Giáo trình Kỹ thuật sửa chữa máy tính - Chương 5: Bộ xử lý trung tâm

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật sửa chữa máy tính - Chương 5: Bộ xử lý trung tâm

1. 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
2. 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
3. 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. Boä xöû lyù trung taâm laø moät maïch tích hôïp raát phöùc taïp (486 coù 1,2 trieäu transistor treân moät chip, Pentium coù 3,1 trieäu, coøn Pentium Pro coù tôùi 5,5 trieäu). Hôn baát kyø yeáu toá naøo, coâng naêng cuûa moät loaïi maùy tính phuï thuoäc chuû yeáu vaøo caùc ñaëc tröng kyõ thuaät vaø nhaõn hieäu cuûa boä vi xöû lyù Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
4. 54 (VXL). Xu höôùng phaùt trieån cuûa coâng ngheä VXL laø toác ñoä hoaït ñoäng ngaøy caøng nhanh, ñoä tin caäy ngaøy caøng cao, kích thöôùc ngaøy caøng nhoû ñoàng thôøi ít tieâu toán ñieän naêng. Haõng xuaát khaåu VXL haøng ñaàu theá giôùi laø Intel, nhöng hieän nay coù nhieàu haõng khaùc cuõng ñang caïnh tranh quyeát lieät veà tính naêng vaø giaù caû, trong ñoù phaûi keå ñeán AMD, Cyrix vaø NexGen. Motorola thì chuyeân saûn xuaát moät hoï vi xöû lyù khaùc duøng trong maùy tính hieäu Macintosh cuûa haõng Apple Computer. Thoâng thöôøng caùc maùy tính thuoäc doøng töông thích IBM ôû VN coù 45% duøng boä VXL 386, 486 hoaëc gaàn ñaây laø Pentium (P5) vôùi toác ñoä töø 33 MHz ñeán 150 MHz. Boä VXL coù theå haøn coá ñònh vaøo board meï hoaëc gaén vaøo ñeá caém nhieàu chaân. Caém boä VXL vaøo ñeá raát khoù vì deã bò cong chaân neân gaàn ñaây ngöôøi ta ñaõ cheá taïo loaïi ñeá khoâng caàn aán (Zero-insertion force - ZIF). Ta chæ vieäc môû ñeá caém baèng moät khoùa ñoøn ñaåy, caøi vi maïch vaøo roài ñoùng khoùa laïi, caùc chaân tieáp xuùc seõ ñöôïc caøi chaët. Ñeå naâng caáp VXL, nhieàu loaïi board meï coøn coù ñeá OverDrive (P24T). Coù theå naâng caáp moät boä VXL töø 486 DX2 leân ngang Pentium baèng boä vi xöû lyù Pentium OverDrive caém vaøo ñeá P24T naøy. Ñaây laø moät vaán ñeà quan troïng neân seõ ñöôïc trình baøy chi tieát hôn trong moät muïc rieâng. Boä vi xöû lyù (microprocessor-MP) laø moät maïch xöû lyù döõ lieäu theo chöông trình do ngöôøi duøng thieát laäp, ñöôïc taïo thaønh bôûi moät maïch tích hôïp raát phöùc taïp (bao goàm haøng trieäu transistor). Trong caùc maùy tính caù nhaân, ñôn vò xöû lyù trung taâm (CPU) laø do boä vi xöû lyù cung caáp. Hôn baát kyø yeáu toá naøo, hieäu suaát cuûa moät heä maùy tính chuû yeáu ñöôïc quyeát ñònh bôûi caùc tính naêng, chuûng loaïi, vaø nhaõn hieäu cuûa boä vi xöû lyù maø maùy tính ñoù söû duïng. Caùc yeáu toá taùc ñoäng ñeán hieäu suaát cuûa moät boä vi xöû lyù (VXL) cuï theå bao goàm: ñoä roäng bus döõ lieäu trong vaø ngoaøi, ñoä roäng bus ñòa chæ, toác ñoä xung nhòp vaø caáu truùc cuûa noù (CISC hay RISC). Moãi hoï VXL (Intel x86 hoaëc Motorola 680x0) ñöôïc thieát keá ñeå hieåu moät taäp leänh rieâng, vaø caùc chöông trình phaûi ñöôïc soaïn thaûo moät caùch coù chuû yù ñeå chaïy vôùi moät hoï VXL cuï theå. Chöông trình nhö vaäy ñöôïc goïi laø töông hôïp nhò nguyeân vôùi caùc boä VXL ñoù vaø khoâng theå chaïy vôùi boä VXL do haõng khaùc cheá taïo, tröø tröôøng hôïp thoâng qua söï moâ phoûng phaàn meàm vaø chòu thieät veà hieäu suaát. Haõng thoáng trò treân thò tröôøng VXL hieän nay laø Intel, cung caáp boä VXL cho khoaûng 80% maùy tính loaïi töông thích vôùi IBM PC. Tuy nhieân Intel ñang phaûi ñoái maët vôùi söï caïnh tranh khoâng khoan nhöôïng cuûa caùc haõng AMD, Cyrix, vaø NexGen. Hoï ñang saûn xuaát loaïi VXL töông hôïp nhò nguyeân vôùi caùc chöông trình ñöôïc vieát cho Pentium cuûa Intel. Boä vi xöû lyù goàm nhöõng boä phaän chính naøo? Traùi tim cuûa heä thoáng PC laø ñôn vò xöû lyù trung taâm (central processing unit - CPU). Nhieàu ngöôøi coù thoùi quen goïi hoäp maùy chính laø CPU vì ñoù laø boä phaän maïch ñieån hình naèm trong hoäp, nhöng thöïc ra noù laø maïch löu giöõ, xöû lyù vaø ñieàu khieån bao goàm ñôn vò soá hoïc-logic (ALU), ñôn vò ñieàu khieån, vaø boä nhôù sô caáp daïng ROM hoaëc RAM (boä nhôù seõ ñöôïc trình baøy trong moät muïc rieâng sau naøy). Chæ coù ALU vaø ñôn vò ñieàu khieån laø ñöôïc chöùa troïn veïn trong chip VXL, coøn boä nhôù thì ñöôïc laép ôû moät nôi naøo ñoù treân bo meï. Ñôn vò soá hoïc - logic (arithmetic logic unit - ALU) coù nhieäm vuï thöïc hieän caùc leänh cuûa ñôn vò ñieàu khieån vaø xöû lyù caùc döõ lieäu. Nhö teân goïi, moät soá maïch cuûa noù coù theå tieán haønh caùc pheùp tính soá hoïc ñôn giaûn (nhö coäng vaø tröø chaúng haïn), hoaëc caùc pheùp tính logic ñoái vôùi döõ lieäu, nhö so saùnh hai ñaïi löôïng ñeå bieát caùi naøo lôùn hôn. Ñeå thöïc hieän nhieäm vuï naøy, ALU phaûi coù caùc coång logic cuõng nhö caùc maïch nhaèm thöïc hieän caùc pheùp tính ôû toác ñoä cao. Coù theå trình baøy ôû ñaây ñôn vò daáu chaám ñoäng (floating point unit - FPU). FPU naèm trong boä VXL vaø ñöôïc daønh rieâng ñeå quaûn lyù vaø thöïc hieän caùc pheùp tính soá hoïc daáu phaåy ñoäng. Trong loaïi pheùp tính naøy, vò trí cuûa daáu thaäp phaân (Myõ duøng daáu chaám) khoâng coá ñònh maø ñöôïc "thaû noåi" ñeå coù theå dòch veà beân phaûi hoaëc beân traùi khi caàn thieát nhaèm baûo ñaûm ñuùng sai soá cho pheùp. Trong maùy tính, ngöôøi ta phaûi duøng Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
