báo cáo đề tài TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU

BÁO CÁO
TT LẮP RÁP BẢO TRÌ THIẾT BỊ TIN HỌC

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU
Nội dung chính
I. Tổng quan về máy tính và CPU
1. Tổng quan về máy tính
2. Tổng quan về CPU
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của CPU
3. Cấu trúc CPU
4. Nguyên lý hoạt động
I.
TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH VÀ CPU
∗
Máy tính là một hệ thống điện tử phức tạp, có tính phân cấp, mỗi cấp chứa tập hợp
thành phần con. Các thành phần này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau
∗
Máy tính bao gồm bốn thành phần chính:

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU )

Bộ nhớ chính

Các thành phần nhập xuất

Thành phần nối kết hệ thống
TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH
Trao đổi
thông tin
(di chuyển
dữ liệu)

Liên kết
CPU,
RAM,
thành phần
xuất nhập
Lưu trữ
chương trình
và dữ liệu
Điều khiển hoạt động
của máy tính và xử lý dữ
liệu

CPU là viết tắt của Center Processing Unit tức đơn vị xử lý trung tâm

CPU có mạch xử lý dữ liệu được lập trình sẵn. Các CPU hiện nay có tới hàng trăm triệu con
Transistor được tích hợp trong một diện tích rất nhỏ khoảng 2 đến 3cm2

Là một linh kiện quan trọng nhất của máy tính, quyết định đến tốc độ của máy tính. Nó
được ví như bộ lão của con người, toàn bộ quá trình xử lý, tính toán và điều khiển đều được
thực hiện tại đây.
TỔNG QUAN VỀ CPU

Điều khiển hoạt động của máy tính

Thực hiện lệnh chương trình, nhận lệnh và giải mã lệnh

Nhận dữ liệu, xử lý và ghi dữ liệu

Thực thi chương trình ghi trên đĩa
Chức năng cơ bản của CPU

II. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA
CPU
1. CẤU TRÚC CPU

CPU được chia làm các khối chính đó là:

Đơn vị số học logic (ALU)

Đơn vị điều khiển (CU)

Thanh ghi (Registers)

Đơn vị giao tiếp (BIU)

Cấu trúc CPU

Đơn vị số học logic (Arithmetic Logic Unit - ALU) : Khối này thực hiện các phép tính số học (cộng,
trừ, nhân, chia ) và các phép logic (AND,OR,NOT ) cơ bản trên cơ sở các dữ liệu .

Mô hình kết nối của ALU
Đơn vị số học logic
ALU
Thanh ghi cờ
Kết quả
Dliệu vào từ thanh ghi

T.h điều khiển

Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU) :


Nhận lệnh từ bộ nhớ đưa 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.

Nhận các tín hiệu yêu cầu từ BUS hệ thống và giải quyết đáp ứng yêu cầu đó.
Đơn vị điều khiển
Mô hình kết nối đơn vị
điều khiển

Thanh ghi (Registers) : bao gồm các thanh ghi cờ và thanh ghi đa năng. Các
thanh ghi cờ ghi lại thông tin trạng thái của CPU cũng như trạng thái kết quả
các lênh. Thanh ghi đa năng chứa kết quả, định địa chỉ dữ liệu

ALU, CU và Register còn được gọi chung là đơn vị thực thi (Execution Unit
- EU)
Thanh ghi

Đơn vị giao tiếp (Bus Interface Unit - BIU): có chức năng gửi ra các địa chỉ, nhận các lệnh từ bộ nhớ,
đọc số liệu vào từ các cổng , bộ nhớ, ghi dữ liệu., kết nối và trao đổi thông tin giữa Bus bên trong và
Bus bên ngoài CPU.

BIU bao gồm :

Hàng đợi lệnh (Instruction Queue)

Các thanh ghi đoạn (Segment Register)

Con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer)


Bộ vi xử lý hoạt động theo xung nhịp(clock) có tần số xác định. Tốc độ vi xử lý được đánh giá gián
tiếp thông qua tần số xung nhịp.Tốc độ các bộ vi xử lý ngày nay được tính bằng đơn vị GHz
Đơn vị giao tiếp
Cấu trúc bên trong CPU

CPU thực hiện các hoạt động sau

Nhận lệnh (Fetch Instruction): CPU nhận lệnh từ bộ nhớ

Giải mã lệnh(Decode Instruction): Xác định thao tác mà lệnh yêu cầu

Nhận dữ liệu(Fetch Data): Nhận dữ liệu từ bộ nhớ hay cổng vào ra

Xử lý dữ liệu(Process Data): thực hiện các phép toán số học và logic đối với dữ liệu

Ghi dữ liệu (Write Data): Ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay cổng vào ra.
2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CPU hoạt động hoàn toàn phụ thuộc vào các mã lệnh , mã lệnh là tín hiệu số dạng 0,1 được dịch ra từ các
câu lệnh lập trình , như vậy CPU sẽ không làm gì cả nếu không có các câu lệnh hướng dẫn .

Khi chúng ta chạy một chương trình thì các chỉ lệnh của chương trình đó được nạp lên bộ nhớ Ram, các
chỉ lệnh này đã được dịch thành ngôn ngữ máy và thường trú trên các ngăn nhớ của Ram ở dạng nhị
phân

CPU sẽ đọc và làm theo các chỉ lệnh một cách lần lượt. Trong quá trình đọc và thực hiện các chỉ lệnh, các
bộ giải mã sẽ giải mã các chỉ lệnh này thành các tín hiệu điều khiển .
Nguyên lý hoạt động
Giản đồ trạng thái chu kỳ lệnh


Một chu kỳ lệnh CPU bao gồm: Nhận lệnh, giải mã lệnh, nhận toán hạng, thực hiện lệnh, cất toán
hạng, ngắt.
Nguyên lý hoạt động

Các CPU đời cũ xử lý lệnh theo nhịp thời gian còn gọi là bộ vi xử lý ở chế độ đơn dòng lệnh,
hiệu suất thấp

Để tăng tốc độ làm việc của CPU hay tăng hiệu suất làm việc, các CPU ngày nay đều trang bị chế
độ xử lý xen kẽ dòng mã lệnh (pipelining)

Các CPU đời mới như core I còn tích hợp bộ quản lý RAM vào lõi CPU nên tốc độ xử lý ngày
tăng lên đáng kể

Bài giảng Cấu trúc máy tính – GV Đinh Đồng Lưỡng

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thông máy - Nguyễn Trọng Tuấn (Dịch)

Wikipedia.org
TÀI LIỆU THAM KHẢO