Bộ vi xử lí trung tâm CPU 

CPU là vùng trong bộ vi xử lí, xử lí dữ liệu , tìm các lệnh từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện chúng. CPU bao gồm một đơn vị điều khiển , một đơn vị logic và số học (ALU) và các thanh ghi (hình 2.80).

Đơn Vi điều khiển (control unit) quyết định thời gian và thứ tự các hoạt động. Nó sình ra các tín hiệu định thời gian sử dụng để tìm nạp một lệnh chương trình từ bộ nhớ và thực hiện chúng. Các hoạt động liên quan đến vi xử lí được tính trong số chu kì chúng thực hiện.

Đơn vị logic và số học-ALU (arithmetic and logic unit) có trách nhiệm thực hiện sự vận động của dữ liệu hiện hành, thực hiện các phép tính số học như cộng, trừ và các phép logic như AND, OR, hoặc EXCLUSIVE-OR.

Dữ liệu phía trong CPU đang sử dụng được giữ tạm thời trong một nhóm thanh ghi trong lúc các lệnh đang được thực hiện' Các thanh ghi cung cấp công cụ lưu trữ tạm thời dữ liệu trong CPU. Có một lượng các thanh ghi mà số lượng, kích thước và loại thanh ghi của các bộ vi xử lí không giống nhau, nhưng chúng thường bao gồm các thanh sau:

Bộ vi xử lí trung tâm CPU

1. Thanh chứa (accumulator register -A): nơi dữ liệu đầu vào đơn vị số học hoặc logic được giữ tạm thời.
2. Thanh ghi trạng thái (status) hoặc thanh ghi mã điều kiện (condition code register) hoặc thanh cờ (flag register): chứa các thông tin liên quan đến kết quả của quá trình vừa mới thực hiện trong đơn vị số học và logic. Nó chứa các bit đơn với mỗi bít có một ý nghĩa riêng. Các bít này được gọi là cờ hiệu (flag).Trạng thái của hoạt động cuối được biểu thị bởi mỗi cờ đang được thiết lập hoặc thiết lập lại để hiển thị một trạng thái cụ thể có 4 cờ thòng đụng đó là :Cờ mang (carry) báo có sự truyền tín hiệu giữa các thanh

   Cờ tràn (overflow) báo rằng bít cao nhất của thanh chứa sau phép cộng vượt quá 1.

   Cờ rỗng (zero) báo trạng thái của thanh rỗng (=0) và không rỗng (=1).

   Cờ dấu (sign) báo đấu kết quả trên thanh chứa.

   Cờ chẵn lẽ (parity) báo tính chẵn lẻ của các phép tính trên thanh chứa.

3. Thanh đếm chương trình (the program counter register ) -PC hoặc con trỏ chỉ lệnh (IP) là thanh ghi được sử dụng cho phép CPU giữ vết vị trí của nó trong một chương trình. Thanh ghi này chứa địa chỉ của vị trí bộ nhớ, chỗ sẽ chứa chỉ lệnh chương trình tiếp theo. Khi mỗi chỉ lệnh được thực hiện, thanh đếm chương trình được cập nhật, như vậy nó chứa địa chỉ vị trí bộ nhớ , nơi chỉ lệnh tiếp theo sẽ được thực hiện và lưu lại. Bộ đếm chương trình gia tăng mỗi lần CPU thực hiện các chỉ lệnh theo tuần tự, trừ phi một chỉ lệnh như JUMP hoặc BRANCH thay đổi cách đếm chương trình khỏi thứ tự đó.
4. Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (the memory address register)- MAR chứa địa chỉ của dữ liệu trước khi dữ liệu di chuyển vào thanh chứa. Ví dụ, khi cộng hai số, thanh ghi địa chỉ bộ nhớ được nhập địa chỉ của số đầu tiên. Tiếp theo dữ liệu tại địa chỉ này được chuyển vào thanh chứa. Khi đó địa chỉ số thứ hai được nạp vào thanh ghi địa chỉ bộ nhớ rồi được cộng vào dữ liệu trong thanh chứa . Kết quả được lưu vào một vị trí bộ nhớ được đánh địa chỉ bởi thanh ghi địa chỉ bộ nhớ.
5. Thanh ghi chỉ lệnh (the instruction register )- IR chứa nội dung lệnh đang được thực hiện. Lệnh này được lấy từ bộ nhớ, lần lượt theo địa chỉ của thanh ghi đếm chương trình.
6. Các thanh mục đích chung (general -purpose registers) là những nơi lưu tạm thời dữ liệu hoặc các địa chỉ và được sử đụng ưong những hoạt động liên quan đến sự truyền giữa các thanh ghi khác nhau.
7. Thanh ghi con trỏ ngăn xếp (stack pointer regìster-SP) chứa dạng và địa chỉ, xác định đỉnh của ngăn xếp trong RAM. Ngăn xếp là một vùng đặc biệt của bộ nhớ trong đó các giá trị của bộ đếm chương trình có thể được lưu khi một phần chương trình con đang được sử dụng. Số lượng và hình dạng của các thanh ghi phụ thuộc vào từng bộ vi xử lí.

Bộ nhớ (memory)

Bộ nhớ lưu dữ liệu nhị phân, có dạng một hoặc nhiều mạch tích hợp. Các dữ liệu có thể là mã chỉ lệnh của chương trình hoặc là các con số đang được thực hiện. Kích thước của bộ nhớ được xác định bởi số lượng dây trong đường truyền (buyt) địa chỉ.

Bộ nhớ chứa các dữ liệu vĩnh viễn gọi là bộ nhớ chỉ đọc-ROM ( read only memory}. Các con ROM dược lâp trình trong lúc các mạch này được chế tạo. Các dữ liệu chỉ có thể được đọc và sử dụng cho các chương trình cố định.

Bộ nhớ EPROM (erasable and programable) xoá và lập trình lại được.
Con chip EPROM chứa một loạt các tế bào, mạch điện tử có thể chứa các lệnh.
Chương trình dược lưu khi áp điện áp tới các chân nối mạch tích hợp và lưu trong chip cho đến khi bị chiếu tia cực tím qua cửa sổ thạch anh trên đỉnh thiết bị. Sau đó con chip có thể được lập trình lại.

Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên RAM (random acess memory} là bộ nhớ lưu dữ liệu tạm thời đang được thực hiện, đó là bộ nhớ có thể đọc và ghi vào.

Những chương trình lưu trong ROM gọi là chương trình cơ sở hay chương trình hệ thống còn các chương trình lưu trong RAM gọi là phần mềm.

Cơ điện tử, các thành phần cơ bản,TS.Trương Hữu Trí, TS.Võ Thị Ry