Chuong 4 -CPU

BỘ XỬ LÝ
CENTRAL PROCESSING UNIT
(CPU)
Mục đích
Tìm hiểu các dạng khác nhau của CPU
Các thông số chính cũng như đặc tính hoạt động của chúng
clock speed, internal/external cache memory, voltages và hình dáng
CHỨC NĂNG
Tính toán toán học.
Các phép so sánh luận lý.
Điều tác dữ liệu.
Clock Speed
Clock speed là tần số thực thi các chỉ thị của CPU
Millions of cycles per second (megahertz [MHz])
Billions of cycles per second (gigahertz [GHz])
Cache Memory
Cache memory là bộ nhớ tốc độ cao dùng để nạp cac� chỉ thị và lệnh thường xuyên sử dụng nhằm làm tăng hiệu xuất của máy.
Bao gồm level 1(L1) cache, level 2 (L2) cache (Nằm ngoài mạch CPU)
Bus
Khả năng truyền thông của CPU với các thành phần khác dựa trên hệ thống mạch hỗ trợ. Hệ thống mạch mạch này được gọi là BUS
BUS để di chuyển thông tin vào và ra CPU cũng như các thiết bị khác , cho phép các thiết bị gắn kết với nhau thành một khối thống nhất
Bus dữ liệu: 8/16/32/64 bit
Bus dữ liệu càng lớn chuyển giao dữ liệu càng nhanh.
Bus địa chỉ:
Xác định vị trí I/O hoặc vị trí trong bộ nhớ
số luợng các bit trong bus địa chỉ biểu thị số lượng vật lý mà CPU có thể truy cập.
VD: CPU 20 dòng địa chỉ  có thể định địa chỉ 220 byte.

Bus điều khiển:
Đồng bộ hoá và phối hợp hoạt động CPU với các loại tín hiệu điều khiển.
Các loại tín hiệu điều khiển:
Chức năng đọc, ghi
Các kênh ngắt
Điều khiển và trọng tài bus
Điều khiển DMA
…
Các thành phần trong CPU
Khối ALU
Khối điều khiển
Các thanh ghi
Bus Speed: Caùc Motherboard thöôøng thieát keá ñeå coù theå hoã trôï nhieàu daïng CPU vôùi nhieàu toác ñoä khaùc nhau . Ngöôøi duøng coù theå thieát laäp toác ñoä BUS vaø heä soá nhaân thoâng qua Jumper hay cô caáu caáu hình khaùc ( BIOS setup) treân bo maïch chính

Tốc độ BUS có thể là 66Mhz, 100->533Mhz

Các chế độ định địa chỉ
Dùng để định địa chỉ bộ nhớ
VD: CPU 8086 20 đường địa chỉ
quản lý 220 Byte =1MB: Chương trình DOS.
CPU > 20dòng địa chỉ: DOS bị giới hạn  dùng phần mềm khác để mở rộng DOS và quản lý bộ nhớ mở rộng
Để tương thích: CPU có thể vận hành 2 chế độ:
Chế độ thực (Real mode):
xử lý giống 8086 chỉ truy cập 1MB
Dos và các chương trình Dos
Chề độ bảo vệ: (Protected mode)
Vận dụng tất cả các dòng địa chỉ
bộ nhớ vật lý lớn và hỗ trợ bộ nhớ ảo
Windows 98, Windows 2000…
Điện áp hoạt động (Voltages)
Voltage Regulator Module (VRM): Cho phép CPU chạy mức điện áp thấp hơn so với các mạch I/O.
Hệ thống P-RATING [PR]
Năm 1996
Dùng để so sánh khả năng vận hành với các CPU Intel.
VD: AMD 133Mhz Am5x86 đánh dấu PR75 vận hành tương đương 1 Pentium 75 Mhz.
CPU CISC và RISC
CISC: (Complex Instruction Set Computing):
Tập lệnh phức tạp.
Các CPU truyền thống
Mạch phức tạp, bù lại khả năng vận hành CPU.
Pentium MMX, AMD K6-2
RISC: (Reduced Instruction Set Computing):
Hạn chế các chỉ lệnh.
Vận hành CPU nhanh hơn với điện năng ít hơn.
Ít linh hoạt hơn so với CISC.
Xử lý lệnh theo đường ống
CPU xử lý mỗi lần 1 lệnh
Lệnh được nạp và xử lý hoàn toàn, sau đó đến lệnh khác.
Kỹ thuật lập ống dẫn:
Lệnh mới xử lý trong khi lệnh hiện hành vẫn xử lý
 thực hiện vài lệnh trên cùng 1 xung nhịp. Tuy nhiên chỉ có thể hoàn tất mỗi xung nhịp 1 lệnh.
Tiên đoán nhánh
Nạp lệnh kế tiếp trước khi hoàn tất chỉ lệnh trước  sai khi gặp lệnh nhảy.
Tiên đoán đúng đắn chỉ lệnh kế tiếp: đoán sai phải xác định lại
Thực Hiện Siêu Hướng: ( Superscalar)
Bổ xung nhiều ống lệnh xử lý nhiều lệnh trong 1 xung nhịp.
Pentium Pro dùng hai ống dẫn thi hành
Kieán truùc sieâu höôùng thöôøng ñöôïc keát hôïp vôùi caùc chip cao caáp RISC (Reduced Instrution Set Computer)
Thi hành động
Cho phép xử lý đánh giá luồng chương trình và chọn thứ tự tốt nhất để xử lý các chỉ lệnh  vận hành tốt hơn các tài nguyên.
Công Nghệ MMX
Công Nghệ MMX là một bổ xung để cải tiến việc nén/ giải nén Video, thao tác hình ảnh, mã hóa và xử lí I/O
MMX bao gồm 2 cải tiến lớn về mặt cấu trúc BXL
- Có Cache L1 lớn hơn
- Hỗ trợ thêm 57 lệnh mới , cùng với một khả năng lệnh mới gọi là SIMD
SSE ( Streaming SIMD Extensions)
SSE có 70 lệnh mới xử lí đồ họa và âm thanh , cho phép tính toán dấu phẩy động với một đơn vị riêng biệt (nhược điểm của MMX là chỉ xử lí số nguyên).
Cho phép các phần mềm đồ họa khả năng xử lí và hiển thị hình ảnh với độ phân giải cao , chất lượng cao
- Các trình ứng dụng đa phương tiện chất lượng âm thanh, video MPEG-2 cao , mã hóa và giải mã động thời
- Có độ chính xác cao hơn và thời gian phản hồi nhanh hơn khi chạy các ứnh dụng nhận dạng tiếng nói.
3DNOW Và ENHANCED 3DNOW
Trong các bộ xử lí AMD , tương tự SSE của Intel
Enhanced 3dnow bổ xung thêm 24 lệnh + 21 lệnh ban đầu
Các loại CPU