BÀI GIẢNG MÔN HỌC KỸ THUẬT VI XỬ LÝ. CHƯƠNG 7 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN. Giảng viên: TS. Hoàng Xuân Dậu

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MÔN HỌC KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN Giảng viên: TS Hồng Xn Dậu Điện thoại/E-mail: dauhx@ptit.edu.vn Khoa: Cơng nghệ thơng tin BÀI GIẢNG MƠN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN Các vi xử lý tiên tiến • • • • • • NỘI DUNG Các vi xử lý họ Intel Pentium Các vi xử lý họ Intel Atom Các vi xử lý họ Intel Core Core Các vi xử lý họ Intel Xeon Các vi xử lý họ Intel Core i3, i5, i7 Các vi xử lý họ AMD A-Series Các công nghệ tiên tiến • • • • • • • Công nghệ Intel Centrino Các tập lệnh tiên tiến MMX, SSE, AES AVX Công nghệ thực thi không theo trật tự (Out Of Order Execution) Công nghệ cache thông minh (Advanced Smart Cache) Công nghệ tiết kiệm điện (SpeedStep) Công nghệ siêu phân luồng (Hyper Threading) Công nghệ ảo hóa (Virtualization) Trang BÀI GIẢNG MƠN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium ❖Intel Pentium I (1993) ❖Intel Pentium II (1997) ❖Intel Pentium III (1999) ❖Intel Pentium IV (2000) ❖Intel Pentium M (2002) Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium – Pentium I ❖ Hỗ trợ ống lệnh (2 lệnh/1CLK): ▪ u-pipe: Có thể thực lệnh ▪ v-pipe: t.hiện lệnh đơn giản; ❖ Tích hợp 8KB cache L1 cho mã lệnh 8KB cache L1 cho liệu; ❖ Tích hợp khả dự đốn rẽ nhánh; ❖ Đường liệu 128 256 bits; ❖ Bus liệu ngồi tăng lên 64 bits; ❖ Hỗ trợ công nghệ MMX (sử dụng SIMD) Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium – Pentium I Sơ đồ khối Intel Pentium I Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium – Pentium II ❖ Hỗ trợ cơng nghệ MMX cải tiến; ❖ Tích hợp 16KB cache L1 cho mã lệnh 16KB cache L1 cho liệu; ❖ Tích hợp cache L2 với nhiều lựa chọn: 256, 512 1MB; ❖ Hỗ trợ tính quản lý nguồn nâng cao; ❖ Sử dụng khe cắm kiểu Slot Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium – Pentium III ❖ Giới thiệu tập lệnh SSE (Streaming SIMD Extensions): ▪ Hỗ trợ tập ghi XMM 128 bit ▪ Tăng tốc lệnh đồ hoạ 3D ❖ Tần số làm việc từ 450MHz – 1.4GHz; ❖ Tích hợp mức cache; ❖ Sử dụng khe cắm kiểu Socket 370 Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium – Pentium III Sơ đồ khối Intel Pen III Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium – Pentium IV ❖ Dựa vi kiến trúc Intel NetBurst; ❖ Cache lệnh L1 chuyển thành Execution Trace Cache; ❖ Hỗ trợ tập lệnh tiên tiến MMX, SSE, SSE2, SSE3; ❖ Một số phiên Pentium hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng (hyper-threading); ❖ Các phiên Pentium 662 672 hỗ trợ cơng nghệ ảo hố (Virtualization Technology) Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.1.1 Các VXL họ Intel Pentium – Pentium IV Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.5 Công nghệ tiết kiệm điện Intel Speedstep ❖ Các phiên Speedstep: ▪ V3.1 (Enhanced Intel Speedstep-EIST) Pentium M: • Tự động điều chỉnh xung nhịp điện áp theo bước (100MHz với lõi Banias 133MHz với lõi Dothan) khoảng 40-100% xung nhịp chuẩn; • Bổ sung thêm