5. 55 phöông phaùp daáu chaám ñoäng vì moïi soá ñeàu phaûi löu giöõ trong caùc phaàn töû nhôù coù ñoä daøi coá ñònh; khoâng coù khaû naêng "thaû noåi" hoaëc ñieàu chænh daáu thaäp phaân, maùy coù theå seõ taïo neân caùc sai soá laøm troøn nghieâm troïng khi thöïc hieän caùc tính toaùn vôùi soá raát lôùn hoaëc raát beù. Söû duïng FPU seõ taêng toác ñoä xöû lyù ñoái vôùi caùc thao taùc caàn tính toaùn nhieàu, ñoàng thôøi cho ñoä chính xaùc cao hôn. * Boä phaän chính thöù hai trong chip VXL laø ñôn vò ñieàu khieån (control unit). Ñôn vò naøy coù nhieäm vuï thoâng dòch caùc leänh cuûa chöông trình vaø ñieàu khieån hoaït ñoäng xöû lyù. Ñöôïc ñieàu tieát bôûi caùc xung nhòp thôøi gian chính xaùc cuûa ñoàng hoà heä thoáng, ñôn vò ñieàu khieån tieán haønh laáy caùc leänh chöông trình vaø döõ lieäu töø boä nhôù ra, löu giöõ vaøo caùc thanh ghi roài ra leänh cho ALU xöû lyù chuùng. Ñeå "giuùp vieäc" cho hai ñôn vò chính ñoù coøn coù haøng loaït caùc boä phaän khaùc: * Maïch xung nhòp heä thoáng (system clock) duøng ñeå ñoàng boä caùc thao taùc xöû lyù trong vaø ngoaøi boä VXL baèng caùch phaùt ra caùc xung nhòp thôøi gian theo caùc khoaûng caùch coá ñònh. Khoaûng thôøi gian naèm giöõa hai nhòp ñoàng hoà heä thoáng ñöôïc goïi laø chu kyø xung nhòp (clock cycle), thöôøng ñöôïc ño baèng ñôn vò phaàn trieäu hoaëc phaàn tyû giaây. Coøn giaù trò toác ñoä maø theo ñoù xung nhòp heä thoáng taïo ra caùc xung tín hieäu chuaån thôøi gian, thì goïi laø toác ñoä xung nhòp (hay toác ñoä ñoàng hoà - clock speed) vaø ñöôïc tính baèng ñôn vò trieäu chu kyø moãi giaây (MHz). Toác ñoä xung nhòp laø moät yeáu toá xaùc ñònh khaû naêng xöû lyù nhanh hay chaäm cuûa maùy tính nhöng khoâng phaûi laø yeáu toá duy nhaát. Toác ñoä xöû lyù coøn phuï thuoäc vaøo caùch thöùc xöû lyù thoâng tin trong caáu truùc VXL. Ví duï, maùy tính 80486 DX chaïy ôû 33MHz seõ nhanh hôn gaàn gaáp hai laàn maùy 80386 DX cuõng chaïy ôû toác ñoä xung nhòp ñoù. Maùy tính 80486 DX4 chaïy ôû 100 MHz coù toác ñoä xaáp xæ maùy Pentium chaïy ôû 60 MHz. Ñoàng hoà heä thoáng laø chính xaùc ñoái vôùi caùc thao taùc maùy tính, nhöng ñoái vôùi thôøi gian bình thöôøng cuûa chuùng ta thì khoâng ñaït yeâu caàu. * Thanh ghi (register) laø phaàn töû nhôù taïm thôøi trong boä VXL, ñöôïc duøng ñeå löu giöõ döõ lieäu vaø ñòa chæ nhôù trong khi maùy tính ñang thöïc hieän caùc taùc vuï ñoái vôùi chuùng. Moãi kieåu VXL coù soá löôïng vaø ñoä daøi caùc thanh ghi khaùc nhau. Thanh ghi caøng daøi thì löôïng thoâng tin maø maùy tính coù theå xöû lyù trong moät thao taùc caøng nhieàu. Ngöôøi ta cuõng thöôøng phaân loaïi vaø ñaùnh giaù caùc boä VXL theo ñoä daøi thanh ghi. Boä vi xöû lyù 8 bit (8 bit microprocessor) coù caùc thanh ghi roäng 8 bit neân chæ coù theå xöû lyù moãi laàn 1 byte döõ lieäu. Ví duï veà loaïi maùy laø Zilog Z.80 duøng trong caùc maùy tính thôøi xöa (nhöõng naêm cuoái 1970) chaïy heä ñieàu haønh CP/M. Boä vi xöû lyù 16 bit (16 bit microprocessor) ñieån hình laø Intel 8088 coù thanh ghi daøi 16 bit vaø bus döõ lieäu ngoaøi cuõng 16 bit. Traùi laïi Intel 8088 duøng trong maùy tính IBM PC ñaàu tieân (1981) laø loaïi coù thieát keá "thoûa hieäp", thanh ghi 16 bit nhöng bus döõ lieäu ngoaøi chæ roäng 8 bit, nhaèm taän duïng nhöõng thieát bò ngoaïi vi reû tieàn loaïi 8 bit ñang coøn ñaày treân thò tröôøng hoài ñoù. Boä vi xöû lyù 32 bit (32 bit microprocessor) nhö 80486 DX chaúng haïn, coù thanh ghi 32 bit nhöng bus döõ lieäu ngoaøi chæ 16 bit. "Thoûa hieäp" thì reû tieàn vì duøng ñöôïc vôùi caùc ngoaïi vi coù saün haï giaù, nhöng thieät thoøi vì hieäu suaát thaáp. Môùi nhaát laø boä vi xöû lyù 64 bit (64 bit microprocessor) coù caùc thanh ghi vaø bus döõ lieäu trong roäng 64 bit, coù theå xöû lyù 8 byte döõ lieäu ñoàng thôøi. Moät ví duï ñieån hình laø Intel Pentium. Noùi chung loaïi VXL 64 bit hieän nay ñeàu laøm vieäc vôùi bus döõ lieäu ngoaøi 32 bit, vì vieäc söû duïng ngoaïi vi 64 bit hieän nay seõ ñaåy giaù maùy tính leân ñeán möùc khoâng theå chaáp nhaän ñöôïc, vaø khoâng phaûi moïi thieát bò ngoaïi vi ñeàu coù loaïi 64 bit. * Cache sô caáp hay cache noäi (primary cache, internal cache) laø moät boä nhôù taïm, coù toác ñoä cöïc nhanh, naèm trong boä VXL, vaø duøng ñeå caát giöõ caùc döõ lieäu môùi truy caäp ñöôïc hoaëc caùc leänh thöôøng xuyeân duøng, ñeå chuùng saün saøng coù maët hôn ñoái vôùi boä VXL. Vì ñöôïc noái tröïc tieáp vôùi maïch xöû lyù neân caùc leänh vaø döõ lieäu ôû ñaây coù theå truy caäp raát nhanh. Pentium cuûa Intel coù cache noäi 16 KB trong khi Nx586 cuûa NexGen coù cache noäi ñeán 32 KB. Xu höôùng cuûa caùc boä VXL môùi hieän nay laø taêng cache noäi leân ñeán 128 K hay 256K. * Bus döõ lieäu trong (internal data bus) laø keânh daãn ñieän töû goàm töø 16 ñeán 64 daây daãn song song, coù nhieäm vuï thöïc hieän vieäc lieân laïc noäi boä giöõa caùc boä phaän beân trong boä vi xöû lyù. Noùi chung bus caøng roäng Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
