BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM

Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

51
• Triệu chứng 10 : Hệ thống thường xuyên bị Crash hoặc treo cứng.
• Triệu chứng 11 : Các cổng COM không làm việc
• Triệu chứng 12 : RTC không giữ được giờ giấc đúng đắn sau một tháng
• Triệu chứng 13 : RTC không giữ được giờ giấc đúng đắn khi tắt điện của máy
• Triệu chứng 14 : Hiện thông báo lỗi " Invalid system configuration data"
• Triệu chứng 15 : Hiện thông báo lỗi "CMOS checksum error" sau khi cập nhật một flash BIOS.
• Triệu chứng 16 : Một số đề mục CMOS Setup bị sai lạc khi chạy một ứng dụng cụ thể nào đó.
VIII.2 Giải quyết trục trặc với mật khẩu CMOS
- Dò lại các mật khẩu
- Kiểm tra xem các jumper xoá password hay không
- Tạo ra một sự thay đổi cấu hình giả tạo
- Xoá RAM CMOS
- Gỡ nguồn pin
VIII.3 Bảo trì nguồn pin nuôi CMOS
- Lưu dự phòng CMOS
- Thay thế PIN CMOS

CHƯƠNG 5 : BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM
(CPU – CENTRAL PROCESSING UNIT)
Mục tiệu : sau khi học xong học sinh có khả năng
- Mô tả các thành phần cơ bản của bộ xử lý trung tâm
- Phân biệt các loại CPU theo : nhà sản xuất, kiểu cắm, theo tốc độ...
- Các bước để ép xung
- Giải quyết các hỏng hóc của CPU
Yêu cầu : Các thành phần cơ bản của máy PC
Nội dung :
- Cơ sở về CPU
- Những khái niệm về CPU hiện đại
- Các CPU của Intel
- Các CPU của AMD
- Các CPU của Cyrix
- Việc ép xung CPU
- Giải quyết hỏng hóc CPU
I. CƠ SỞ VỀ CPU
 Chức năng
 Điều khiển MT hoạt động theo chương trình


Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

52
 Xử lý dữ liệu
 Nguyên tắc
 Nhận lệnh từ chương trình nằm trong bộ nhớ chính

 Giải mã lệnh
 Thực hiện lệnh tuần tự
 Bao gồm
 CU – Control Unit
 ALU – Arithmetic and Logic Unit
 Bus Interface Unit - Bus nội bộ
Khối điều khiển (CU - Control Unit)
 Điều khiển hoạt động của CPU và các thành phần khác:
 Đọc lệnh từ chương trình trong bộ nhớ chính (instruction fetch).
 Giải mã lệnh (instruction decode).
 Thực thi lệnh đã giải mã một cách tuần tự (instruction excution).

Khối tính toán (ALU - Arithmetic Logic Unit)
 Thực hiện các phép toán số học và logic
 Các phép toán số học: +,-,*,/.
 Các phép toán logic: NOT, AND, OR,…
 Các phép so sánh.
 …
 Dữ liệu
 Số nguyên (integer).
 Số dấu phảy tĩnh (fixed point number).
 Số dấu phảy động (floating point number).
Tập thanh ghi (Registers)
 Lưu trữ toán hạng, kết quả và các thông số khác trong quá trình tính toán của CPU.
 Bao gồm:
 Con trỏ chương trình (PC - Program Counter).
 Các thanh ghi đa chức năng.
 Thanh ghi chỉ số (index register).
 Thanh ghi cờ (flag register).

Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

53

8 bước thực hiện lệnh của CPU
1. Lấy lệnh kế tiếp từ bộ nhớ vào thanh ghi lệnh IR.
2. Thay đổi bộ đếm chương trình PC để trỏ tới lệnh tiếp sau nữa.
3. Xác định loại của lệnh vừa lấy (làm gì?).
4. Nếu lệnh sử dụng dữ liệu trong bộ nhớ thì xác định xem nó ở đâu.
5. Lấy dữ liệu (nếu có) vào thanh ghi của CPU.
6. Thi hành lệnh.
7. Cất kết quả vào nơi cần lưu trữ.
8. Trở lại bước 1 để làm lệnh kế.

Bộ xử lý trung tâm là một mạch tích hợp rất phức tạp (486 có 1,2 triệu transistor trên một
chip, Pentium có 3,1 triệu, còn Pentium Pro có tới 5,5 triệu). Hơn bất kỳ yếu tố nào, công năng của
một loại máy tính phụ thuộc chủ yếu vào các đặc trưng kỹ thuật và nhãn hiệu của bộ vi xử lý


Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

54
(VXL). Xu hướng phát triển của công nghệ VXL là tốc độ hoạt động ngày càng nhanh, độ tin cậy
ngày càng cao, kích thước ngày càng nhỏ đồng thời ít tiêu tốn điện năng.
Hãng xuất khẩu VXL hàng đầu thế giới là Intel, nhưng hiện nay có nhiều hãng khác cũng
đang cạnh tranh quyết liệt về tính năng và giá cả, trong đó phải kể đến AMD, Cyrix và NexGen.
Motorola thì chuyên sản xuất một họ vi xử lý khác dùng trong máy tính hiệu Macintosh của hãng
Apple Computer.
Thông thường các máy tính thuộc dòng tương thích IBM ở VN có 45% dùng bộ VXL 386,

486 hoặc gần đây là Pentium (P5) với tốc độ từ 33 MHz đến 150 MHz. Bộ VXL có thể hàn cố đònh
vào board mẹ hoặc gắn vào đế cắm nhiều chân. Cắm bộ VXL vào đế rất khó vì dễ bò cong chân
nên gần đây người ta đã chế tạo loại đế không cần ấn (Zero-insertion force - ZIF). Ta chỉ việc mở
đế cắm bằng một khóa đòn đẩy, cài vi mạch vào rồi đóng khóa lại, các chân tiếp xúc sẽ được cài
chặt.
Để nâng cấp VXL, nhiều loại board mẹ còn có đế OverDrive (P24T). Có thể nâng cấp một
bộ VXL từ 486 DX2 lên ngang Pentium bằng bộ vi xử lý Pentium OverDrive cắm vào đế P24T
này. Đây là một vấn đề quan trọng nên sẽ được trình bày chi tiết hơn trong một mục riêng.

Bộ vi xử lý (microprocessor-MP) là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình do người dùng thiết
lập, được tạo thành bởi một mạch tích hợp rất phức tạp (bao gồm hàng triệu transistor). Trong các máy tính
cá nhân, đơn vò xử lý trung tâm (CPU) là do bộ vi xử lý cung cấp. Hơn bất kỳ yếu tố nào, hiệu suất của một
hệ máy tính chủ yếu được quyết đònh bởi các tính năng, chủng loại, và nhãn hiệu của bộ vi xử lý mà máy
tính đó sử dụng. Các yếu tố tác động đến hiệu suất của một bộ vi xử lý (VXL) cụ thể bao gồm: độ rộng bus
dữ liệu trong và ngoài, độ rộng bus đòa chỉ, tốc độ xung nhòp và cấu trúc của nó (CISC hay RISC).
Mỗi họ VXL (Intel x86 hoặc Motorola 680x0) được thiết kế để hiểu một tập lệnh riêng, và các
chương trình phải được soạn thảo một cách có chủ ý để chạy với một họ VXL cụ thể.
Chương trình như vậy được gọi là tương hợp nhò nguyên với các bộ VXL đó và không thể chạy với bộ VXL
do hãng khác chế tạo, trừ trường hợp thông qua sự mô phỏng phần mềm và chòu thiệt về hiệu suất.
Hãng thống trò trên thò trường VXL hiện nay là Intel, cung cấp bộ VXL cho khoảng 80% máy tính loại
tương thích với IBM PC. Tuy nhiên Intel đang phải đối mặt với sự cạnh tranh không khoan nhượng của các
hãng AMD, Cyrix, và NexGen. Họ đang sản xuất loại VXL tương hợp nhò nguyên với các chương trình
được viết cho Pentium của Intel.
Bộ vi xử lý gồm những bộ phận chính nào? Trái tim của hệ thống PC là đơn vò xử lý trung tâm
(central processing unit - CPU). Nhiều người có thói quen gọi hộp máy chính là CPU vì đó là bộ phận
mạch điển hình nằm trong hộp, nhưng thực ra nó là mạch lưu giữ, xử lý và điều khiển bao gồm đơn vò số
học-logic (ALU), đơn vò điều khiển, và bộ nhớ sơ cấp dạng ROM hoặc RAM (bộ nhớ sẽ được trình bày
trong một mục riêng sau này). Chỉ có ALU và đơn vò điều khiển là được chứa trọn vẹn trong chip VXL, còn
bộ nhớ thì được lắp ở một nơi nào đó trên bo mẹ.
Đơn vò số học - logic (arithmetic logic unit - ALU) có nhiệm vụ thực hiện các lệnh của đơn vò điều