khả điều chỉnh dung lượng hoạt động thực nhớ cache (ngắt điện bớt phần cache) tải thấp ▪ V3.2 (Enhanced EIST): • Cơ chế hoạt động tương tự V3.1; • Hỗ trợ CPU nhiều nhân Trang 68 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CƠNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.5 Cơng nghệ tiết kiệm điện Intel Speedstep Tiêu thụ điện theo điện áp Pentium M 1.6GHz Trang 69 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CƠNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.5 Cơng nghệ tiết kiệm điện Intel Speedstep Tiêu thụ điện theo trạng thái tiết kiệm điện Trang 70 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CƠNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.6 Cơng nghệ siêu phân luồng ❖ Công nghệ siêu phân luồng (Hyper-Threading Technology HT Technology) công nghệ cho phép nhiều luồng thực chạy đồng thời CPU vật lý; ▪ Intel đưa vào năm 2002 VXL Xeon sau Pen ▪ Cơng nghệ tiếp tục áp dụng cho VXL họ Atom, Core I nhiều họ VXL khác; ▪ Đòi hỏi hệ điều hành phải hỗ trợ đa xử lý nhiều luồng đồng thời (SMT-Simultaneous Multi-threading) ❖ Công nghệ siêu phân luồng thiết kế nhằm cải thiện khả xử lý song song: ▪ Mỗi CPU/nhân vật lý có khả thực luồng ảo; ▪ Các luồng ảo có khả chia sẻ tài ngun cơng việc Trang 71 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.6 Công nghệ siêu phân luồng Trang 72 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.6 Công nghệ siêu phân luồng Trang 73 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.6 Công nghệ siêu phân luồng ❖ Công nghệ siêu phân luồng thực cách: ▪ Mỗi CPU ảo có số thành phần riêng, thường phần lưu trạng thái kiến trúc (Architectural state), gồm đầy đủ tập ghi nó: ghi liệu, đoạn, điều khiển debug; ▪ Các CPU ảo chia sẻ thành phần thực lệnh CPU vật lý ❖ Hệ điều hành “nhìn thấy” CPU hỗ trợ cơng nghệ siêu phân luồng CPU logic: ▪ Cho phép HĐH lập lịch xử lý luồng song song CPU ảo ▪ Khi luồng bị dừng lý đó, HĐH cấp phát tài nguyên CPU vật lý cho luồng khác, giúp cải thiện hiệu Trang 74 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CƠNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.6 Cơng nghệ siêu phân luồng ❖ Tối ưu hoá HĐH hệ thống hỗ trợ siêu phân luồng: ▪ Một hệ thống có CPU vật lý, CPU vật lý hỗ trợ CPU ảo → tổng cộng có CPU ảo; ▪ Nếu lập lịch (scheduler) HĐH không hỗ trợ siêu phân luồng, coi CPU ảo ngang nhau; ▪ Nếu thời điểm có yêu cầu chạy luồng thực hiện, HĐH chọn CPU ảo CPU vật lý chạy luồng này; ▪ Kết CPU vật lý tải cao, cịn CPU rỗi → hiệu hệ không hỗ trợ siêu phân luồng ▪ Để tránh tượng này, HĐH phải có khả phân biệt CPU vật lý CPU ảo để lập lịch cho phù hợp Trang 75 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CƠNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.6 Cơng nghệ siêu phân luồng ❖ Hiệu siêu phân luồng: ▪ Cải thiện hiệu cho ứng dụng đa luồng; ▪ Cho phép nhiều luồng thực đồng thời; ▪ Cải thiện khả đáp ứng ứng dụng ❖ Số liệu thực nghiệm công nghệ siêu phân luồng: ▪ Tăng diện tích đế CPU khoảng 5% so với CPU không hỗ trợ siêu phân luồng; ▪ Hiệu theo Intel công bố tăng thêm