6. 56 thì toác ñoä hoaït ñoäng caøng nhanh, cuõng nhö xa loä caøng nhieàu laèn ñöôøng seõ cho ñöôïc caøng nhieàu xe chaïy cuøng luùc. Ngöôøi ta phaân bieät vôùi bus döõ lieäu ngoaøi (external data bus) ñeå lieân laïc giöõa boä VXL vaø caùc boä phaän khaùc cuûa maùy tính keå caû boä nhôù RAM. Nhö treân ñaõ noùi, caùc thieát keá VXL "thoûa hieäp" coù bus döõ lieäu trong roäng hôn ñeå baûo ñaûm toác ñoä xöû lyù cao, nhöng bus döõ lieäu ngoaøi thì heïp hôn ñeå baûo ñaûm tính kinh teá. *Bus ñòa chæ (address bus) laø tuyeán caùc maïch ñieän song song beân trong boä VXL duøng ñeå thöïc hieän vieäc ñònh danh caùc vò trí nhôù (laäp ñòa chæ - addressing). Ñoä roäng cuûa bus ñòa chæ seõ quyeát ñònh dung löôïng cöïc ñaïi maø boä VXL coù theå söû duïng. Trong boä nhôù maùy tính, moãi vò trí nhôù phaûi coù moät ñòa chæ rieâng. Khoâng coù ñòa chæ, boä VXL seõ khoâng bieát laáy caùc leänh vaø döõ lieäu ôû ñaâu, cuõng nhö khoâng bieát ñöa caùc keát quaû xöû lyù vaøo ñaâu. Treân bus ñòa chæ, caùc bit cuûa ñòa chæ nhôù di chuyeån song song, moãi bit treân moät ñöôøng daây. Vì ñòa chæ nhôù laø soá nhò phaân neân coù theå tính deã daøng dung löôïng boä nhôù theo ñoä roäng bus ñòa chæ. Ví duï bus ñòa chæ 20 bit seõ laäp ñòa chæ ñöôïc cho 220 vò trí nhôù, chính xaùc laø 1.048.576 byte, hay goïi laø 1MB. Ñoù chính laø boä nhôù cöïc ñaïi maø Intel 8088 coù theå truy caäp tröïc tieáp. Muoán phaùt trieån boä nhôù lôùn hôn 1MB thì hoaëc taêng ñoä roäng bus ñòa chæ (32 bit) hoaëc chuyeån boä VXL sang cheá ñoä baûo veä (protected mode) baèng caùc phaàn meàm ñaëc bieät. Caùc boä VXL töø 80286 trôû leân, trong cheá ñoä baûo veä, coù theå hoaït ñoäng vôùi boä nhôù RAM dung löôïng töø 16 MB ñeán haøng chuïc GB. * Maïch quaûn lyù ñieän (power management). Ñaây laø moät tính naêng ñöôïc caøi saün beân trong moät soá loaïi vi xöû lyù, duøng ñeå töï ñoäng caét bôùt ñieän cho caùc thieát bò ngoaïi vi hoaëc toaøn heä thoáng sau moät thôøi gian khoâng duøng maùy (ta ñi uoáng caø pheâ chaúng haïn) vaø ñöa maùy vaøo cheá ñoä chaïy khoâng (sleep mode). Trong cheá ñoä naøy, möùc tieâu hao ñieän coù theå giaûm ñeán 60% ñoàng thôøi khoâng bò maát döõ lieäu. Boä VXL seõ "nhôù" chính xaùc tình traïng cuûa heä maùy, bao goàm caû moïi thoâng baùo ñang treân ñöôøng ñi ñeán caùc ngoaïi vi, taïi thôøi ñieåm tröôùc khi chuyeån sang cheá ñoä chaïy khoâng. Khi caàn tieáp tuïc coâng vieäc, ta chæ vieäc goõ vaøo moät phím baát kyø, heä thoáng seõ ñöôïc phuïc hoài hoaøn toaøn nhö cuõ. Caùc boä VXL cuûa Intel coù tính naêng naøy ñeàu ñöôïc kyù hieäu "SL" (ví duï i486SL) vaø ñöôïc duøng phoå bieán trong caùc maùy tính loaïi xaùch tay. II. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM VEÀ CPU HIEÄN ÑAÏI Nhöõng vaán ñeà lieân quan ñeán coâng ngheä cheá taïo VXL * Coâng ngheä 0,5 micron (0,5- micron technology) laø moät coâng ngheä cheá taïo vi maïch cho pheùp nhöõng nhaø saûn xuaát coù theå taïo ra caùc boä VXL vôùi nhöõng phaàn töû tích cöïc nhoû nhaát coù kích thöôùc chæ baèng nöûa phaàn trieäu meùt. Coâng ngheä naøy ñaõ cho pheùp cheá taïo ñöôïc caùc chip ngaøy caøng beù hôn, tieâu thuï ít ñieän hôn, vaø ít phaùt nhieät hôn. Hôn nöõa, chip cuõng coù hieäu suaát cao hôn vì caùc tín hieäu di chuyeån trong noäi boä chip vôùi khoaûng ñöôøng ngaén hôn. Hieän nay, ngöôøi ta ñaõ baét ñaàu aùp duïng coâng ngheä 0,25 micron. * Coâng ngheä CMOS (complimentary metal-oxide semiconductor) laø coâng ngheä cheá taïo linh kieän baùn daãn cho pheùp taïo ra hai loaïi transistor chính treân cuøng moät chip silic. Nhôø ñoù ñaõ ra ñôøi loaïi maïch tích hôïp hoaït ñoäng ôû toác ñoä cao hôn nhieàu so vôùi coâng ngheä MOS, ñoàng thôøi cuõng tieâu thuï ít ñieän naêng hôn, vaø chaïy ít bò noùng hôn. Nhöõng caûi tieán nhanh choùng trong coâng ngheä CMOS ñaõ cho pheùp ruùt goïn kích thöôùc cuûa caùc linh kieän treân chip chæ coøn 0,4 micron. Vì caùc boä VXL hieän nay ñeàu raát phöùc taïp (P6 cuûa Intel coù ñeán 5,5 trieäu transistor) neân vieäc öùng duïng coâng ngheä CMOS laø khoâng theå thieáu trong quaù trình saûn xuaát VXL. * Ñieän aùp hoaït ñoäng (operating voltage) laø ñieän aùp caàn thieát ñeå moät boä VXL coù theå hoaït ñoäng bình thöôøng. Khi öùng duïng transistor trong VXL, ngöôøi ta quyeát ñònh cho chaïy ôû 5V, laø möùc ñieän aùp ñuû cao ñeå buø laïi nhöõng suït aùp trong caùc maïch soá, ñoàng thôøi cuõng ñuû thaáp ñeå traùnh gaây taïp aâm. Caùc boä VXL coù maät ñoä linh kieän cao, nhö Pentium chaúng haïn, khi chaïy ôû 5V seõ taêng nhieät ñoä leân ñeán 160oF vaø toán ñieän töông ñöông moät boùng ñieän nhoû, neân phaûi duøng phieán toûa nhieät (heat sink) lôùn vaø coù quaït maùt rieâng. Giaûm ñieän aùp coâng taùc seõ giaûm coâng suaát ñieän tieâu thuï gaáp bình phöông laàn; ñieàu naøy raát quan troïng, nhaát laø ñoái vôùi caùc maùy tính xaùch tay (notebook, laptop). Cuøng vôùi coâng ngheä CMOS ñaõ ra ñôøi loaïi vi xöû lyù 3,3 V chæ ñoøi Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
