Giới thiệu về CPU và RAM

Mụ c tiêu bài họ cNhận biết được đặc điểm và thông số kỹ thuật của các CPU dùng cho máy tính cá nhân Thông hiểu cách lựa chọn CPU cho hệ thống Thông hiểu cách lắp mới và thay thế CPU Thô

Bài 3 CPU VÀ RAM

Mụ c tiêu bài họ c

Nhận biết được đặc điểm và thông số kỹ thuật của các CPU

dùng cho máy tính cá nhân

Thông hiểu cách lựa chọn CPU cho hệ thống

Thông hiểu cách lắp mới và thay thế CPU

Thông hiểu các phương pháp tản nhiệt cho CPU

Thông hiểu các loại RAM khác nhau và nguyên lý hoạt động của chúng.

Thông hiểu các vấn đề cần thiết khi nâng cấp RAM

Nhắ c lạ i về CPU và Chipset

CPU

Thành phần quan trọng nhất của cả hệ thống

Tách rời với main

Chân cắm CPU ở trên main gọi là socket (CPU)

Chipset

Đứng giữa, điều khiển trao đổi giữa CPU và các thành phần khácGắn cố định ở trên main

Các nhà sản xuất CPU chính: Intel, AMD

Các đặ c tính củ a CPU

Tốc độ bus hệ thống CPU hỗ trợ; VD 1066 MHz

Tốc độ nhân CPU; VD 3.2 GHz

Socket mà CPU sử dụng và chipset mà CPU hỗ trợ

Khả năng hoạt động đa nhiệm (xử lý song song)

Độ lớn bộ nhớ cache trong CPU

Loại RAM và dung lượng tối đa CPU hỗ trợ

Các công nghệ xử lý, các tập lệnh mà CPU hỗ trợ

Công suất tiêu thụ điện

Nguyên lý hoạ t độ ng củ a CPU

Ba thành phần cơ bản

Thành phần vào ra (I/O)

Thành phần điều khiển

Thành phần tính toán (ALU)

Thanh ghi: bộ nhớ chứa dữ liệu đang được ALU xử lý

Cache: chứa dữ liệu và tập lệnh hay được sử dụng đến

Các Bus dữ liệu:

Front-side bus (FSB, bus hệ thống) nối CPU với bên ngoài

Back-side bus: nối các thành phần bên trong CPU

6

Nguyên lý hoạ t độ ng củ a CPU

Tốc độ của CPU

Là tốc độ hoạt động bên trong CPU; e.g., 3.2 GHz

Multiplier (hệ số nhân)

• Tốc độ bus hệ thống x multiplier = Tốc độ CPU

Overclocking (ép xung): Sử dụng CPU ở tốc độ cao hơn tốc độnhà sản xuất quy định

Throttling: Giảm tốc CPU

• Khi không cần tốc độ cao (Tiết kiệm điện)

• Khi hệ thống quá nóng (vì lý do an toàn)

Nguyên lý hoạ t độ ng củ a CPU

RAM tĩnh (Static RAM) giữ được thông tin liên tục

SRAM nhanh và đắt hơn DRAM

L1, L2, L3: Các tầng cache trong một CPU

9 Bài 3 CPU và RAM

10 Bài 3 CPU và RAM

Tậ p lệ nh CPU

Tập lệnh/bộ lệnh: Tập hợp các thao tác tính toán cơ bản,

được xây dựng cứng trong CPU

3 loại tập lệnh:

Reduced instruction set computing (RISC): ARM, PowerPC

Complex instruction set computing (CISC): x86

Explicitly parallel instruction computing (EPIC): Itannium

Microarchitecture: kiến trúc để xây dựng CPU

Các CPU máy tính cá nhân hầu hết đều sử dụng x86

Các công nghệ mà CPU hỗ trợ

Tiết kiệm điện

Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST) của Intel

PowerNow! Và Cool’n’Quiet của AMD

Giả lập CPU: Intel-VT-x, AMD-V

Giả lập thiết bị vào ra (I/O MMU): VT-d, AMD-Vi

Giả lập thiết bị mạng: VT-c

An toàn và bảo mật: Execute Disable Bit của Intel

Các dòng CPU củ a I ntel

Ki n trúc Các dòng CPU T c

Nhân (lu ng)

Netburst

Pentium IV, Pentium D, Pentium Extreme 1.4 -3.73 GHz

1-2 2)