khoảng 15-30%; ▪ Theo thực nghiệm Tom’s Hardware, Pentium 3.0 GHz có HT nhanh Pentium 3.6 GHz tắt HT ▪ Hiệu thực phụ thuộc vào ứng dụng: chạy đồng thời chương trình nặng tải, chạy chậm có HT Trang 76 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.7 Cơng nghệ ảo hóa ❖ Cơng nghệ ảo hố (Virtualization Technology): ▪ Là kết hợp công nghệ phần cứng phần mềm để tạo máy ảo (Virtual Machines (VMs)); ▪ Cho phép trừu tượng hố phần cứng để máy tính hoạt động giống có nhiều máy tính ❖ Ưu điểm cơng nghệ ảo hố: ▪ Giảm số máy vật lý, đảm bảo số tảng đa dạng theo yêu cầu; ▪ Tiết kiệm không gian vật lý, điện tiện ích phục vụ khác; ▪ Hữu ích việc phát triển kiểm thử phần mềm – cần nhiều môi trường để test; ▪ Hỗ trợ việc cân tải động khôi phục sau cố; ▪ Được sử dụng nhiều điện toán đám mây → dịch vụ hoá tài nguyên phần cứng Trang 77 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.7 Cơng nghệ ảo hóa Trang 78 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.7 Cơng nghệ ảo hóa ❖ Virtual Machine Monitor (VMM) ▪ VMM thành phần trung tâm công nghệ ảo hố ▪ Điểm khó khăn thiết kế VMM vấn đề điểu khiển sử dụng tài nguyên vật lý cách hiệu quả: • Vấn đề ánh xạ nhớ • Vấn đề ánh xạ thiết bị vào ❖ Hỗ trợ ảo hoá CPU giúp cho: ▪ ▪ ▪ ▪ Giảm tải cho thao tác VMM Tăng tốc lực VMM Giảm độ phức tạp phát triển VMM Giúp VMM chia sẻ tài nguyên phần cứng hiệu Trang 79 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.7 CN ảo hóa – Một số phần mềm tạo máy ảo ❖ Phần mềm tạo máy ảo chạy ứng dụng hệ điều hành nền: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Microsoft Windows Virtual PC VMWare Workstation, VMWare Server Oracle VM KVM Sun xVM VirtualBox IBM VM ❖ Phần mềm tạo máy ảo thường chậm, hỗ trợ số lượng hạn chế máy ảo phụ thuộc vào lực hệ điều hành Thích hợp với người sử dụng đơn lẻ Trang 80 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.7 CN ảo hóa – Một số phần mềm tạo máy ảo ❖ Phần mềm tạo máy ảo chạy hệ điều hành nền: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Microsoft Hyper-V VMware vSphere Hypervisor Linux-VServer Solaris Containers OpenVZ FreeVPS ❖ Đặc điểm: ▪ Được cài đặt trực tiếp lên phần cứng vật lý, trực tiếp quản lý tối ưu hoá cho chia sẻ tài nguyên phần cứng; ▪ Hỗ trợ nhiều máy ảo với tốc độ cao ▪ Thích hợp với ảo hố máy chủ, tạo máy chủ ảo Trang 81 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CƠNG NGHỆ TIÊN TIẾN 7.2.7 CN ảo hóa – Ví dụ Trang 82 ... RAM: PC 3-6 400 (DDR 3-8 00), PC 3-8 500 (DDR 3-1 066), PC 3-1 0600 (DDR 3-1 333) and PC 3-1 2800 (DDR 3-1 600) ❖ Card không dây: ▪ Intel Centrino Ultimate-N 6300 AGN mini-PCIe ▪ Intel Centrino Wireless-N 1000... RAM: PC 3-6 400 (DDR 3-8 00), PC 3-8 500 (DDR 3-1 066), PC 3-1 0600 (DDR 3-1 333) and PC 3-1 2800 (DDR 3-1 600) ❖ Card không dây: ▪ Intel Centrino Ultimate-N 6300 AGN mini-PCIe ▪ Intel Centrino Wireless-N 2200... 80 0-1 066MT/s FSB ❖ Chipset: ▪ Intel Mobile Express series ▪ Tích hợp nhân đồ hoạ Intel GMA X4500 ▪ Hỗ trợ RAM: PC 2-5 300 (DDR 2-6 67) , PC 2-6 400 (DDR 2-8 00), PC 3-6 400 (DDR 3-8 00), PC 3-8 500 (DDR 3-1 066)