Kiến trúc CPU

🎯 Mục tiêu bài học

Sau bài này, bạn sẽ hiểu cấu trúc bên trong CPU, chu trình Fetch-Decode-Execute, và vai trò của từng thanh ghi — kiến thức nền tảng cho phần Hardware trong thi FE.

1. CPU là gì?

CPU gồm 3 phần chính:

Thành phần	Tên đầy đủ	Vai trò
CU	Control Unit	Điều khiển, đọc lệnh, ra tín hiệu cho ALU và bộ nhớ
ALU	Arithmetic Logic Unit	Thực hiện phép toán số học (+, -, ×) và logic (AND, OR)
Register	Thanh ghi	Bộ nhớ cực nhanh bên trong CPU (vài byte), lưu dữ liệu đang xử lý

2. Chu trình xử lý lệnh (Fetch-Decode-Execute)

CPU thực hiện mọi lệnh qua 3 bước lặp lại liên tục, giống như một vòng xoay không dừng:

Bước	Tên	Mô tả	Thanh ghi liên quan
1️⃣	Fetch (Lấy lệnh)	CPU đọc lệnh tiếp theo từ RAM theo địa chỉ trong PC	PC → MAR → MDR → IR
2️⃣	Decode (Giải mã)	CU phân tích lệnh trong IR để biết phải làm gì	IR → CU
3️⃣	Execute (Thực thi)	ALU thực hiện phép tính, kết quả lưu vào ACC	ALU → ACC

Sau bước 3, PC tự động tăng lên để trỏ đến lệnh tiếp theo → vòng lặp tiếp tục.

3. Các thanh ghi quan trọng (Registers) — BẮT BUỘC NHỚ!

Thanh ghi	Tên đầy đủ	Chức năng	Ví dụ dễ nhớ
PC	Program Counter	Địa chỉ lệnh tiếp theo	Bookmark đánh dấu trang sách
IR	Instruction Register	Lệnh đang thực thi	Tờ giấy ghi lệnh trên tay
MAR	Memory Address Register	Địa chỉ ô nhớ cần truy cập	Số phòng khách sạn
MDR	Memory Data Register	Dữ liệu đọc/ghi từ RAM	Đồ đạc trong phòng
ACC	Accumulator	Lưu kết quả tính toán	Màn hình máy tính cầm tay
SP	Stack Pointer	Đỉnh stack hiện tại	Đỉnh chồng đĩa

4. Tốc độ và hiệu năng CPU

Khái niệm	Ý nghĩa	Ví dụ
Clock Speed	Số chu kỳ mỗi giây (Hz)	CPU 3GHz = 3 tỷ cycle/giây
CPI	Cycles Per Instruction	Trung bình 2 CPI = mỗi lệnh cần 2 chu kỳ
MIPS	Million Instructions/Sec	MIPS = Clock ÷ CPI ÷ 10⁶
Pipeline	Xử lý song song các giai đoạn	Giống dây chuyền lắp ráp xe hơi

📝 Tóm tắt nhanh

• CPU = CU + ALU + Register
• Chu trình: Fetch → Decode → Execute (lặp liên tục)
• PC = địa chỉ lệnh tiếp, IR = lệnh hiện tại, ACC = kết quả
• Pipeline giúp CPU nhanh hơn bằng cách xử lý song song