(1-333 - 1066 MT/s

Core

Pentium Dual Core, Intel Core 2, Celeron 1.06-3.33 GHz

2-4 4)

(2-533 - 1333 MT/s

Bonnell Atom 0.6-2.13 GHz

1-2 4)

(1-400 - 667 MT/s Công su t < 13W

Nehalem

Intel Pentium, Core i3, Core i5, Core i7 1.2-3.8 GHz

2-8 16)

(2-DMI:

2.5GT/s;

QPI: 6.4 GT/s

4.8-3-24MB L3 Cache,

b ng thông RAM lên

t i 3xDDR3 1333 ho c 4xDDR3 1066

Sandy

Bridge

Core i3 2xxx, Core i5 2xxx, Core i7 2xxx 1.5-3.8 GHz

2-8 16)

(2-DMI:

2.5GT/s;

QPI: 6.4 GT/s

4.8-3-24MB L3 Cache,

b ng thông RAM lên

t i 4xDDR3 1600

500 MHz 2.33 GHz 1

100 200MT/s

-K8

Opteron, Athlon 64, Sempron, Turion 64, Athlon

64 X2, Turion 64 X2 1-3.2 GHz 1-2

800 - 2000 MT/s

K10

Opteron, Phenom X3, Phenom X4, Athlon X2 (Kuma), Sempron, Turion II, Athlon II, Phenom II 1.5-3.6 GHz 1-12

1.8- 3.2 GT/s

Các thiế t bị tả n nhiệ t

Hệ thống tản nhiệt: Dùng để giữ nhiệt độ CPU và hệ thống ở mức độ hoạt động an toàn.

Hệ thống tản nhiệt thường gặp gồm quạt và bộ tản nhiệt

Bộ tản nhiệt tiếp xúc với bề mặt chip và gắn với chip qua keo

tản nhiệt

Quạt CPU nằm ngay trên bộ tản nhiệt

Ngoài CPU, các thành phần khác cũng có thể được trang bị tảnnhiệt riêng như chipset, RAM, card màn hình

Case và bộ cấp nguồn cũng có quạt tản nhiệt

Một số hệ thống cao cấp sử dụng bộ tản nhiệt dùng chất lỏng

Xử lý bụ i bẩ n

Bụi có hại với máy tính

Bám vào các lỗ thông khí trên vỏ case

Bám vào các lá tản nhiệt làm giảm lưu thông khí

Làm kẹt quạt dẫn tới quạt không hoạt động

Máy tính cần được vệ sinh thường xuyên

Ít nhất 2 lần / năm

Quạ t và bộ tả n nhiệ t CPU

Quạ t và cơ cấ u tả n nhiệ t khác

Quạ t và cơ cấ u tả n nhiệ t khác

Tả n nhiệ t dùng chấ t lỏ ng

Chọ n CPU để lắ p mớ i hay nâng cấ p

Chọn CPU thỏa mãn yêu cầu hệ thống

Đọc kỹ tài liệu đi kèm main về CPU mà main hỗ trợ

Lựa chọn CPU có cấu hình phù hợp

• Tốc độ (càng cao càng tốt)

• Tốc độ bus hệ thống (càng cao càng tốt, chú ý tốc độ tối đa mà main hỗ trợ)

• Số lượng nhân (càng nhiều càng tốt)

• Dung lượng cache (càng caocàng tốt)

• Tập lệnh mà CPU hỗ trợ: VD: SSE4, Ảo hóa

• Công suất tiêu thụ tối đa và các chức năng liên quan: VD: EIST

• Giá cả

Trong trường hợp CPU không có quạt và bộ tản nhiệt đi kèm

(hàng Tray), lựa chọn bộ tản nhiệt vừa với socket CPU và chấtlượng tốt

Thực hành: lắp đặt CPU

Tùy chỉ nh CPU dùng BI OS

Các tùy chỉ nh thường gặp trong BIOS:

Hiệu chỉnh các tính năng tiết kiệm điện

• ACPI: Chuẩn giao diện quản lý các trạng thái tiết kiệm điện

– P State: CPU giảm tốc độ để tiết kiệm điện – C State: CPU ngắt bớt một số thành phần bên trong để tiết kiệm điện

Bật tắt các tính năng đặc biệt của CPU

• Ảo hóa

• Các tính năng về an toàn và bảo mật

Các tính năng liên quan đến overclock cho CPU

Nhắ c lạ i khái niệ m Bộ nhớ chính

RAM (Random Access Memory)