7. 57 hoûi doøng tieâu thuï baèng 60% so vôùi chip 5V. Chip VXL PowerPC 604c cuûa IBM vaø Motorola saûn xuaát vôùi coâng ngheä 0,25 micron chæ duøng 2,5V. * Caùc loaïi voû vi maïch: Nhöõng kieåu VXL cuõ (8086, 8088) ñöôïc ñoùng trong loaïi voû hai haøng chaân (dual in line package - DIP). Ñoù laø loaïi voû baèng plastic coù caùc chaân höôùng xuoáng döôùi theo hai haøng song song ôû hai beân. Nhöõng kieåu VXL môùi (80386, 80486) coù voû boïc vôùi caùc chaân ra taïo thaønh maûng saép xeáp treân caû boán phiaù (pin grid array - PGA). Hai loaïi boá trí chaân VXL naøy raát khoù khaên khi caém vaøo ñeá caém treân board meï. Hieän nay nhieàu kieåu VXL ñöôïc cheá taïo vôùi loaïi voû khoâng-phaûi-aán-vaøo-ñeá (zero-insertion force-ZIP). Ñeå caém loaïi naøy ñöôïc thieát keá ñeå coù theå môû ra baèng moät caùi choát giöõ; ngöôøi söû duïng ñaët vi maïch vaøo, vaø khi choát ñöôïc ñoùng laïi thì caùc chaân tieáp xuùc ñöôïc giöõ chaéc trong ñeá. III. CAÙC CPU CUÛA INTEL Intel vaø hoï vi xöû lyù x86 * Intel laø moät haõng haøng ñaàu chuyeân saûn xuaát caùc loaïi VXL, maïch baùn daãn, vaø caùc thieát bò noái gheùp maïng. Hieän nay coù xaáp xæ 75% maùy tính caù nhaân treân theá giôùi ñang söû duïng CPU cuûa Intel. Ñoùng taïi Santa Clara, bang California, Myõ, haõng Intel ñaõ baùo caùo thu nhaäp cuûa mình trong quyù ñaàu naêm 1995 laø 3,56 tyû USD. * Intel 4004 laø boä vi xöû lyù ñaàu tieân treân theá giôùi, ra ñôøi vaøo naêm 1971. Laø boä VXL 4 bit ñöôïc thieát keá ñeå duøng trong caùc maùy calculator coù theå laäp trình, 4008 hoaït ñoäng ôû toác ñoä xung nhòp xaáp xæ 0,1 MHz. Caáu truùc 4 bit cho pheùp laøm vieäc vôùi ñoä daøi cöïc ñaïi 16 kyù töï - ñuû duøng ñoái vôùi caùc con soá töø 0 ñeán 9 vaø caùc daáu trong caùc pheùp tính soá cô baûn (coäng, tröø, nhaân, chia). * Intel 8080 laø boä VXL 8 bit ra ñôøi vaøo thaùng 4 naêm 1974, töông ñöông 8000 transistor chaïy ôû toác ñoä 2MHz vaø coù theå xöû lyù khoaûng 1,5 MIPS. Vôùi bus ñòa chæ 16 bit, 8080 chæ coù theå söû duïng boä nhôù 64K. Ñaây laø loaïi VXL ñöôïc duøng trong loaït maùy tính micro ñaàu tieân treân theá giôùi, maùy Altain. * Intel 8086 laø boä VXL 16 bit ñaàu tieân ñöôïc giôùi thieäu vaøo thaùng 6 naêm 1978, töông ñöông vôùi 29.000 transistor, hoaït ñoäng ôû toác ñoä 4,77 MHz vaø coù theå xöû lyù vaøo khoaûng 1,3 MIPS. Vôùi bus ñòa chæ 20 bit, 8086 coù theå söû duïng boä nhôù ñeán 1MB. Tuy coù khieám khuyeát laø chia nhoû boä nhôù thaønh nhieàu ñoaïn 64K, nhöng caáu truùc vaø taäp leänh cuûa 8086 laø cô sôû cho 90% soá löôïng maùy tính caù nhaân ñang ñöôïc söû duïng hieän nay treân theá giôùi. * Intel 8088 ra ñôøi vaøo thaùng 6 naêm 1979, hoaøn toaøn gioáng veà caáu truùc vaø caùc tính naêng nhö 8086 chæ tröø moät khaùc bieät cô baûn: bus döõ lieäu trong 16 bit nhöng bus döõ lieäu ngoaøi chæ 8 bit ñeå "thoûa hieäp" vôùi caùc loaïi ngoaïi vi 8 bit ñang coù saün treân thò tröôøng hoài ñoù. Haõng IBM ñaõ mua ñöôïc baûn quyeàn saûn xuaát cuûa 8086 vaø 8088 neân quyeát ñònh duøng caáu truùc x86 trong loaïi maùy tính ñaàu tieân cuûa mình - maùy IBM PC - ra ñôøi vaøo 1981. * Intel 80286 laø loaïi VXL 16 bit ñöôïc giôùi thieäu vaøo thaùng 1 naêm 1982. Chip 80286 töông ñöông 139.000 transistor, toác ñoä xung nhòp 8MHz vaø toác ñoä xöû lyù 1,2 MIPS. Phieân baûn thöù hai cuûa 80286 coù toác ñoä 20 MHz. Vôùi bus ñòa chæ 24 bit, chip VXL naøy coù theå söû duïng boä nhôù 16MB. Chính 80286 ñaõ cung caáp söùc maïnh cho maùy PC AT cuûa IBM ra ñôøi vaøo naêm 1984. Ñoåi môùi kyõ thuaät then choát cuûa 80286 laø coù khaû naêng chaïy theo nhieàu cheá ñoä. Trong cheá ñoä thöïc (real mode) 80286 chæ söû duïng boä nhôù 1MB neân töông thích vôùi caùc heä ñieàu haønh vaø phaàn meàm ñaõ ñöôïc soaïn cho 8086 vaø 8088. Cheá ñoä thöù hai laø cheá ñoä baûo veä (protected mode), chip 80286 coù theå truy caäp 16MB boä nhôù. Moät caûi tieán khaùc laø 80286 coù khaû naêng söû duïng boä nhôù aûo hình thaønh treân ñóa cöùng laøm khoâng gian löu tröõ taïm thôøi, neân maùy tính ñöôïc xem nhö coù boä nhôù chính lôùn hôn thöïc coù. Nhöôïc ñieåm cuûa 80286 laø khoâng gian nhôù treân 1MB khoâng nguyeân khoái maø bò chia thaønh nhieàu ñoaïn nhoû 64K raát khoù khaên cho nhöõng ngöôøi laäp trình. Teä haïi hôn laø chip naøy khoâng theå chuyeån töø cheá ñoä baûo veä sang cheá ñoä thöïc; neáu muoán rôøi cheá ñoä baûo veä ñeå khôûi ñaàu moät chöông trình DOS, ta phaûi khôûi ñoäng laïi Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
