Bộ vi xử lý (CPU) doc

BỘ VI XỬ LÝ (CPU)
I. Lịch sử phát triển của CPU
I.1. CPU là gì ?
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
I.2. CPU ra đời từ đâu ?
Trong lịch sử phát triển của mình, chiếc máy tính đã phát triển từ một chiếc máy
chữ đơn thuần thành một thiết bị đóng vai trò căn bản trong phương thức mà hàng triệu
con người chúng ta làm việc, liên lạc, học tập, giải trí và còn nhiều mô hình sử dụng khác
nữa. Việc giới thiệu chiếc máy tính cá nhân IBM đầu tiên năm 1981 đã đánh dấu một
bước ngoặt cơ bản trong ngành công nghiệp điện toán.
I.3. Giai đọan phát triển của CPU
I.3.1. Thập niên 70
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 thế hệ thứ 1
I.3.2. Thập niên 80
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
Vi xử lý thế hệ thứ 2
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
Vi xử lý thế hệ thứ 3
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.
Vi xử lý thế hệ thứ 4
I.3.3. Thập niên 90
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.

Vi xử lý thế hệ thứ 5
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.
Vi xử lý thế hệ thứ 6
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.

Intel Celeron, Intel Pentium III
I.3.4. Thập niên đầu thế kỉ 21
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").
CPU Pentium 4
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.
Intel Itanium and Itanium 2
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.

AMD Athlon 64 & AMD Athlon 64 FX
II. Các vấn đề liên quan
II.1. Khái niệm
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.
II.2. Cấu tạo CPU:
II.2.1. Bộ điều khiển (Control Unit-CU)
Là các vi xử lí có nhiệm vụ thông dịch các lệnh của chương trình và điều khiển
hoạt động xử lí,được điều tiết chính xác bởi xung nhịp đồng hồ hệ thống. Mạch xung
nhịp đồng hồ hệ thống dùng để đồng bộ các thao tác xử lí trong và ngoài CPU theo các
khoảng thời gian không đổi.Khoảng thời gian chờ giữa hai xung gọi là chu kỳ xung
nhịp.Tốc độ theo đó xung nhịp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn thời gian gọi là
tốc độ xung nhịp - tốc độ đồng hồ tính bằng triệu đơn vị mỗi giây-Mhz. Thanh ghi là
phần tử nhớ tạm trong bộ vi xử lý dùng lưu dữ liệu và địa chỉ nhớ trong máy khi đang
thực hiện tác vụ với .
II.2.2.Bộ số học-logic (Arithmetic Logic Unit-ALU)
Có chức năng thực hiện các lệnh của đơn vị điều khiển và xử lý tín hiệu. Theo tên
gọi,đơn vị này dùng để thực hiện các phép tính số học(+,-,*,/)hay các phép tính logic(so
sánh lớn hơn,nhỏ hơn )

II.2.3.Thanh ghi (Register)
Thanh ghi (register) là thành phần lưu trữ dữ liệu bên trong CPU, mỗi thanh ghi có
độ dài nhất định (16 bit hoặc 8 bit) và được nhận biết bằng một tên riêng. Tùy vào độ dài
và chức năng mà thanh ghi có công dụng chứa dữ liệu hoặc kết quả của phép toán, hoặc
là các địa chỉ dùng để định vị bộ nhớ khi cần thiết.
Nội dung của thanh ghi được truy xuất thông qua tên riêng của nó, do đó tên thanh
ghi là từ khóa quan trọng cần phải lưu ý trong lập trình.
CPU-8086 có 16 thanh ghi, mỗi thanh ghi là 16 bit, có thể chia 4 nhóm sau:
1. Thanh ghi đoạn: Gồm 4 thanh ghi 16 bit: CS, DS, ES, SS. Đây là những thanh ghi
dùng để chứa địa chỉ đoạn của các ô nhớ khi cần truy xuất. Mỗi thanh ghi đoạn quản lý 1
đoạn tối đa 64K ô nhớ trong bộ nhớ trong. Người sử dụng chỉ được phép truy xuất ô nhớ
dựa vào địa chỉ tương đối. CPU (cụ thể là BIU) có nhiệm vụ chuyển đổi địa chỉ tương đối
thành địa chỉ tuyệt đối để truy xuất vào ô nhớ tuyệt đối tương ứng trong bộ nhớ.
CS: Thanh ghi đoạn mã lệnh, lưu địa chỉ đoạn chứa mã lệnh chương trình của
người sử dụng
DS: Thanh ghi đoạn dữ liệu, lưu địa chỉ đoạn chứa dữ liệu (các biến) trong chương
trình.
ES: Thanh ghi đoạn dữ liệu thêm, lưu địa chỉ đoạn chứa dữ liệu thêm trong
chương trình.
SS: Thanh ghi đoạn ngăn xếp, lưu địa chỉ đoạn của vùng ngăn xếp.
CS:Code Segment
DS:Data Segment
ES:Extra data Segment
SS:Stack Segment
Thông thường bốn thanh ghi này có thể chứa những giá trị khác nhau, do đó
chương trình có thể được truy cập trên bốn đoạn khác nhau và chương trình chỉ có thể
truy cập cùng 1 lúc tối đa bốn đoạn. Mặc khác, đối với những chương trình nhỏ, chỉ sử
dụng 1 đoạn duy nhất, khi đó cả bốn thanh ghi đều chứa cùng giá trị địa chỉ đoạn, gọi là
đoạn chung.
2. Thanh ghi đa dụng (General Register): Bao gồm bốn thanh ghi đa dụng 16 bit

