuẩn bị mainboard Bật cần gạt ZIP 1 góc 90o Đặt CPU vào đúng vị trí trên socket Khóa cần gạt zip 26 October 2015 68 Logo Lắp Socket 370, 478 26 October 2015 69 Logo FAN socket 478 26 October 2015 70 Logo Lắp đặt vi xử lý Socket 775: 26 October 2015 71 Logo Gắn CPU socket 775 26 October 2015 72 Logo Fan Socket 775 26 October 2015 73 Logo Locked 26 October 2015 74 Logo Đặt quạt tản nhiệt vào Mainboard 26 October 2015 75 Logo 26 October 2015 76 Logo Chân quạt gắn đúng 26 October 2015 77 Logo Unlocked 26 October 2015 78 Logo 26 October 2015 79 Logo TỔNG KẾT BÀI HỌC 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. 26 October 2015 80 HỎI VÀ ĐÁP 26 October 2015 81