8. 58 maùy tính. Nhöõng baát lôïi naøy ñaõ sôùm laøm cho nhöõng nhaø thieát keá heä thoáng xem 80286 nhö laø moät kieåu thieát keá cheát (brain-dead design). * Intel 80386 laø boä VXL ñöôïc giôùi thieäu vaøo thaùng 10 naêm 1985, töông ñöông 275.000 transistor, toác ñoä 16 MHz vaø toác ñoä xöû lyù khoaûng 6MIPS. Caùc phieân baûn sau cuûa 80386 coù toác ñoä 20 MHz. Vôùi bus ñòa chæ 32 bit, 80386 coù theå söû duïng boä nhôù ñeán 4 GB, ñoàng thôøi noù cuõng coù theå söû duïng ñeán 64 TB boä nhôù aûo. Khi chip 386SX ra ñôøi thì chip 80386 ñöôïc ñaët teân laïi laø 386DX vaø laàn löôït ra ñôøi caùc phieân baûn 20MHz, 25MHz vaø 33MHz. Compaq laø haõng ñaàu tieân ñöa ra loaïi maùy tính chaïy baèng 80386. Boä VXL 386 ra ñôøi nhaèm khaéc phuïc tröïc tieáp caùc nhöôïc ñieåm cuûa 80286: phaûi chuyeån ñoåi ñöôïc nhanh choùng giöõa cheá ñoä thöïc vaø cheá ñoä baûo veä, vaø phaûi coù khaû naêng hoaït ñoäng vôùi boä nhôù RAM toái ña 4 GB. Chip 386 coøn coù moät boä cache noäi nhoû ñoàng thôøi coù theå söû duïng theâm cache ngoaøi ñeå taêng toác ñoä hoaït ñoäng. Moät tính naêng môùi cuûa 386 laø coù theå moâ phoûng moät hoaëc nhieàu boä VXL 8086 cuøng moät luùc neân cho pheùp chaïy nhieàu chöông trình DOS ñoàng thôøi. Boä VXL 386 DX ñaõ laøm cho Microsoft Windows trôû neân moät heä ñieàu haønh maïnh. Ta khôûi ñoäng Windows 3.1 baèng DOS (trong cheá ñoä thöïc), roài chuyeån sang cheá ñoä baûo veä ñeå noù coù theå thieát laäp nhieàu "cöûa soå", maø thöïc chaát laø caùc boä xöû lyù 8086 aûo, chaïy nhieàu trình öùng duïng DOS khaùc nhau trong caùc cöûa soå ñoù. Neáu khoâng, ta cuõng coù theå chaïy caùc trình öùng duïng Windows. * Intel 386 SX laø moät phieân baûn "queø" cuûa 80386, ra ñôøi vaøo thaùng 6 naêm 1988, tuy coù bus döõ lieäu trong 32 bit nhöng bus döõ lieäu ngoaøi chæ 16 bit. Chip 386 SX chæ söû duïng ñöôïc 20MB boä nhôù, chæ xöû lyù ñöôïc 2,5 MIPS, coù trò soá 6,2 ñoái vôùi CINT92 vaø 3,3 ñoái vôùi CFP92. * Intel 386 SL laø phieân baûn tieát kieäm ñieän (low-power) cuûa boä VXL 386 SX ñöôïc thieát keá ñeå duøng trong caùc maùy tính notebook. Loaïi chip naøy coù cheá ñoä chaïy khoâng (sleep mode) tieâu thuï doøng ñieän raát nhoû ñeå duy trì tình traïng maø noù vöøa taïm ngöng tröôùc ñoù. * Intel 486DX laø loaïi VXL 32 bit, ñöôïc giôùi thieäu vaøo thaùng 4 naêm 1984, töông ñöông 1,2 trieäu transistor, toác ñoä 25 MHz (sau ñoù laø 33 MHz), vaø toác ñoä xöû lyù 20 MIPS. Bus ñòa chæ cuûa 486DX roäng 32 bit neân söû duïng ñöôïc boä nhôù 4GB ñoàng thôøi coøn söû duïng ñöôïc boä nhôù aûo ñeán 64 TB. Chip VXL naøy ñaït giaù trò SPEC ñeán 27,9 ñoái vôùi pheùp tính toång hôïp vaø 13,1 ñoái vôùi pheùp tính daáu chaám ñoäng. Chip 486 khoâng coù moät caùch maïng kyõ thuaät naøo so vôùi 386. Nhöõng tieán boä chæ laø nhöõng thuû thuaät khoân kheùo hôn cuûa cô sôû kyõ thuaät cuõ, nhöng raát coù aán töôïng vôùi ngöôøi duøng do toác ñoä cao hôn nhieàu so vôùi theá heä tröôùc. Vieäc söû duïng oáng daãn cho pheùp 486 DX xöû lyù haàu heát caùc leänh trong moät chu kyø xung nhòp (Ñoù laø lyù do taïi sao 486DX - 33 nhanh hôn gaáp hai laàn 386 DX - 33 maëc duø cuøng chaïy ôû moät toác ñoä ñoàng hoà). Hôn nöõa, 486 DX coøn coù boä ñoàng xöû lyù soá (numeric coprocessor) cheá taïo saün beân trong, ñöôïc thieát keá toái öu ñeå chuyeân tieán haønh caùc pheùp tính soá hoïc thay cho boä xöû lyù chính. Vì lyù do naøy maø 486 DX chaïy nhanh hôn 386 DX coù gaén theâm moät ñoàng xöû lyù toaùn 80387 treân board meï; caùc tín hieäu khoâng phaûi di chuyeån xa. Gioáng nhö 386DX, chip 486DX cuõng coù moät cache noäi nhöng lôùn hôn nhieàu (8K). Chip 486 DX cuõng coù moät phieân baûn "queø" cuûa mình, ñoù laø 486 SX. Ñöôïc giôùi thieäu laàn ñaàu tieân vaøo thaùng 1 naêm 1991, chip 486SX khoâng quaù queø quaët ñeán möùc thu heïp bus döõ lieäu ngoaøi, maø vaãn giöõ nguyeân caáu truùc 32 bit ñaày ñuû; noù chæ boû bôùt boä ñoàng xöû lyù soá. Boä xöû lyù 486SX coù toác ñoä 20 MHz (sau ñoù laø 25 MHz) vaø coù theå thöïc hieän 20 MIPS. * Intel 486SL laø phieân baûn tieát kieäm ñieän cuûa boä VXL 486DX, ñöôïc duøng cho caùc maùy tính notebook. Chip naøy coù khaû naêng quaûn lyù ñieän, trong ñoù coù cheá ñoä chaïy khoâng. So vôùi 386SL, chip 486SL coù naêng suaát xöû lyù gaàn gaáp ñoâi nhöng tieâu thuï ñieän chæ baèng moät nöûa. * Intel 486 DX coøn coù phieân baûn xung nhòp gaáp ñoâi (clock-doubling) laø 486 DX2 duøng ñeå taêng toác ñoä cuûa boä VXL maø khoâng ñoøi hoûi board meï cuõng phaûi coù cuøng toác ñoä ñoù: loaïi DX2 50MHz chaïy vôùi board meï 25MHz; loaïi DX2 66MHz chaïy vôùi board meï 33 MHz. Chip 486 DX2 ñaït giaù trò SPEC laø 32,2 ñoái vôùi pheùp tính toång hôïp vaø 16,0 ñoái vôùi pheùp tính daáu chaám ñoäng. Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