Lưu trữ dữ liệu và các lệnh đang chờ CPU xử lý

Dữ liệu được lưu không bền (mất đi sau khi tắt máy hay ngắt

điện)

ROM (Read-only Memory)

Sử dụng trong firmware của main

Dữ liệu được lưu bền vững (vẫn tồn tại sau khi tắt máy)

Các thông tin khác

RAM được đóng gói gắn trên các thanh: DIMM, RIMM, SIMM

Các loại RAM khác nhau: RAM tĩnh (SRAM) và động (DRAM)

Bộ nhớ cache dùng RAM tĩnh có tốc độ và giá thành cao hơn

DI MM

DIMM (dual inline memory module)

Có chân tiếp xúc ở cả hai mặt của thanh RAM

Có chip nhớ ở một hoặc cả hai mặt

Độ rộng dữ liệu là 64 bit

RAM đồng bộ (SDRAM)

Chạy đồng bộ với CPU và Bus hệ thống

SDRAM đời đầu chuyển 1 đơn vị dữ liệu trong một xung (vì thếgọi là single data rate, SDR SDRAM), có 168 chân

DDR (Double data rate SDRAM)

Dữ liệu được chuyển ở cả chiều lên và xuống của xung đồng hồDDR1: Trong một xung chuyển 2 đơn vị dữ liệu, có 184 chân

DDR2: Trong một xung chuyển 4 đơn vị dữ liệu, có 240 chân

DDR3: Trong một xung chuyển 8 đơn vị dữ liệu, có 240 chân

DDR

DI MM

Một mặt (cingle-sided) và hai mặt (double-sided)

Single-sided RAM có các chíp nhớ nằm trên một mặt thanh nhớDouble-sided RAM có các chíp nhớ nằm trên cả hai mặt của

thanh nhớ

Dãy đơn (single-ranked) và dãy kép (dual-ranked)

Rank/bank: Là đơn vị bộ nhớ mà hệ thống xử lý Một rank/bankluôn có độ rộng dữ liệu 64 bit

RAM hỗ trợ ECC sẽ có 64 bit dữ liệu + 8 bit ECC = 72 bit

Một thanh RAM có thể có 1/2/4 rank, được gọi lần lượt là ranked, dual-ranked và quad-ranked

Phân chia DI MM theo rank

Đa kênh ( Multichannel)

Memory controller: Bộ phận điều khiển việc đọc/ghi RAM.

Các chipset cũ có memory controller ở trong

Các CPU mới tích hợp sẵn memory controller trong CPU, do đó

có thế trực tiếp giao tiếp với RAM

Controller có thể làm việc với nhiều thanh RAM cùng một lúcSingle channel: Tại một thời điểm, controller làm việc với 1

Các khe cắm multichannel được sơn cùng một màu.

Các tính năng nâng cao

Kiểm tra và sửa lỗi

ECC (Error-Correcting Code)

• Phát hiện và sửa lỗi sai của 1 bit trong dữ liệu truyền đến

• ECC sử dụng thêm 8 bit để phát hiện và sửa 64-bit DIMM

Parity: 1 bit để kiểm tra dữ liệu

• Parity lẻ: Nếu số bit 1 trong dữ liệu là lẻ thì thiết lập bit kiểm tra là 0

• Parity chẵn: Nếu số bit 1 là chẵn thì set thiết lập kiểm tra là 0

Buffered và registered DIMM

Lưu dữ liệu và khuếch đại tín hiệu trước khi ghi dữ liệu vào RAMGiúp tăng độ tin cậy và dung lượng bộ nhớ tối đa của hệ thốngFB-DIMM: Fully-buffered DIMM, công nghệ RAM cao cấp dùngtrong các máy chủ

Tố c độ DI MM

Tốc độ DIMM được đo bằng Mhz hoăc PC (VD: PC6400)

MHz: Tốc độ xung chuyển dữ liệu (DDR có xung dữ liệu = 2 lầnxung điều khiển)

PC: Tổng băng thông của DIMM

PC = MHz x số lượng đơn vị dữ liệu chuyển trong một xung

Ví dụ

SDR PC133 = 133 MHz (133 MHz xung điều khiển)

DDR1 PC3200 = 400 MHz (200 MHz xung điều khiển)

DDR2 PC2-6400 = 800 MHz (400 MHz xung điều khiển)

DDR3 PC3-8500 = 1066 MHz (533 MHz xung điều khiển)

Tố c độ DI MM

Độ trễ CAS và RAS

Thời gian mà thanh RAM cần để thực hiện một bước cụ thể

trong chuỗi thao tác dùng để đọc/ghi dữ liệu

CAS: “column access strobe”

RAS: “row access strobe”

Chỉ số CAS ảnh hưởng lớn hơn tới tốc độ của RAM so với RAS vàđược dùng phổ biến hơn

Ngoài CAS và RAS còn có độ trễ khác: RCD, RP

Độ trễ của RAM thường được ghi dưới dạng:

• CAS – RCD – RP – RAS

• VD: 6 – 6 – 6 – 18

Các công nghệ khác

RIMM

Direct Rambus DRAM (RDRAM hay Direct RDRAM)

• Công nghệ RAM được Rambus sản xuất cạnh tranh với SDRAM

• Được đóng gói thành các RIMM

RIMM không còn được sản xuất nữa

RDRAM (và công nghệ đời sau đó XDR DRAM) được dùng trongcác thiết bị máy chơi game (Nitendo, PS2, PS3)

SIMM

Công nghệ RAM được dùng trước DIMM và RIMM

SIMMS có độ rộng dữ liệu 32-bit

Tốc độ tính theo thời gian truy xuất dữ liệu (nano giây): 60, 70,

80 (ns)

• Thời gian càng nhỏ càng tốt

Tổ ng kế t: RAM và hiệ u năng hệ thố ng

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống:

Tổng dung lượng RAM cài đặt

Công nghệ RAM sử dụng

Tốc độ của thanh RAM

Độ trễ CAS/RAS

Multichannel: Single, dual hay triple channel

Các tính năng nâng cao khác:

• Kiểm tra lỗi (EEC)

• Registered và buffered RAM.

Nâng cấ p RAM cho hệ thố ng

Thêm RAM cho hệ thống giải quyết được một số vấn đề:

Tốc độ chậm

Một số chương trình không chạy được

Hệ thống không ổn định

Lưu ý khi nâng cấp

Dung lượng RAM

• Hiện có

• Sẽ cần dùng đến

Số lượng thanh RAM

• Đã cắm

• Tối đa có thể cắm trên main

Chọ n lự a thanh RAM

RAM unbuffered và RAM buffered hay registered không cùng hoạt động được trên một hệ thống.

Dual-channel hay triple-channel đòi hỏi thanh RAM có thông

số kỹ thuật giống hệt nhau.

Nếu hệ thống sử dụng các thanh RAM có tốc độ khác nhau, tất cả các thanh sẽ chạy ở cùng tốc độ thấp nhất

Lưu ý khi chọn mua RAM

Sử dụng RAM cùng hãng sản xuất và cùng dòng sản phẩm nếu

Giả i quyế t sự cố

Sự cố lắp đặt CPU

Sự cố giữa main và CPU

Sự cố liên quan đến nhiệt độ

Các vấn đề POST

Sự cố liên quan đến RAM

Sự cố liên quan đến độ ổn đị nh trong quá trình hoạt động

Tổ ng kế t

Ba thành phần cơ bản của CPU: vào ra (I/O), điều khiển và

tính toán (ALU)

Các chỉ số kỹ thuật của CPU

Thanh ghi: bộ nhớ tốc độ cao lưu dữ liệu đang xử lý

Cache chứa dữ liệu và tập lệnh hay được dùng đến

Các loại bus của CPU: bus bên trong và bus hệ thống

Quạt và bộ tản nhiệt giữ nhiệt độ hệ thống thấp để đảm bảo hoạt động bình thường

Tản nhiệt dùng chất lỏng là loại tản nhiệt cao cấp được dùng trong các hệ thống công suất lớn hay khi overclock.

Bụi bám vào các thành phần của hệt thống làm giảm độ bền của thiết bị và giảm hiệu năng tản nhiệt

Tổ ng kế t

2 loại RAM theo tính chất vật lý: SRAM và DRAM

Các loại mođun RAM: SIMM, DIMM, RIMM

RAM đồng bộ (SDRAM) chạy theo đồng hồ hệ thống

Tốc độ RAM đo qua MHz, PC và độ trễ CAS/RAS

Buffered và registered lưu dữ liệu và khuếch đại tín hiệu trước khi ghi dữ liệu vào RAM.

ECC kiểm tra lỗi và sửa được 1 bit dữ liệu truyền sai.