(AX, BX, CX, DX). Mỗi thanh ghi đa dụng có thể được sử dụng với nhiều mục đích khác
nhau, tuy nhiên từng thanh ghi có công dụng riêng của nó.
AX : Là thanh ghi tích lũy cơ bản. Mọi tác vụ vào/ra đều dùng thanh ghi này, tác
vụ dùng số liệu tức thời, một số tác vụ chuỗi ký tự và các lệnh tính toán đều dùng thanh
AX.
BX: Thanh ghi nền dùng để tính toán địa chỉ ô nhớ.
CX: Là thanh ghi đếm, thường dùng để đếm số lần trong một lệnh vòng lặp hoặc
lệnh xử lý chuổi ký tự.
DX: Thanh ghi dữ liệu, thường chứa địa chỉ của một số lệnh vào/ra, lệnh tính toán
số học (kể cả lệnh nhân và chia).
Mỗi thanh ghi 16 bit có thể chia đôi thành 2 thanh ghi 8 bit. Do đó, CPU-8086 có
8 thanh ghi 8 bit là: AH, AL; BH, BL; CH, CL; DH, DL (thanh ghi AH và AL tương ứng
với byte cao và byte thấp của thanh ghi AX, tương tự cho các thanh ghi 8 bit còn lại).
Ví dụ: AX = 1234h => AH = 12h, AL = 34h
3. Thanh ghi con trỏ và chỉ số (Pointer & Index register): Chức năng chung của
nhóm thanh ghi này là chứa địa chỉ độ dời của ô nhớ trong vùng dữ liệu hay ngăn xếp.
SI : Thanh ghi chỉ số nguồn
DI : Thanh ghi chỉ số đích
BP: Thanh ghi con trỏ nền dùng để lấy số liệu từ ngăn xếp.
SP:Thanh ghi con trỏ ngăn xếp luôn chỉ vào đỉnh ngăn xếp.
SI:Source Index Reg.
DI:Destination Index Reg.
BP:Base Pointer Reg.
SP:Stack Pointer Reg.
SI và DI chứa địa chỉ độ dời của ô nhớ tương ứng trong đoạn có địa chỉ chứa trong
DS hoặc ES (dữ liệu, còn gọi là Biến). Còn BP và SP chứa địa chỉ độ dời của ô nhớ
tương ứng trong đoạn có địa chỉ chứa trong SS, dùng để thâm nhập số liệu trong ngăn
xếp.
4. Thanh ghi Đếm chương trình và thanh ghi trạng thái (Cờ):
F:Flag Register.

IP:Intrucstion Pointer Reg.
II.3. Nguyên lý hoạt động của CPU
II.3.1.Điều kiện để CPU họat động
• Có điện áp VCORE cấp cho CPU (1)
• Có xung Clock (2)
• Có tín hiệu CPU_RST# (tín hiệu khởi động CPU từ Chipset bắc) (3)
• Có tín hiệu PWR_OK (tín hiệu báo các mạch ổn áp và nguồn ATX đã tốt) (4)
• Bốn điều kiện trên trùng với các điều kiện để có tín hiệu Reset hệ thống, vì
• vậy khi Mainboard đã có tín hiệu Reset hệ thống thì các điều kiện trên cũng đã có.
• Socket kết nối CPU với Mainboard tiếp xúc tốt (5)
• CPU có tốc độ BUS được Mainboard hỗ trợ (6)
• CPU nạp được chương trình BIOS (7)
• Sau khi Mainboard có tín hiệu Reset hệ thống thì cần có thêm ba điều kiện (5),
(6), (7) như ở trên để CPU có thể hoạt động.
II.3.2.Quá trình nạp Bios và họat động của CPU
Nguồn chính của nguồn ATX hoạt động cung cấp các điện áp xuống Mainboard,
đồng thời báo tín hiệu P.G (Power Good) xuống mạch Logic của Mainboard.
Mạch ổn áp VRM (mạch cấp nguồn cho CPU) hoạt động cung cấp điện áp VCORE cho
CPU và báo tín hiệu VRM_GD (tín hiệu báo mạch ổn áp VRM đã tốt) xuống mạch
Logic.
Mạch Logic (tích hợp trong SIO hoặc Chipset nam hoặc trên IC-Logic) sẽ kiểm tra
các tín hiệu báo sự cố trên (các Mainboard đời mới, mạch Logic kiểm tra cả tín hiệu báo
về từ mạch ổn áp cho Chipset và RAM), khi nguồn ATX và các mạch ổn áp hoạt động
tốt, mạch Logic sẽ cho ra tín hiệu PWRGD_ICH (báo cho Chipset nam tình trạng các
mức nguồn đã tốt)
Chipset nam cho ra tín hiệu Reset hệ thống khi có đủ các điều kiện cần thiết.
Tín hiệu Reset hệ thống (PCI_RST#) sẽ khởi động Chipset bắc và các thành phần khác
trên Mainboard
Chipset bắc hoạt động và cho ra tín hiệu CPU_RST# để khởi động CPU
CPU hoạt động và phát tín hiệu để truy cập BIOS

Nạp được chương trình BIOS, CPU sẽ duy trì sự hoạt động, đồng thời nó sử dụng
chương trình BIOS để tiếp tục khởi động và kiểm tra các thành phần của máy…
II.3.3.Kiểm tra sự họat động của CPU
Làm sao để biết CPU có hoạt động hay không và nó hoạt động khi nào là điều mà
chúng ta cần biết khi sửa chữa Mainboard. Một điều bạn đã biết (khi đã tìm hiểu các
chương trước) là CPU chỉ hoạt động khi đã có xung Clock và có tín hiệu Reset hệ thống,
vì Reset hệ thống khởi động Chipset bắc và khi Chipset bắc hoạt động mới tạo tín hiệu
khởi động CPU.
II.3.3.1. Phương pháp kiểm tra sự họat động của CPU
Gắn CPU vào Mainboard, gắn tạm toả nhiệt cho CPU, lưu ý – BUS của CPU phải
được Main hỗ trợ. Cấp nguồn cho Mainboard, gắn cả rắc 20 pin và rắc 4 pin để cấp
nguồn cho mạch ổn áp VRM. Gắn Card Test Main vào khe PCI Bật công tắc và quan sát:
Trước tiên đèn CLK phải sáng => cho biết xung Clock tốt. Sau đó đèn RST phải sáng rồi
tắt => cho biết tín hiệu Reset hệ thống tốt. Tiếp theo bạn quan sát đèn OSC và BIOS, nếu
hai đèn này sáng => Cho ta biết CPU đã hoạt động và đã nạp được chương trình BIOS
(hai đèn OSC và BIOS thường cùng sáng hoặc cùng tắt)
II.3.3.2. Nguyên nhân CPU không họat động( khi đã có tín hiệu
Reset hệ thống)
• Khi Mainboard đã có tín hiệu Reset hệ thống mà CPU vẫn không hoạt động (kiểm
tra thấy đèn OSC và BIOS tắt) là do những nguyên nhân sau đây.
• CPU có BUS không được Mainboard hỗ trợ
• Socket kết nối CPU bị hỏng (có chân không tiếp xúc)
• Chân IC – ROM BIOS tiếp xúc không tốt
• Lỗi chương trình BIOS
• Chipset bắc hỏng hoặc bong chân
II.4. Tốc độ xử lý của CPU
Tốc độ xử lý của máy tính phụ thuộc vào tốc độ của CPU, nhưng nó cũng phụ
thuộc vào các phần khác (như bộ nhớ trong, RAM, hay bo mạch đồ họa). Có nhiều công
nghệ làm tăng tốc độ xử lý của CPU. Ví dụ công nghệ Core hay Nehalem.
Tốc độ CPU có liên hệ với tần số đồng hồ làm việc của nó (tính bằng các đơn vị

như MHz, GHz, ). Đối với các CPU cùng loại tần số này càng cao thì tốc độ xử lý càng
tăng. Đối với CPU khác loại, thì điều này chưa chắc đã đúng; ví dụ CPU Core 2 Duo có
tần số 2,6GHz có thể xử lý dữ liệu nhanh hơn CPU 3,4GHz một nhân. Tốc độ CPU còn
phụ thuộc vào bộ nhớ đệm của nó, ví như Intel Core 2 Duo sử dụng chung cache L2
(shared cache) giúp cho tốc độ xử lý của hệ thống 2 nhân mới này nhanh hơn so với hệ
thống 2 nhân thế hệ 1 (Intel Pentium D) với mỗi core từng cache L2 riêng biệt. (Bộ nhớ
đệm dùng để lưu các lệnh hay dùng, giúp cho việc nhập dữ liệu xử lý nhanh hơn). Hiện
nay công nghệ sản xuất CPU mới nhất là 32nm.
Tháp so sánh tốc độ CPU
II.5. Bus và Bus hệ thống:
II.5.1.Bus
Mục đích chính của Bus là lưu thông, vận chuyển tín hiệu, dữ liệu. Trong máy
tính, người ta coi bus như kênh, tuyến – đường dẫn nội bộ để truyền tín hiệu từ bộ phận
này sang bộ phận khác trong máy tính.
II.5.2.FSB
FSB được viết tắt là Front Side Bus hoặc còn gọi là Bus hệ thống là Bus dữ liệu
vật lí được truyền theo hai hướng mà mang tất cả những thông tin tín hiệu điện giữa CPU
và những thiết bị khác bên trong hệ thống như RAM , Card màn hình , ổ cứng , BIOS ,
Card mở rộng khác …
II.5.3.QPI
QPI là sự cải tiến cấu trúc hệ thống. Vi cấu trúc thế hệ tiếp theo của IA-32 ,
“Nehalem” và thế hệ tiếp theo của IA-64 “Tukwila” , có cấu trúc hệ thống được cải tiến .
Vấn đề chính của nó là sự kết nối bên trong QPI ( QuickPath Interconnect” mới . QPI
thay thế cho FSB cũ của những bộ vi xử lí Intel với tốc độ kết nối cực kì cao. FSB cũ của
Intel có tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là 1Gtps ( Giga Transfer per second ) , giao diện
băng thông rộng , truyền dữ liệu theo hai hướng ( Bi-Direction ) . QPI có tốc độ truyền
dữ liệu vài Gtps , giao diện băng thông hẹp , hệ thống truyền tín hiệu theo nhiều hướng
khác nhau liên kết kiểu Point – to – Point . Thế hệ QPI đầu tiên có tốc độ cao nhất lên tới
6.4 Gtps , cao gấp bốn lần so với tốc độ cao nhất 1.6Gtps của FSB 1600 . Một đường
Link của QPI có tốc độ 25.6MB/s , cao gấp hai lần so với 12.8GB/s với FSB 1600 và gần

gấp 2.5 lần có với 10.7MB/s của FSB 1333 . QPI mang lại lợi ích lớn cho những CPU
của Intel nhất là đối với những hệ thống Máy chủ / Máy trạm sử dụng nhiều CPU kết nối
với nhau thông qua QPI. QPI thực sự không phải là phương thức truyền dữ liệu kiểu Nối
tiếp ( Serial ) QPI thực tế bằng thiết bị Tín hiệu Vi phân ( Differential Signaling ) được
với với Point – to – Point cho phép truyền tốc độ tín hiệu cực kì cao . Trong phương thức
truyền Tin hiệu Vi phân, phương pháp truyền tín hiệu bằng cách hai tín hiệu bù được gửi
trên hai đường truyền dữ liệu riêng biệt . Như vậy tại điểu cuối của kết nối thiết bị Nhận
đọc sự chênh lệch giữa hai tín hiệu , như vậy thiết bị Thu loại bỏ điện áp của dây dẫn đối
với Đất và loại bỏ mức nhiễu khi truyền dữ liệu với tốc độ cao. QPI đã từng được gọi là
Bus Nối tiếp ( Serial Bus ) nhưng không hoàn toàn chính xác. Bởi vì trong QPI không có
Xung đồ hồ đính kèm ( Embedded Clock ) mà Xung đồng hỗ lại đi theo đường truyền
riêng biệt . Bất kì Bus Nối tiếp nào cũng gắn trực tiếp vào trong đó Xung nhịp đồng hồ.
Giao diện nối tiếp PCI Express thực hiện việc truyền dữ liệu đi kèm theo xung nhịp đồng
hồ , QPI có Đồng hồ truyền bằng liên kết tín hiệu khác khác với phương thức truyền dữ
liệu trong Bus Serial. Như vậy phương thức truyền dữ liệu của QPI cũng tương tự như
HyperTransport của AMD. Cũng bằng cách như vậy những bộ vi xử lí chuyên dụng đều
sử dụng phương thức như vậy như bộ vi xửl í Cell trong PS3 , XCPU trong Xbox 360
cũng đều sử dụng truyền tín hiệu kiểu Vi sai với xung đồng hồ được truyền trên một
đường riêng biệt . Cấu trúc 05 lớp của QPI. Cũng tương tự như PCIe và HyperTransport ,
QPI có liên kết của kết cấu tạo thành độ rộng trong giao diện với 03 kiểu : Full-Width với
liên kết 20–bit , Hafl-Width với liên kết 10-bit và Quarter-Width với liên kết 5-bit. Thực
tế đều sử dụng liên kết chuẩn trong kết nối bên trong của CPU là Full-Width với 20-bit.
Mỗi tín hiệu dữ liệu dùng hai dây dẫn cho hệ thống tín hiệu Vi phân , cùng với hai dây
cho Xung đồng hồ tổng cộng là 42 dây dẫn ( 20 x 2 + 2 ) cho kiểu Full-Width. Mỗi thiết
bị có bộ phận Thu và Phát riêng biệt vì thế một liên kết sẽ là 84 chân kết nối. So với 150
chân của FSB 64-bit của Intel cũ khi QPI gần như giảm đi hơn một nửa. Như vậy độ
phức tạp của dây dẫn kết nối giữa những liên kết giảm đi đáng kể .
II.6. Bộ nhớ Cache
Bộ nhớ đệm nhanh (cache memory)
Tốc độ truy xuất nhanh. Thường nằm trong CPU, một số cache cũ có thể nằm

ngoài CPU: như các cache trên đế cắm kiểu slot 1, hoặc cache dạng thanh, có thể tháo rời
giống như các thanh RAM ngày nay. Bao gồm Cache L1 và Cache L2, Cache L3 (L3 chỉ
có ở một số CPU) có tốc độ truy xuất gần bằng tốc độ truyền dữ liệu trong CPU
II.7. Hãng sản xuất

II.8. Công nghệ
II.8.1.Công nghệ chế tạo CPU
Bắt đầu từ cát
Tất cả được bắt đầu với silic. Intel chế tạo chip theo từng mẻ trên các tấm wafer
được làm từ silic tinh khiết - thành phần chính trong cát ở bờ biển. Hãng này dùng silic
bởi vì nó là chất bán dẫn tự nhiên dễ bị oxy hóa. Không giống chất cách điện như thủy
tinh (luôn ngăn dòng điện đi qua) hay chất dẫn điện như đồng (luôn cho phép dòng điện
đi qua), bạn có thể biến silic thành chất dẫn điện hoặc cách điện.
Silic, nguyên tố hóa học phổ biến thứ hai trên trái đất sau oxy, được sử dụng
vì nó là chất bán dẫn tự nhiên.
Để sản xuất tấm wafer, silic được xử lý hóa học nhằm đạt được độ tinh khiết đến
99,9999%. Silic đã tinh lọc được nung chảy và trở thành thỏi hình trụ. Những thỏi silic
đó được cắt lát mỏng thành những tấm wafer và được đánh bóng cho đến khi chúng có bề
mặt hoàn hảo, nhẵn bóng như gương. Khi mới bắt đầu sản xuất chip, Intel dùng các tấm
wafer 2 inch còn hiện nay họ sử dụng wafer 300 mm (12 inch) và 200 mm (8 inch) để đạt
sản lượng cao hơn và giảm được chi phí. Cấu trúc nhiều lớp. Intel dùng quy trình "in"
quang khắc để hình thành nhiều lớp bóng bán dẫn và dẫn điện trên tấm wafer của chip.
Phân loại các tấm wafer. Bước cuối cùng trong quy trình chế tạo là phân loại wafer - một
phép kiểm tra về điện để phát hiện và loại bỏ các chip không hoạt động. Hệ thống máy
tính hoàn tất một loạt các phép đo kiểm để đảm bảo rằng các mạch điện của chip đáp ứng
yêu cầu kỹ thuật và hoạt động theo thiết kế. Các nhà máy sản xuất chip (Fab). Trong các
cơ sở sản xuất tinh vi này, Intel chế tạo chip trong những khu vực đặc biệt được gọi là
Phòng sạch. Do các phần tử không nhìn thấy hoặc bụi bẩn có thể phá hỏng mạch điện
phức tạp trên chip, không khí trong phòng sạch cũng phải "siêu" sạch (gấp hàng nghìn
lần độ sạch của phòng mổ trong bệnh viện). Nhân viên kỹ thuật mặc những bộ quần áo

đặc biệt, thường được gọi là "trang phục của thỏ" trước khi vào phòng sạch. Trang phục
đó ngăn chất bẩn như xơ vải hoặc tóc rơi vào tấm wafer.

Trong phòng sạch, không khí sạch luân chuyển qua trần và nền nhà.
Tự động hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong một nhà máy sản xuất. Các mẻ
wafer được giữ sạch cũng như được xử lý nhanh và hiệu quả khi chúng đi qua các bình
đựng có cửa mở về phía trước (FOUP). Mỗi FOUP được gắn nhãn có mã vạch xác định
các thành phần được sử dụng để sản xuất chip. Nhãn này đảm bảo việc xử lý chính xác ở
mỗi bước trong quy trình sản xuất. Tại nhà máy 300 mm, một FOUP chứa tới 25 tấm
wafer và nặng hơn 11 kg (25 pound). Tự động hóa cho phép đạt đến trọng lượng này vì
nó quá nặng để có thể mang vác hiệu quả bằng nhân công.
Quy trình sản xuất
Tự động hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong một nhà máy sản xuất. Các mẻ
wafer được giữ sạch cũng như được xử lý nhanh và hiệu quả khi chúng đi qua các bình
đựng có cửa mở về phía trước (FOUP). Mỗi FOUP được gắn nhãn có mã vạch xác định
các thành phần được sử dụng để sản xuất chip. Nhãn này đảm bảo việc xử lý chính xác ở
mỗi bước trong quy trình sản xuất. Tại nhà máy 300 mm, một FOUP chứa tới 25 tấm
wafer và nặng hơn 11 kg (25 pound). Tự động hóa cho phép đạt đến trọng lượng này vì
nó quá nặng để có thể mang vác hiệu quả bằng nhân công.
Tạo ra bóng bán dẫn trên các chip máy tính là một quy trình rất chính xác và phức
tạp. Dưới đây là tổng hợp về các bước chính trong quy trình:
Cách điện và bọc: Một lớp cách điện được "cấy" trên bề mặt của tấm wafer đã
được đánh bóng trong lò ở nhiệt độ cao với sự hiện diện của ôxy. Tấm wafer sau đó được
phủ chất liệu nhạy sáng gọi là quang trở và cũng giống như các tấm phim chụp ảnh, nó
thay đổi về mặt hóa học khi bị phơi sáng dưới tia tử ngoại.
Che mặt nạ: Mặt nạ (tạo trong giai đoạn thiết kế) quy định hình dạng của mạch
điện trên mỗi lớp của chip. Một chiếc máy tinh vi có tên máy xếp bậc sẽ cân chỉnh mặt nạ
vào tấm wafer. Nó chiếu tia tử ngoại thông qua những chỗ bị phơi sáng trên mặt nạ.
Quang trở ở phần bị chiếu sáng trở thành một lớp trong và dính.
Khắc axit: Những phần bị phơi sáng của quang trở bị loại bỏ làm lộ các phần của

lớp oxy silic phía dưới. Phần hở của oxy silic bị loại bỏ bằng quá trình được gọi là khắc
axit. Sau đó, phần quang trở còn lại cũng bị loại, để lại mẫu của oxy silic trên tấm wafer.
Ghép thêm các lớp: Những vật liệu khác như là Silic đa tinh thể (polysilicon), có
tính dẫn điện được phủ lên tấm wafer thông qua các bước che mặt nạ và khắc mở rộng.
Mỗi lớp của vật liệu mang một mẫu mạch điện duy nhất. Nhiều lớp được trải trên tấm
wafer và sau đó được loại bỏ theo từng chỗ nhỏ để tạo thành bóng bán dẫn và kết nối.
Chúng sẽ trở thành mạch điện bán dẫn của chip theo một cấu trúc trong không gian 3
chiều.
Hóa khắc (Doping): Những khu vực hở của wafer bị bắn phá bởi ion của các hợp
chất hóa học khác nhau, làm thay đổi cách thức dẫn điện của silic trong những khu vực
này. Hóa khắc là quá trình chuyển silic thành những bóng bán dẫn silicon, giúp bóng bán
dẫn thực hiện việc bật và tắt - hai trạng thái được dùng để biểu diễn các số nhị phân 1 và
0. Các biểu diễn nhị phân này sau đó được dịch thành các ký tự, con số, màu sắc và hình
ảnh đồng thời tạo ra nền tảng để lưu trữ dữ liệu trong máy tính.
Tạo công tắc: Để tạo kết nối với các lớp khác trên tấm wafer, các công tắc điện tử
được tạo thành qua nhiều bước che mặt nạ và khắc lặp đi lặp lại.
Thêm kim loại: Nhiều lớp kim loại được sử dụng để hình thành kết nối điện giữa
các lớp trong chip. Intel sử dụng nguyên liệu đồng trong khâu này.
Hoàn thiện tấm wafer: Một tấm wafer hoàn thiện chứa hàng triệu bóng bán dẫn.
Mỗi bóng bán dẫn đóng vai trò như một công tắc đóng hoặc mở cho dòng điện đi qua.
Một điện áp dương đặt trên cực cổng của bóng bán dẫn sẽ hút điện tử (cổng này tạo ra
một kênh giữa cực nguồn và cực máng của bóng bán dẫn để điện tử có thể đi qua). Trong
khi đó, một điện áp âm trên cực cổng sẽ chặn dòng điện không cho đi qua bóng bán dẫn.
II.8.2.Công nghệ đóng gói CPU
Sau khi được phân loại, wafer được đưa đến nhà máy lắp ráp của Intel, nơi một cái
cưa chính xác phân tách mỗi tấm wafer thành từng chip riêng lẻ gọi là khuôn (die). Mỗi
chip được lắp ráp vào một đế (ngoài chức năng bảo vệ chip, chiếc đế đó còn có nhiệm vụ
cung cấp nguồn và các kết nối điện với bo mạch chủ trên máy tính). Đây chính là những
IC thành phẩm mà người ta sẽ gắn trên bo mạch chủ của máy tính hoặc điện thoại di
động, PDA

Những núm nhỏ trên đế cung cấp kết nối điện tử giữa chip và bo mạch chủ.
Tái kiểm tra
Intel thực hiện các phép kiểm tra về điện và độ tin cậy đối với từng thành phẩm.
Họ thẩm định việc sản phẩm phải hoạt động ở tốc độ thiết kế trên toàn dải nhiệt độ. Bởi
vì các chip có thể được sử dụng trong nhiều sản phẩm khác nhau, từ động cơ ô tô cho đến
máy bay và laptop nên chúng phải có khả năng chống chịu những tác động của nhiều
điều kiện môi trường. Sau khi được kiểm duyệt, các chip được đánh mã, kiểm tra bằng
mắt, đóng gói và được chuyển giao cho khách hàng của Intel.
II.8.3.Công nghệ đa nhân
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.
• 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
• …
Hyper – thearding 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.

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.

DUAL CORE

QUAD CORE
Extended memory 64 technology
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.
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.
Những CPU có hỗ trợ công nghệ ảo hóa: Intel® vPro™, Intel® Xeon®, Intel®
Itanium®.

Hyper transport technology
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.

III. Các lọai CPU hiện nay
III.1. CPU Intel:
III.1.1. Lược sử
Tập đoàn Intel (Integrated Electronics) thành lập năm 1968 tại Santa Clara,
California, Hoa Kỳ. Intel sản xuất các sản phẩm như chip vi xử lý cho máy tính, bo mạch
chủ, ổ nhớ flash, cạc mạng và các thiết bị máy tính khác. Ban đầu, Intel là nhà sản xuất

bộ nhớ SRAM và DRAM và đây là sự kiện tiêu biểu đầu tiên cho các nhà sản xuất chip
bộ nhớ sau này.
III.1.2. Phân loại
Core i7, Core i5, Core i3, Core 2, Core 2 Duo, Pentium D, Core Duo
III.1.3. Giới thiệu dòng CPU Core i
Core i7: Có mật danh Bloomfield và Lynnfield, Core i7 bao gồm những bộ xử lý
cho máy để bàn mới nhất. những CPU này được coi là bộ xử lý hiện đại nhất và nhanh
nhất của Intel.
Những bộ xử lý 45nm này dựa trên vi cấu trúc Nehalem của intel, có những tính
năng như Hyper-Threading, cho phép chip thực thi 8 luồng dữ liệu cùng lúc trên 4 nhân
xử lý, quản lý điện năng tốt hơn và mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp.
Gia đình Core i7 dành cho máy để bàn gồm 2 loại chính: loại thường và loại cực mạnh.
Loại thường có tên mã là Lynnfield, Core i7 loại nàysẽ có tốc độ xung nhịp từ 2.66GHz
tới 3.06 GHz.
Còn loại cực mạnh có mật danh Bloomfield, gồm 2 bộ xử lý có tốc độ xung nhịp
lần lượt là 3.2 GHz và 3.33 GHz. Đây là những CPU dành riêng cho các game như Call
of Duty hay Crysis và các nhà thiết kế đồ họa, đem lại môi trường thực hơn cho game thủ
và những nhà thiết kế đồ họa hay media.
Ngoài ra Intel cũng có CPU Core i7 cho máy xách tay với mật danh Clarksfield.
Intel đã mới thông báo chính thức cho ra mắt những bộ vi xử lí này
Core i5: Gia đình Core i5 gồm các bộ xử lý tầm trung có 4 nhân và tốc độ xung
nhịp từ 2.66 GHz tới 3.2GHz. Chúng cũng có mật danh Lynnfield, sản xuất trên công
nghệ 45nm nhưng thiếu những tính năng cao cấp như Core i7 như Hyper-Threading. Các
CPU này hướng vào đối tượng cho những PC chủ đạo, có thể chơi Game và media nhưng
không mạnh như chip Core i7.
Intel dự tính phát hành phiên bản 32nm của chip Core i5 với mật danh Clarkdale
vào năm sau.
Core i3: Không có nhiều thông tin về gia đình Core i3 bởi nó là bộ xử lý hạng
bình dân của Intel. Loại chip mới nhất này luôn được giới thiệu cho PC cao cấp sau đó
giảm xuống những chiếc máy tính cơ bản nhất.

Intel cho biết chip Core i3 sẽ ra mắt vào đầu năm 2010. Các dự đoán về Core i3
đến giờ chỉ tập trung vào chip Arrandale và Clarkdale. Arrandale là CPU 32nm cho
laptop, còn Clarkdale thì cho desktop.
III.2. CPU AMD:
III.2.1. Lược sử
AMD thành lập năm 1969 từ một nhóm kỹ sư thành viên tách ra từ Fairchild
Semiconductor, trong số đó có cả Jerry Sanders; ngày nay AMD trở thành một công ty đa
quốc gia với hàng chục ngàn nhân viên tại châu Âu, Nhật Bản, Hoa Kỳ với tổng doanh
số (2003) là 3,5 tỷ đôla Mỹ.
AMD nổi tiếng với dòng sản phẩm Athlon cho thị trường cao cấp và Duron cho thị
trường cấp thấp giá rẻ. Một số linh kiện của các thế hệ đời trước của máy tính Apple
cũng do AMD cung cấp. Thế hệ vi xử lý mới nhất của hãng hiện nay (đời thứ 8) hỗ trợ
tập lệnh mở rộng AMD64 cho điện toán 64 bit là AMD Athlon 64 cho thị trường máy
tính để bàn và AMD Opteron cho thị trường máy chủ và trạm làm việc.
Năm 2007 AMD đã mua lại hãng sản xuất chip đồ hoạ: ATI Technologies càng
làm đa dạng thêm các sản phẩm của mình.Hiện nay ATI đang có model card đồ họa
mạnh nhất thế giới ATI Radeon HD 5970.Cho đến hiện tại đối thủ chính trên thị trường
đồ họa là NVIDIA vẫn chưa thể phản công
III.2.2. Phân loại
• 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.