9. 59 Thoâng thöôøng, boä vi xöû lyù caøng nhanh bao nhieâu thì caùc chip hoã trôï treân board meï cuõng phaûi nhanh baáy nhieâu, neân giaù tieàn taêng leân. Chip DX2 cho caùc nhaø thieát keá heä thoáng moät aân hueä laø chæ caàn tieán haønh nhöõng caûi tieán raát ñôn giaûn treân caùc board meï 25 MHz vaø 33 MHz ñang coù saün laø ñaõ ñaït caùc toác ñoä xöû lyù 50 MHz vaø 66 MHz. Theo phöông aùn naøy, maùy phaûi chòu thieät veà hieäu naêng vì boä VXL tieán haønh xöû lyù soá lieäu nhanh gaáp ñoâi board meï neân phaûi ñôïi cho board meï ñuoåi kòp. Ñeå giaûi quyeát, ngöôøi ta ñaõ duøng moät cache ngoaøi ñuû roäng ñeå giöõ taïm caùc leänh vaø döõ lieäu maø boä VXL phaûi ñôïi. Neáu cache ñöôïc thieát keá hôïp lyù, boä xöû lyù nhòp ñoàng hoà gaáp ñoâi coù theå ñaït ñöôïc 80% hieäu naêng cuûa heä thoáng coù board meï phuø hôïp vôùi toác ñoä boä xöû lyù. * Phieân baûn xung nhòp gaáp ba (clock-tripling) cuûa 486DX laø chip 486 DX4. Loaïi naøy ñaït ñöôïc toác ñoä 75 MHz hoaëc 100 MHz nhöng vaãn söû duïng board meï loaïi 25 MHz hoaëc 33 MHz. Vôùi cache noäi 16K, DX4 coù khaû naêng löu tröõ beân trong lôùn gaáp ñoâi so vôùi caùc theá heä tröôùc cuûa noù. Chip 486 DX4 coù moät ñoåi môùi quan troïng: noù chaïy ôû 3,3V neân ít toán ñieän vaø ít noùng hôn. DX4 ñaït trò soá SPEC laø 51 ñoái vôùi pheùp tính toång hôïp vaø 27 ñoái vôùi daáu chaám ñoäng. * Pentium laø boä VXL 64 bit do Intel cheá taïo vaø ñöôïc giôùi thieäu vaøo thaùng 5 naêm 1993. Pentium töông ñöông 3,1 trieäu transistor, phieân baûn ñaàu tieân chaïy ôû toác ñoä ñoàng hoà 60MHz vaø coù theå xöû lyù khoaûng 112 MIPS. Caùc phieân baûn keá tieáp chaïy ôû 66MHz, 90MHz, 100MHz, 120MHz, 150MHz vaø hieän nay laø 200MHz. Gioáng nhö 486DX, Pentium coù bus ñòa chæ 32 bit neân coù theå duøng ñeán 4GB boä nhôù. Maëc duø coù bus döõ lieäu trong roäng 64 bit, nhöng Pentium ñöôïc thieát keá ñeå laøm vieäc vôùi bus döõ lieäu ngoaøi 32 bit. Theá heä Pentium ñaàu tieân (kyù hieäu P5) ñaït 67,4 ñoái vôùi CINT92 vaø 63,6 ñoái vôùi CFP. Caùc phieân baûn môùi cuûa Pentium cheá taïo theo coâng ngheä 0,4 micron xuaát hieän cuoái 1995 chaïy vôùi toác ñoä 120, 133 MHz vaø gaàn ñaây laø 200MHz. Maëc duø theo trieát lyù CISC, nhöng Pentium ñaõ öùng duïng nhieàu coâng ngheä môùi ñaët cô sôû tröôùc cho caùc loaïi VXL RISC sieâu toác: duøng oáng daãn, caáu truùc superscalar, vaø döï ñoaùn reõ nhaùnh. OÁng daãn ñoâi cuûa Pentium ñöôïc thieát keá ñeå xöû lyù caùc soá nguyeân, ñoù laø giaûi phaùp raát phuø hôïp vì ngöôøi duøng PC thöôøng chaïy caùc trình öùng duïng nhieàu thao taùc soá nguyeân. Nhôø nhöõng bieän phaùp coâng ngheä naøy, Pentium coù theå caïnh tranh ngang ngöûa veà hieäu naêng vôùi caùc chip RISC thöïc söï; ngöôøi ta goïi Pentium laø boä vi xöû lyù CISC mang nhieàu yeáu toá RISC. Trong nhöõng ñieàu kieän lyù töôûng, Pentium coù theå thöïc hieän hai leänh trong moãi chu kyø xung nhòp neân xöû lyù nhanh gaàn gaáp ñoâi 486 DX coù cuøng toác ñoä. Hôn nöõa, Pentium vaãn giöõ ñöôïc tính töông thích hoaøn toaøn vôùi taäp leänh cuûa 386/486, coù nghóa laø vaãn töông thích hoaøn toaøn vôùi khoái löôïng khoång loà caùc phaàn meàm DOS vaø Microsoft Windows hieän haønh. Moät ñoåi môùi quan troïng khaùc cuûa Pentium laø ñôn vò daáu chaám ñoäng (FPU) ñöôïc thieát keá laïi trieät ñeå hôn, neân coù theå tieán haønh caùc pheùp tính soá nhanh gaáp naêm laàn so vôùi caùc heä thoáng DX2/66. Pentium coøn coù caùc ñoåi môùi khaùc cuõng goùp phaàn laøm taêng hieäu naêng cuûa noù. Pentium coù moät cache noäi 8K duøng cho caùc leänh vaø moät cache noäi khaùc daønh cho döõ lieäu. Caû hai ñeàu ñöôïc thieát keá toái öu cho nhöõng nhieäm vuï ñöôïc chuyeân moân hoùa neân laøm taêng ñaùng keå toác ñoä cuûa boä VXL. Bus döõ lieäu 64 bit trong chip cho pheùp daãn döõ lieäu vôùi toác ñoä khoâng haïn cheá; cheá ñoä chuyeån taûi theo töøng buùi chaúng haïn, ñaõ cho pheùp toaøn boä noäi dung cuûa oå cöùng 528MB coù theå ñöôïc chuyeån taûi döôùi moät giaây. Caùc loaïi Pentium ñaàu tieân (chip 66 MHz chaúng haïn) tieâu thuï nhieàu ñieän (5V) vaø chaïy bò noùng. Moät naêm sau, vôùi coâng ngheä 0,6 micron, Pentium 90MHz coù kyù hieäu P54C haï ñieän aùp hoaït ñoäng xuoáng 3,3V neân chaïy bôùt noùng nhieàu. * Pentium Pro laø boä xöû lyù thuoäc theá heä tieáp sau cuûa Pentium maø coù nhieàu ngöôøi goïi laø Intel P6. Ñöôïc ñöa vaøo söû duïng cuoái 1995 vôùi soá löôïng chöa nhieàu nhöng P6 ñaõ sôùm ñöôïc hoan ngheânh vôùi kieåu thieát keá ñoåi môùi vaø toác ñoä xöû lyù nhanh cuûa noù; moïi ñieàu ñoù ñaït ñöôïc maø khoâng phaûi hy sinh söï töông thích ngöôïc vôùi caùc phaàn meàm x86. Chip P6 laø loaïi superscalar, superpipelining (baûy böôùc cô baûn trong oáng daãn Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
