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

MỤC LỤC Mục lục……………………………………………………………………….. I. Tổng quan về máy tính và CPU 1. Máy tính………………………………………………………….3 2. CPU………………………………………………………………..3 II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của CPU 1. Cấu trúc CPU…………………………………………………4 2. Nguyên lý hoạt động………………………………………5 Tài liệu tham khảo………………………………………………………

BÁO CÁO

TT LẮP RÁP BẢO TRÌ THIẾT BỊ

TIN HỌC

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CỦA CPU

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TẠ HIẾU TÂM SINH VIÊN THỰC HIÊN : NGUYỄN VĂN TOÀN - TH8A

NGUYỄN ANH TUẤN – TH8A PHẠM MINH CƯƠNG – TH8A NHÓM THỰC HIÊN : NHÓM 5

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

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