khiển và xử lý các dữ liệu. Như tên gọi, một số mạch của nó có thể tiến hành các phép tính số học đơn
giản (như cộng và trừ chẳng hạn), hoặc các phép tính logic đối với dữ liệu, như so sánh hai đại lượng để
biết cái nào lớn hơn. Để thực hiện nhiệm vụ này, ALU phải có các cổng logic cũng như các mạch nhằm
thực hiện các phép tính ở tốc độ cao.
Có thể trình bày ở đây đơn vò dấu chấm động (floating point unit - FPU). FPU nằm trong bộ VXL
và được dành riêng để quản lý và thực hiện các phép tính số học dấu phẩy động. Trong loại phép tính này,
vò trí của dấu thập phân (Mỹ dùng dấu chấm) không cố đònh mà được "thả nổi" để có thể dòch về bên phải
hoặc bên trái khi cần thiết nhằm bảo đảm đúng sai số cho phép. Trong máy tính, người ta phải dùng


Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

55
phương pháp dấu chấm động vì mọi số đều phải lưu giữ trong các phần tử nhớ có độ dài cố đònh; không có
khả năng "thả nổi" hoặc điều chỉnh dấu thập phân, máy có thể sẽ tạo nên các sai số làm tròn nghiêm trọng
khi thực hiện các tính toán với số rất lớn hoặc rất bé. Sử dụng FPU sẽ tăng tốc độ xử lý đối với các thao tác
cần tính toán nhiều, đồng thời cho độ chính xác cao hơn.
* Bộ phận chính thứ hai trong chip VXL là đơn vò điều khiển (control unit).
Đơn vò này có nhiệm vụ thông dòch các lệnh của chương trình và điều khiển hoạt động xử lý. Được
điều tiết bởi các xung nhòp thời gian chính xác của đồng hồ hệ thống, đơn vò điều khiển tiến hành lấy các
lệnh chương trình và dữ liệu từ bộ nhớ ra, lưu giữ vào các thanh ghi rồi ra lệnh cho ALU xử lý chúng.
Để "giúp việc" cho hai đơn vò chính đó còn có hàng loạt các bộ phận khác:
* Mạch xung nhòp hệ thống (system clock) dùng để đồng bộ các thao tác xử lý trong và ngoài bộ
VXL bằng cách phát ra các xung nhòp thời gian theo các khoảng cách cố đònh. Khoảng thời gian nằm giữa
hai nhòp đồng hồ hệ thống được gọi là chu kỳ xung nhòp (clock cycle), thường được đo bằng đơn vò phần
triệu hoặc phần tỷ giây. Còn giá trò tốc độ mà theo đó xung nhòp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn
thời gian, thì gọi là tốc độ xung nhòp (hay tốc độ đồng hồ - clock speed) và được tính bằng đơn vò triệu chu
kỳ mỗi giây (MHz). Tốc độ xung nhòp là một yếu tố xác đònh khả năng xử lý nhanh hay chậm của máy tính
nhưng không phải là yếu tố duy nhất. Tốc độ xử lý còn phụ thuộc vào cách thức xử lý thông tin trong cấu
trúc VXL.

Ví dụ, máy tính 80486 DX chạy ở 33MHz sẽ nhanh hơn gần gấp hai lần máy 80386 DX cũng chạy ở
tốc độ xung nhòp đó. Máy tính 80486 DX4 chạy ở 100 MHz có tốc độ xấp xỉ máy Pentium chạy ở 60 MHz.
Đồng hồ hệ thống là chính xác đối với các thao tác máy tính, nhưng đối với thời gian bình thường
của chúng ta thì không đạt yêu cầu.
* Thanh ghi (register) là phần tử nhớ tạm thời trong bộ VXL, được dùng để lưu giữ dữ liệu và đòa
chỉ nhớ trong khi máy tính đang thực hiện các tác vụ đối với chúng. Mỗi kiểu VXL có số lượng và độ dài
các thanh ghi khác nhau. Thanh ghi càng dài thì lượng thông tin mà máy tính có thể xử lý trong một thao
tác càng nhiều. Người ta cũng thường phân loại và đánh giá các bộ VXL theo độ dài thanh ghi. Bộ vi xử lý
8 bit (8 bit microprocessor) có các thanh ghi rộng 8 bit nên chỉ có thể xử lý mỗi lần 1 byte dữ liệu.
Ví dụ về loại máy là Zilog Z.80 dùng trong các máy tính thời xưa (những năm cuối 1970) chạy hệ
điều hành CP/M. Bộ vi xử lý 16 bit (16 bit microprocessor) điển hình là Intel 8088 có thanh ghi dài 16 bit
và bus dữ liệu ngoài cũng 16 bit. Trái lại Intel 8088 dùng trong máy tính IBM PC đầu tiên (1981) là loại có
thiết kế "thỏa hiệp", thanh ghi 16 bit nhưng bus dữ liệu ngoài chỉ rộng 8 bit, nhằm tận dụng những thiết bò
ngoại vi rẻ tiền loại 8 bit đang còn đầy trên thò trường hồi đó.
Bộ vi xử lý 32 bit (32 bit microprocessor) như 80486 DX chẳng hạn, có thanh ghi 32 bit nhưng bus
dữ liệu ngoài chỉ 16 bit. "Thỏa hiệp" thì rẻ tiền vì dùng được với các ngoại vi có sẵn hạ giá, nhưng thiệt
thòi vì hiệu suất thấp. Mới nhất là bộ vi xử lý 64 bit (64 bit microprocessor) có các thanh ghi và bus dữ liệu
trong rộng 64 bit, có thể xử lý 8 byte dữ liệu đồng thời. Một ví dụ điển hình là Intel Pentium. Nói chung
loại VXL 64 bit hiện nay đều làm việc với bus dữ liệu ngoài 32 bit, vì việc sử dụng ngoại vi 64 bit hiện nay
sẽ đẩy giá máy tính lên đến mức không thể chấp nhận được, và không phải mọi thiết bò ngoại vi đều có
loại 64 bit.
* Cache sơ cấp hay cache nội (primary cache, internal cache) là một bộ nhớ tạm, có tốc độ cực
nhanh, nằm trong bộ VXL, và dùng để cất giữ các dữ liệu mới truy cập được hoặc các lệnh thường xuyên
dùng, để chúng sẵn sàng có mặt hơn đối với bộ VXL. Vì được nối trực tiếp với mạch xử lý nên các lệnh và
dữ liệu ở đây có thể truy cập rất nhanh. Pentium của Intel có cache nội 16 KB trong khi Nx586 của
NexGen có cache nội đến 32 KB. Xu hướng của các bộ VXL mới hiện nay là tăng cache nội lên đến 128 K
hay 256K.
* Bus dữ liệu trong (internal data bus) là kênh dẫn điện tử gồm từ 16 đến 64 dây dẫn song song, có
nhiệm vụ thực hiện việc liên lạc nội bộ giữa các bộ phận bên trong bộ vi xử lý. Nói chung bus càng rộng