10. 60 thay vì naêm böôùc), coù khaû naêng xöû lyù ba leänh ñoàng thôøi (Pentium chæ hai leänh). Khaùc vôùi Pentium coù thieát keá CISC, P6 ñöôïc cheá taïo theo caáu truùc RISC nhöng söû duïng caùc maïch thoâng dòch gaén treân board meï ñeå chuyeån ñoåi caùc leänh cuûa PC486 thaønh caùc leänh RISC. Qua phaân tích hieäu naêng cuûa Pentium, ngöôøi ta thaáy vieäc naâng cao toác ñoä xöû lyù seõ khoâng coù hieäu quaû nhieàu laém neáu chæ taêng soá löôïng oáng daãn, vì theá P6 duøng phöông phaùp thöïc hieän theo suy ñoaùn (speculative execution) ñeå toái öu hoùa quaù trình xöû lyù, ñoù laø phöông phaùp löu tröõ vaø phaân tích treân 30 leänh tröôùc khi chuùng ñöôïc thöïc hieän. Caùc leänh naøy ñeàu döï ñoaùn laø saép ñi qua boä xöû lyù neân ñöôïc höôùng daãn vaø saép xeáp thöù töï thích hôïp ñeå toái thieåu hoùa thôøi gian xöû lyù. Ñoàng thôøi cuõng nhôø phöông phaùp suy ñoaùn naøy maø P6 ít gaëp tröôøng hôïp phaûi nhoát leänh vaøo oáng daãn (pipeline stall), khi coù hai leänh yeâu caàu phaûi ñöôïc hoaøn thaønh cuøng moät luùc, nhö Pentium ñaõ maát raát nhieàu thì giôø vì noù. Nhôø suy ñoaùn, P6 ñaõ naâng cao hieäu quaû xöû lyù leân 100% so vôùi Pentium. Boä xöû lyù P6 coøn coù moät soá tính naêng tieân tieán khaùc: duøng phöông phaùp ñaët teân laïi thanh ghi ñeå traùnh tröôøng hôïp tranh chaáp thanh ghi, vaø söû duïng moät giao dieän tröïc tieáp toác ñoä cao vôùi cache thöù caáp neân khoâng bò chaäm vì bus döõ lieäu, khi truy caäp cache. Töông ñöông 5,5 trieäu transistor, P6 nguyeân thuûy chaïy vôùi toác ñoä 133 MHz, vaø vaøo giöõa 1996 ñaõ leân ñeán 180 vaø 200 MHz. Khi chaïy vôùi caùc phaàn meàm 16 bit (DOS), Pentium Pro khoâng nhanh hôn Pentium bao nhieâu. Neáu duøng caùc phaàn meàm 32 bit, nhö Windows 95 vaø Windows NT, thì Pentium Pro seõ cho toác ñoä kyû luïc. IV. VIEÄC EÙP XUNG CPU * Coù caùch naâng caáp boä VXL maø khoâng caàn thay board meï,ñoù laø haõy duøng OverDrive. Ñaây laø caùch naâng caáp boä xöû lyù (processor upgrade) ñöôïc thieát keá ñeå naâng caáp caùc heä thoáng maùy Intel 486 SX vaø 486 DX leân möùc 486 DX2 hoaëc 486 DX4. Thöïc chaát ñoù laø phöông phaùp boäi hai hoaëc boäi ba toác ñoä xung nhòp nhö ñaõ noùi ôû treân. Caùc boä xöû lyù OverDrive goàm hai loaïi: loaïi thöù nhaát coù thieát keá laép vöøa vaøo oå caém OverDrive (coøn troáng) treân board meï, loaïi thöù hai duøng thay theá cho CPU cuûa ta (neáu khoâng coù oå caém naøy). Intel coù saûn xuaát loaïi Pentium OverDrive (coøn kyù hieäu laø P24T) ñeå naâng caáp caùc maùy tính Intel 486 DX2 coù oå caém OverDrive leân ngang baèng hieäu naêng cuûa Pentium. Noùi chung vieäc laép ñaët khoâng coù gì khoù khaên, nhöng lôïi ích thu ñöôïc khoâng lôùn (hieäu naêng toaøn heä taêng xaáp xæ 20%). overclock bé xö lý Overlock lµ g× ? Tèc ®é cña bé vi xö lư (CPU). KÕt qu¶ ®¹t ®−îc sau khi Overlock. C¸c ®iÒu kiÖn ®Ó Overlock. C¸c b−íc Overlock. NhËn xÐt OVERCLOCK lµ g× ? ThuËt ng÷ "overlock" m« t¶ ho¹t ®éng cña CPU ë tèc ®é kh«ng ®−îc chØ ®Þnh (nhanh h¬n). Môc ®Ých cña Overlock lµ lµm t¨ng tèc ®é cña hÖ thèng víi chi phÝ thÊp nhÊt. ViÖc overlock cã thÓ tuú vµo ®Æc ®iÓm cña cÊu h×nh PC, cã thÓ chØ cÇn mét vµi thay ®æi trªn mainboard hay CPU, cã tr−êng hîp ph¶i l¾p thªm mét sè linh kiÖn rÎ tiÒn ®Ó lµm m¸t. Overlock ®¬n thuÇn lµ t¨ng tèc ®é CPU (VÝ dô: tõ 120MHz lªn 133MHz). Nh−ng ngµy nay c¸c CPU cµng ngµy cµng nhanh cµng m¹nh, nªn viÖc overlock trë nªn kh«ng cÇn thiÕt, mµ chØ cÇn cho nh÷ng ng−êi ®¨ng së h÷u chiÕc PC ®êi cò muèn theo kÞp tèc ®é "thêi ®¹i" mµ kh«ng muèn bá tiÒn ra. Tèc ®é cña CPU Ta cã c«ng thøc sau : FSB Speed x CPU Multipiler = CPU Speed Trong ®ã : FSB Speed (frontside bus) lµ tèc ®é cña bus CPU Multipliler lµ xung nhÞp cña CPU Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
11. 61 CPU speed lµ tèc ®é cña CPU VÝ dô: Ta cã 1 CPU ghi 233 MHz nghÜa lµ tèc ®é bus 66 MHz, nhÞp xung x3,5 ===> 66 x 3,5 = 231 = 233 MHz. Mét vµi th«ng sè cña chip 486 Tªn Chip Tèc ®é bus "Tèc ®é" CPU Xung nhÞp 486SX20 20MHZ 20MHZ 1x 486SX25 25MHZ 25MHZ 1x 486SX33 33MHZ 33MHZ 1x 486DX40 40MHZ 40MHZ 1x 486DX50 50MHZ 50MHZ 1x 486SX2/50 25MHZ 50MHZ 2x 486DX2/66 33MHZ 66MHZ 2x 486DX2/80 40MHZ 80MHZ 3x 486DX4/75 25MHZ 75MHZ 3x 486DX4/100 33MHZ 100MHZ 3x 486DX4/120 40MHZ 120MHZ 3x 486DX4/133 33MHZ 133MHZ 4x KÕt qu¶ cña OVERCLOCK T¨ng tèc ®é cña toµn bé hÖ thèng HÖ cã thÓ thay ®æi ®−îc Lµm cho CPU "nhanh nhÑn" h¬n C¸ch tèt nhÊt ®Ó t¨ng tèc ®é hÖ thèng lµ lµm t¨ng tèc ®é bus. NÕu kh«ng thÓ cã lÏ do main cña kh«ng hç trî tèc ®é bus cao h¬n hoÆc RAM, c¸c PCI card kh«ng chÊp nh¹n. §iÒu kiÖn OVERCLOCK Víi CPU : CPU cña INTEL CPU cho phÐp overclock Motherboard : Main ph¶i lµ ®å "tèt" §iÖn ¸p ®ñ dïng RAM : Cµng nhiÒu cµng tèt C¸c b−íc OVERCLOCK 1. T¾t PC, më hép m¸y 2. KiÓm tra nh·n hiÖu CPU, ghi l¹i vµ ®Æt CPU vµo chç c ̣ 3. KiÓm tra tèc ®é xung vµ c¸c thiÕt lËp jumper trªn main vµ ghi l¹i 4. KiÓm tra ®iÖn ¸p cung cÊp trªn main vµ ghi l¹i 5. B¹n cã nghÜ r»ng nªn lµm m¸t CPU kh«ng ? H·y lµm ®i 6. Thay ®æi thiÕt lËp jumper cña xung nhÞp theo h−íng dÉn cña main-book 7. H·y kiÓm tra l¹i 1 lÇn cuèi Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
