Chương 7 các vi xử lý và công nghệ tiên tiến NGH TIEN

H C VI N CỌNG NGH BƯU CHệNH VIỄN THỌNG BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N Gi ng viên: TS HoƠng Xuơn D u Đi n tho i/E-mail: dauhx@ptit.edu.vn B môn: Khoa h c máy tính - Khoa CNTT1 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N Các vi xử lý tiên tiến • • • • • • N I 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 • • • • • • • www.ptit.edu.vn Cơng 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) Cơng nghệ ảo hóa (Virtualization) B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium Intel Pentium I (1993) Intel Pentium II (1997) Intel Pentium III (1999) Intel Pentium IV (2000) Intel Pentium M (2002) www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium ậ 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 mư lệnh 8KB cache L1 cho liệu;  Tích hợp khả dự đoán rẽ nhánh;  Đ ờng liệu 128 256 bits;  Bus liệu ngồi tăng lên 64 bits;  Hỗ trợ công nghệ MMX (sử dụng SIMD) www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium ậ Pentium I Sơ đồ khối c a Intel Pentium I www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium ậ Pentium II  Hỗ trợ cơng nghệ MMX cải tiến;  Tích hợp 16KB cache L1 cho mư 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 www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium ậ 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 m c cache;  Sử dụng khe cắm kiểu Socket 370 www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium ậ Pentium III Sơ đồ khối c a Intel Pen III www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium ậ Pentium IV  Dựa vi kiến trúc Intel NetBurst;  Cache lệnh L1 đ ợc 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) www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.1.1 Các VXL h Intel Pentium ậ Pentium IV www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 10 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.5 Công ngh ti t ki m n Intel Speedstep  Các phiên c a Speedstep:  V3.1 (Enhanced Intel Speedstep-EIST) Pentium M: • Tự động điều chỉnh xung nhịp điện áp theo b ớc (100MHz với lõi Banias 133MHz với lõi Dothan) khoảng 40-100% xung nhịp chuẩn; • Bổ sung thêm khả điều chỉnh dung l ợng hoạt động thực c a nhớ cache (ngắt điện bớt phần cache) tải thấp  V3.2 (Enhanced EIST): • Cơ chế hoạt động t ơng tự V3.1; • Hỗ trợ CPU nhiều nhân www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 67 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.5 Công ngh ti t ki m n Intel Speedstep Tiêu thụ điện theo điện áp c a Pentium M 1.6GHz www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 68 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.5 Công ngh ti t ki m n Intel Speedstep Tiêu thụ điện theo trạng thái tiết kiệm điện www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 69 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.6 Công ngh siêu phơn 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 đ a vào năm 2002 VXL Xeon sau Pen  Công nghệ đ ợc 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 đ ợc 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 nguyên công việc www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 70 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.6 Công ngh siêu phơn luồng www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 71 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.6 Công ngh siêu phơn luồng www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 72 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.6 Công ngh siêu phơn luồng  Công nghệ siêu phân luồng đ ợc thực cách:  Mỗi CPU ảo có số thành phần riêng, th ờng phần l u trạng thái kiến trúc (Architectural state), gồm đầy đ tập ghi c a nó: ghi liệu, đoạn, điều khiển debug;  Các CPU ảo chia sẻ thành phần thực lệnh c a CPU vật lý  Hệ điều hành “nhìn thấy” CPU hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng nh 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 c a CPU vật lý cho luồng khác, giúp cải thiện hiệu www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 73 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.6 Công ngh siêu phơn luồng  Tối u 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) c a 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 c a CPU vật lý chạy luồng này;  Kết CPU vật lý tải cao, cịn CPU rỗi  hiệu hệ khơng hỗ trợ siêu phân luồng  Để tránh t ợng này, HĐH phải có khả phân biệt CPU vật lý CPU ảo để lập lịch cho phù hợp www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 74 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.6 Công ngh siêu phơn luồng  Hiệu c a siêu phân luồng:  Cải thiện hiệu cho ng dụng đa luồng;  Cho phép nhiều luồng đ ợc thực đồng thời;  Cải thiện đ ợc khả đáp ng c a ng dụng  Số liệu thực nghiệm cơng 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 c a Tom’s Hardware, Pentium 3.0 GHz có HT nhanh Pentium 3.6 GHz tắt HT  Hiệu thực phụ thuộc vào ng dụng: chạy đồng thời ch ơng trình nặng tải, chạy chậm có HT www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 75 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.7 Cơng ngh o hóa  Cơng nghệ ảo hố (Virtualization Technology):   Là kết hợp c a công nghệ phần c ng phần mềm để tạo máy ảo (Virtual Machines (VMs));  Cho phép trừu t ợng hoá phần c ng để máy tính hoạt động giống nh có nhiều máy tính u điểm c a cơng nghệ ảo hố:  Giảm số máy vật lý, nh ng 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 tr ờng để test;  Hỗ trợ việc cân tải động khôi phục sau cố;  Đ ợc sử dụng nhiều điện toán đám mây  dịch vụ hoá tài nguyên phần c ng www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 76 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.7 Công ngh www.ptit.edu.vn B o hóa GI NG VIÊN: TS HỒNG XN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 77 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.7 Công ngh  Virtual Machine Monitor (VMM) o hóa  VMM thành phần trung tâm c a cơng 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 c a CPU giúp cho:     Giảm tải cho thao tác c a VMM Tăng tốc lực c a VMM Giảm độ ph c tạp phát triển VMM Giúp VMM chia sẻ tài nguyên phần c ng hiệu www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 78 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.7 CN o hóa ậ M t số phần mềm t o máy o  Phần mềm tạo máy ảo chạy nh ng 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 th ờng chậm, hỗ trợ số l ợng hạn chế máy ảo phụ thuộc vào lực c a hệ điều hành Thích hợp với ng ời sử dụng đơn lẻ www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 79 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.7 CN o hóa ậ M t số phần mềm t o máy o  Phần mềm tạo máy ảo chạy nh hệ điều hành nền:       Microsoft Hyper-V VMware vSphere Hypervisor Linux-VServer Solaris Containers OpenVZ FreeVPS  Đặc điểm:  Đ ợc cài đặt trực tiếp lên phần c ng vật lý, trực tiếp quản lý tối u hoá cho chia sẻ tài nguyên phần c ng;  Hỗ trợ nhiều máy ảo với tốc độ cao  Thích hợp với ảo hoá máy ch , tạo máy ch ảo www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 80 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI XỬ LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI XỬ LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7.2.7 CN o hóa ậ Ví dụ www.ptit.edu.vn B GI NG VIÊN: TS HỒNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 81 ... VI X? ?? LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI X? ?? LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N Các vi x? ?? lý tiên tiến • • • • • • N I DUNG Các vi x? ?? lý họ Intel Pentium Các vi x? ?? lý họ Intel Atom Các vi x? ?? lý họ Intel Core Core Các vi. .. GI NG MỌN KỸ THU T VI X? ?? LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI X? ?? LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7. 1.3 Các VXL h Intel Xeon Intel Xeon 75 00: nhân, 16 luồng x? ?? lý www.ptit.edu.vn B GI NG VI? ?N: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA... www.ptit.edu.vn B GI NG VI? ?N: TS HOÀNG XUÂN D U MỌN: KHOA H C MÁY TệNH - KHOA CNTT1 Trang 17 BÀI GI NG MỌN KỸ THU T VI X? ?? LÝ CHƯ NG ậ CÁC VI X? ?? LÝ VÀ CỌNG NGH TIÊN TI N 7. 1.3 Các VXL h Intel Xeon  Đ ợc