Thực tập lắp ráp và bảo trì thiết bị tin học Nhóm 3 – Lớp buổi chiều thứ 6
BÀI THUYẾT TRÌNH
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU
Nhóm thực hiện: Nhóm 3 – Lớp buổi chiều
Ngày bảo vệ: 23/11/2012
I. TỔNG QUAN VỀ BỘ VI XỬ LÝ
1. Khái niệm CPU
˗ CPU: Central Processing Unit – Đơn vị xử lý trung tâm.
˗ Là một mạch tích hợp được tạo thành từ nhiều bóng bán dẫn (trasistor).
˗ Được xem như bộ não, một trong những phần tử cốt lõi nhất của máy vi tính.
Toàn bộ quá trình xử lý, tính toán và điều khiển đều được thực hiện bởi CPU.
˗ Chip vi xử lý đầu tiên là chip 4004 của hãng Intel (năm 1971).
˗ CPU là thành phần quan trọng quyết định tới tốc độ của máy tính. Tốc độ xử lý
của CPU thường được tính bằng MHz hoặc GHz:
1 MHz = 10
6
Hz.
1 GHz = 10
9
Hz.
2. Chức năng của CPU
˗ Điều khiển hoạt động của máy tính.
˗ Thực thi chương trình: Chương trình được thực thi gồm một dãy các chỉ thị
được lưu trữ trong bộ nhớ; CPU đảm nhận việc thực thi này.
˗ Quá trình thực thi chương trình gồm 2 bước: CPU đọc chỉ thị từ bộ nhớ và
thực thi chỉ thị đó. Việc thực thi chương trình là sự lặp đi lặp lại quá trình lấy
chỉ thị và thực thi chỉ thị.
3. Phân loại CPU
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.

˗ Registers (Các thanh ghi): Nơi chứa các lệnh trước và sau khi xử lý.
1. Đơn vị số học và logic
a) Chức năng
˗ ALU giữ vai trò tính toán trong CPU.
Năm học: 2012-2013 Trang: 2/7
Thực tập lắp ráp và bảo trì thiết bị tin học Nhóm 3 – Lớp buổi chiều thứ 6
˗ ALU sử dụng hai thanh ghi toán hạng OP1 và OP2 để giữ các toán hạng và kết
quả.
˗ ALU có thể thực hiện được các phép số học như cộng, trừ, tăng, giảm, nhân,
chia, so sánh; các phép luận lý NOT, AND, OR, XOR, phép dịch (shift), quay
(rotate).
b) Mô hình kết nối của ALU
2. Đơn vị điều khiển (Control Unit)
a) Chức năng
˗ 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 ra tín hiệu yêu cầu từ BUS hệ thống và giải quyết đáp ứng yêu cầu đó.
b) Mô hình kết nối của CU:
c) Các thông tin kết nối đến CU:
˗ Clock: Tín hiệu xung nhịp từ mạch dao động.
˗ Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến CU giải mã.
Năm học: 2012-2013 Trang: 3/7
Thực tập lắp ráp và bảo trì thiết bị tin học Nhóm 3 – Lớp buổi chiều thứ 6
˗ Các trạng thái cờ đưa đến cho biết trạng thái của CPU cũng như trạng thái thực
hiện các phép toán trong ALU.
˗ Các tín hiệu điều khiển từ BUS điều khiển.
˗ Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU: Điều khiển thanh ghi, ALU.
˗ Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU; đó là bộ nhớ hay cổng vào ra.

dành riêng để chứa các thông tin cần cất tạm trong một khoảng thời gian
ngắn, hoặc đôi khi có số lượng lớn mà không thể chứa trong các thanh ghi.
Năm học: 2012-2013 Trang: 4/7
Thực tập lắp ráp và bảo trì thiết bị tin học Nhóm 3 – Lớp buổi chiều thứ 6
SP giữ địa chỉ đỉnh chồng là nơi thông tin được cất vào. Chồng còn được
gọi là dãy vào sau ra trước (Last In First Out).
III. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU
˗ 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 chạy một chương trình, các lệnh của nó sẽ 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 0, 1.
˗ 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.
˗ Chu kỳ lệnh CPU bao gồm: Nhận lệnh, giải mã lệnh, nhận toán hạng, thực hiện
lệnh, cất toán hạng, ngắt.
˗ Giản đồ trạng thái chu kỳ lệnh:
IV. CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG TỚI HIỆU SUẤT CỦA CPU
• Đặc trưng của bộ vi xử lý:
Mỗi bộ VXL có những đặc trưng và 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:
˗ Tốc độ làm việc
˗ BUS (FSB)
˗ Bộ nhớ đệm (Cache)
˗ Tập lệnh (Intruction Set)
˗ Độ rộng BUS
˗ Điện áp hoạt động
Năm học: 2012-2013 Trang: 5/7

không phải chờ dữ liệu từ RAM vì dữ liệu từ RAM phải đi qua BUS của hệ
thống nên mất nhiều thời gian.
• Một dữ liệu trước khi được xử lý, thông qua các lệnh gợi ý của ngôn ngữ
lập trình, dữ liệu được nạp sẵn lên bộ nhớ Cache, vì vậy, khi xử lý đến,
CPU không mất thời gian chờ đợi.
Năm học: 2012-2013 Trang: 6/7
Thực tập lắp ráp và bảo trì thiết bị tin học Nhóm 3 – Lớp buổi chiều thứ 6
• Khi xử lý xong trong lúc đường truyền còn bận thì CPU lại đưa tạm kết quả
vào bộ nhớ Cache; như vậy, CPU không mất thời gian chờ đường truyền
được giải phóng.
• Bộ nhớ Cache là giải pháp làm cho CPU có điều khiển hoạt động thường
xuyên mà không phải ngắt quảng 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 đó, giá thành rất cao.
Năm học: 2012-2013 Trang: 7/7