12. 62 8. Khëi ®éng PC 9. BIOS cã Setup l¹i kh«ng ? 10. NÕu cã, ®Õn b−íc 13 11. T¾t m¸y vµ thiÕt lËp l¹i jumper víi ®iÖn ¸p cao h¬n 12. NÕu kh«ng lµm viÖc th× h·y quªn overlock ë tèc ®é nµy ®i 13. ThiÕt lËp l¹i BIOS cho ®óng 14. NÕu lµm viÖc tèt víi hÖ thèng cña b¹n ? 15. NÕu ®óng h·y thö test l¹i cÊu h×nh m¸y 16. NÕu kh«ng quay l¹i b−íc 11 17. §ïng quªn 1 ®iÒu quan träng : Lµm m¸t lµ ®iÒu cÇn thiÕt nhÊt. NhËn xÐt §a sè tr−êng hîp overclock lµ v« h¹i, nh−ng cã vµi ®iÒu b¹n ph¶i quan t©m : CPU cã thÓ bÞ háng do ®iÖn. Overclock cã thÓ sinh ra c¸c lçi hÖ thèng V. CAÙC CPU CUÛA AMD Nhöõng haõng vaø nhöõng boä xöû lyù ñang caïnh tranh vôùi Intel * Advanced Micro Devices (AMD) laø moät haõng saûn xuaát maïch tích hôïp lôùn haøng thöù 5 ôû Myõ. Taäp trung vaøo maùy tính caù nhaân, maùy tính maïng, cuõng nhö caùc thieát bò thoâng tin, haõng AMD saûn xuaát caùc loaïi vi xöû lyù, caùc vi maïch lieân quan vôùi VXL, vaø caùc vi maïch öùng duïng trong gheùp maïng cuõng nhö trong truyeàn thoâng. Cô sôû chính ôû Sunnyval, bang California, AMD coøn coù nhieàu chi nhaùnh ôû Myõ, Nhaät, Thaùi Lan, Malaysia vaø Singapore. AMD ñaõ saûn xuaát ñöôïc hôn 7 trieäu boä VXL keå töø 1975 ñeán nay. * Am 386 laø moät boä VXL do AMD cheá taïo, hoaøn toaøn töông thích vôùi Intel 80386 (vaø caùc phaàn meàm cuûa noù). AMD laø haõng cung caáp chip 386 haøng ñaàu treân theá giôùi vaø thöôøng coù tröôùc caùc loaïi toác ñoä xung nhòp cao hôn so vôùi caùc haõng khaùc. * Am 486 cuõng do AMD cheá taïo, hoaøn toaøn töông thích vôùi Intel 486 (vaø caùc phaàn meàm cuûa noù). Gioáng nhö Intel, AMD cuõng coù moät hoï 486 cuûa mình bao goàm Am 486 DX2 (toác ñoä xung nhòp boäi 2) vaø Am 486DX4 (toác ñoä xung nhòp boäi 3). AM486DX2 coù moät ñôn vò daáu chaám ñoäng, boä nhôù cache 8K vaø chaïy ôû 88MHz. Chip AM486DX4 ñaït ñöôïc toác ñoä 75MHz hoaëc 100MHz (duøng vôùi board meï 25 hoaëc 33 MHz) nhöng boä nhôù cache chæ 8K, beù hôn cache 16K trong Intel 486DX4. * AMD K5 laø loaïi vi xöû lyù cuûa AMD töông thích nhò nguyeân vôùi Pentium cuûa Intel. Khoâng phaûi laø "baûn sao" cuûa Pentium, K5 khoâng ñi theo con ñöôøng CISC, maø thöïc chaát laø boä VXL RISC; hôn nöõa, K5 laø boä xöû lyù boán leänh (quad-issue processor) trong khi Pentium chæ coù theå xöû lyù 2 leänh ñoàng thôøi. Nhôø caùch ñaët teân laïi thanh ghi neân K5 coù theå coù ñeán 40 thanh ghi logic. Taát caû caùc caûi tieán ñoù ñaõ laøm cho K5 vöøa coù theå thöïc hieän ñöôïc moïi leänh cuûa Pentium (noù duøng nhöõng maïch xöû lyù ñaëc bieät ñeå maõ hoùa caùc leänh naøy), vöøa coù toác ñoä nhanh hôn ñeán 30% ôû cuøng toác ñoä. Haõng AMD ñang döï ñònh moät keá hoaïch phaùt trieån caùc loaïi VXL naøy ngaøy caøng maïnh leân, maø cöïc ñieåm laø loaïi K8, vaøo naêm 2000, maïnh gaáp 10 laàn boä VXL ñaàu baûng hieän nay laø Pentium Pro. K5 töông ñöông 4,3 trieäu transistor, cheá taïo baèng coâng ngheä 0,5 micron vaø CMOS 3,3V. Hieän nay ñaõ coù loaïi K5 chaïy vôùi toác ñoä 100 vaø 120 MHz. VI. GIAÛI QUYEÁT CAÙC HOÛNG HOÙC CUÛA CPU Giaûi quyeát caùc hoûng hoùc cuûa CPU luùc tröôùc khoâng phaûi laø caùch duøng töø sai ñaâu, moïi loãi cuûa CPU ñeàu raát nghieâm troïng, nhöng giôø ñaây coù nhieàu tröôøng hôïp maø heä thoáng khoâng theå boot ñöôïc, nhöng seõ crash khi ngöôøi ta coá gaéng thöïc hieän moät soá chöùc naêng CPU cuï theå naøo ñoù. Nhöõng loãi naøy khieán ngöôøi ta aán töôïng raèng moät phaàn meàm naøo ñoù bò sai laïc hoaëc moät soá thieát bò môû roäng bò loãi. Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà
13. 63 VI.1 Caùc trieäu chöùng vaø giaûi phaùp toång theå Trieäu chöùng 1 : Heä thoáng bò cheát hoaøn toaøn (ñeøn power cuûa maùy khoâng saùng ñuùng ñaén) Trieäu chöùng 2 : Moät maõ Beep hoaëc maõ I/O POST cho thaáy coù loãi CPU Trieäu chöùng 3 : Heä thoáng boot khoâng gaëp truïc traëc gì, nhöng bò Crash hoaëc treo cöùng khi chaïy moät öùng duïng naøo ñoù Trieäu chöùng 4 : Heä thoáng boot khoâng gaëp truïc traëc gì, nhöng bò Crash hoaëc treo cöùng sau vaøi phuùt hoaït ñoäng Trieäu chöùng 5 : Moät maùy cuõ khoâng chòu chaïy chaïy ñuùng ñaén khi cache noäi ñöôïc kích hoaït Trieäu chöùng 6 : Khoâng theå vaän haønh moät CPU 3.45V trong bo maïch chính ñieän aùp 5V maëc duø duøng moät module ñieàu chænh ñieän theá thích hôïp. Trieäu chöùng 7 : Maùy gaëp truïc traëc vôùi HIMEM.SYS hoaëc DOS4GW.EXE sau khi laép ñaët CPU môùi. Trieäu chöùng 8 : Maùy vaän haønh toát nhöng thoâng baùo khoâng ñuùng CPU Trieäu chöùng 9 : Sau khi ñònh laïi caáu hình bo maïch chính VLB ñeå tieáp nhaän CPU nhanh hôn, card hieån thò VLB khoâng hoaït ñoäng nöõa Trieäu chöùng 10 : Moät soá phaàn meàm bò treo cöùng treân maùy chaïy CPU 5x86 Trieäu chöùng 11 : Divice Manager cuûa Windows nhaän khoâng ñuùng CPU Trieäu chöùng 12 : Boä giaûi nhieät /quaït khoâng ñöôïc gaén chaët moät caùch ñuùng ñaén VI.2 Caùc vaán ñeà lieân quan ñeán cpu cyrix 6x86 - Toác ñoä bus - Quaù nhieät - Caùc vaán ñeà veà CPU : CHƯƠNG 7 : CÁC CHIPSET Mục tiêu : sau khi học xong học sinh có khả năng - Trình bày các chức năng của chipset - Mô tả các cấu trúc của chipset - Nhận đoán các thành phần khi biết số hiệu của chipset - Phân biệt các loại chipset cơ bản Yêu cầu : Các kiến thức cơ bản về máy tính Nội dung : - Các chipset của AMD - Các Chipset của INTEL - Các Chipset của VIA - Các Chipset của SIS - Các Chipset của OPTI Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà