Bài tập lớn kiến trúc máy tính và nguyên lí hệ điều hành đề tài nghiên cứu tìm hiểu về thế hệ vi xử lý intel core i

Tài liệu học tập: - Nguyễn Thanh Hải, Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành, 2016.- Wiki https://www.wikipedia.org - Trang chủ của Intel Việt Nam http://www.intel.vn- Blog Tin Học http://www

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

- -BÀI TẬP LỚNMÔN : KIẾN TRÚC MÁY TÍNH và

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Nghiên cứu tìm hiểu về thế hệ vi xử lý Intel Core I

2 Hoạt động của sinh viên

- Hoạt động/Nội dung 1: Trình bày lịch sử phát triển của vi xử lý Core I, giới thiệu tổng quát: hoàn cảnh ra đời của vi xử lý Core I

- Hoạt động/Nội dung 2: Trình bày đặc trưng công nghệ chi tiết của từng loại biến thể(version) của vi xử lý Core I

3 Sản phẩm nghiên cứu: Bản báo cáo theo đúng mẫu.

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành báo cáo bài tập lớn theo đúng thời gian quy định

2 Báo cáo sản phầm nghiên cứu được giao trước giảng viên và các sinh viên khác.

IV Học liệu sử dụng cho bài tập lớn

1 Tài liệu học tập:

- Nguyễn Thanh Hải, Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành, 2016.

- Wiki (https://www.wikipedia.org )

- Trang chủ của Intel Việt Nam (http://www.intel.vn)

- Blog Tin Học (http://www.blogtinhoc.com)

- Tài liệu điện tử trên internet.

Tên nhóm: 1

Họ tên thành viên nhóm: Nguyễn Công Bằng, Phạm Đức Định, Nguyễn Viết Mạnh,Phạm Văn Phước, Nguyễn Hải Triều

Tên chủ đề: Nguyên cứu tìm hiểu về thế hệ vi xử lý Intel Core I

thực hiện

1 Nguyễn Công Bằng Bầu trưởng nhóm, thiết lập

nội quy cho cả nhóm, phânchia công việc

3 Phạm Đức Định Tìm hiểu về thế hệ thứ 1, 2 Họp qua zoom

4 Phạm Văn Phước Tìm hiểu về thế hệ thứ 7, 8 Họp qua zoom

5 Nguyễn Hải Triều Tìm hiểu về thế hệ 3, 4 Họp qua zoom

6 Nguyễn Viết Mạnh Tìm hiểu về thế hệ 5, 6 Họp qua zoom

7 Phạm Văn Phước Tìm hiểu về thế hệ 9, 10 Họp qua zoom

8 Nguyễn Hải Triều Tìm hiểu về thế hệ 11, 12 Họp qua zoom

9 Nguyễn Viết Mạnh Tìm hiểu về thế hệ 13 Họp qua zoom

10 Nguyễn Công Bằng,

Phạm Đức Định

Tổng kết, trình bày, sửa chữa lại bài tập nhóm

Họp qua zoom

Ngày tháng năm 2023 Giảng viên

Nguyễn Thanh Hải

LỜI MỞ ĐẦU

Vi xử lý Core i của Intel đã trải qua một hành trình dài và đầy ấn tượng trongquá trình phát triển, bắt đầu từ những giai đoạn đầu đầy sáng tạo đến những đột phácông nghệ hàng đầu Qua từng thế hệ, Core i không chỉ là biểu tượng của sự tiến bộ

về hiệu suất mà còn thể hiện sự đa dạng và linh hoạt trong ứng dụng Điều này làmnổi bật một hành trình ấn tượng, góp phần quan trọng vào sự phát triển của ngànhcông nghiệp vi xử lý

Dưới đây là bài nghiên cứu của nhóm chúng em về bộ vi xử lý Intel Core i Bài làm của chúng em còn nhiều thiếu sót , rất mong thầy xem và góp ý giúp bọn emđược được hoàn thiện bài nghiên cứu hơn

Em chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC PHẦN I: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN VXL CORE I

1 Lịch sử hình thành và phát triển .7

2 Các công nghệ cơ bản trên vi xử lí Core i của Intel .7

a Công nghệ Turbo Boost (ép xung) 7

b Công nghệ Hyper threading (siêu phân luồng) 8

3 Chi tiết công nghệ chung cho từng loại chip 9

4 Một số ứng dụng của dòng sản phẩm Core I: .9

PHẦN II: THẾ HỆ ĐẦU – VI KIẾN TRÚC NEHALEM 1 Khái quát chung 10

2 Đặc trưng công nghệ chung .10

3 Đặc trưng công nghệ chi tiết .10

PHẦN III: THẾ HỆ HAI - SANDY BRIDGE 1 Khái quát chung 11

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Sandy Bridge .11

PHẦN IV:THẾ HỆ THỨ 3 – IVY BRIDGE 1 Khái quát chung 13

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Ivy Bridge .13

PHẦN V: THẾ HỆ THỨ 4-HASWELL 1 Khái quát chung 14

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Haswell 15

PHẦN VI: THẾ HỆ THỨ 5 – BROADWELL 1 Khái quát chung 15

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Broadwell 16

PHẦN VII: THẾ HỆ THỨ 6 – SKYLAKE 1 Khái quát chung 17

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Skylake 17

PHẦN VIII: THẾ HỆ THỨ 7 – KABY LAKE

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Kaby Lake 18

PHẦN IX: THẾ HỆ THỨ 8 – COFFEE LAKE

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Coffee Lake 19

PHẦN X: THẾ HỆ THỨ 9 – COFFEE LAKE REFRESH

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Coffee Lake refresh 19

PHẦN XI: THẾ HỆ THỨ 10 – COMET LAKE

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Comet Lake 20

PHẦN XII THẾ HỆ THỨ 11 – TIGER LAKE

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Tiger Lake 21

PHẦN XIII THẾ HỆ THỨ 12 – ALDER LAKE

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Alder Lake 22

PHẦN XIV THẾ HỆ THỨ 13 – RAPTOR LAKE

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Raptor Lake 23

PHẦN I: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN ,CẤU TẠO , CÔNG NGHỆ CỦA VXL CORE I

Nhìn vào hình bên trên thì có thể thấy là dòng chíp Core i được hãng Intel phát triển từ

năm 2009 và cho tới nay thì dòng Core i đã trải qua 7 thế hệ đó là Nehalem, Sandy Bridge, Ivy Bridge,Haswell, Broadwell

- Và đương nhiên là thế hệ càng mới thì chất lượng được cải tiến càng tốt hơn, khảnăng xử lý tốt hơn và được trang bị card đồ họa tích hợp (card onboard) mạnh mẽ hơncũng như có thể tương thích với các dòng card đồ họa rời mạnh mẽ hơn

2 Các công nghệ cơ bản trên vi xử lí Core i của Intel.

a Công nghệ Turbo Boost (ép xung).

Turbo Boost là gì?

Là công nghệ của hãng Intel cho phép các bộ vi xử lý chạy hơn xung nhịp mặc định,giúp tăng hiệu năng cũng như tối ưu hiệu suất hoạt động của CPU

Nhìn vào hình trên bạn dễ hiểu hơn, phần màu xanh là lúc máy tính chạy bình thường,màu vàng là máy tăng tốc lên khi gặp những ứng dụng phần mềm nặng

Không phải CPU Intel nào cũng có Turbo Boost? Công nghệ Turbo Boost thường tích

hợp trên các dòng CPU Intel Core i5 và Core i7

b Công nghệ Hyper threading (siêu phân luồng).

Giới Thiệu Công Nghệ Hyper -Threading

Có một vài nguyên nhân làm cho các đơn vị thực thi không được sử dụngthường xuyên Nói chung, CPU không thể lấy dữ liệu nhanh như nó mong muốn do tắcnghẽn đường truyền (memory bus và front-side-bus), dẫn đến sự giảm sút hoạt độngcủa các đơn vị thực thi Ngoài ra, một nguyên nhân khác đã được đề cập là có quá ítILP trong hầu hết các chuỗi lệnh thực thi

Hiện thời cách mà đa số các nhà sản xuất CPU dùng để cải thiện hiệu năng trongcác thế hệ CPU của họ là tăng tốc độ xung nhịp và tăng độ lớn của bộ nhớ đệm (cache).Nhưng cho dù cả hai cách này cùng được sử dụng thì vẫn không thực sự sử dụng hếtđược tiềm năng sẵn có của CPU Nếu có cách nào đó cho phép thực thi được nhiềuchuỗi lệnh đồng thời mới có thể tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên của CPU Đó chính làcái mà công nghệ siêu luồng của Intel đã làm được, bản chất của nó là chia sẻ tài nguyên

để sử dụng hiệu quả hơn các đơn vị thực thi lệnh đã có sẵn trên các CPU đó

Hyper threading - siêu luồng là một cái tên “tiếp thị” cho một công nghệ nằmngoài “vương quốc” x86, là một phần nhỏ của SMT Ý tưởng đằng sau SMT rất đơngiản: một CPU vật lý sẽ xuất hiện trên hệ điều hành như là hai CPU và hệ điều hànhkhông thể phân biệt được Trong cả hai trường hợp nhiệm vụ của hệ điều hành chỉ làgửi hai chuỗi lệnh tới “hai” CPU và phần cứng sẽ đảm nhiệm những công việc còn lại Trong các CPU sử dụng công nghệ Hyper-Threading, mỗi CPU logic sở hữu mộttập các thanh ghi, kể cả thanh ghi đếm chương trình PC riêng (separate program

counter), CPU vật lý sẽ luân phiên các giai đoạn tìm/giải mã giữa hai CPU logic và chỉ

cố gắng thực thi những thao tác từ hai chuỗi lệnh đồng thời theo cách hướng tới nhữngđơn vị thực thi ít được sử dụng

3 Chi tiết công nghệ chung cho từng loại chip.

Core i3:

Cho PC: Kiến trúc Clarkdale - nền tảng 32 nm, hỗ trợ các tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, Hyper-Threading, Smart Cache.Cho Laptop: Kiến trúc Arrandale - điện áp thấp - nền tảng 32 nm, hỗ trợ các tập lệnh tương tự như cho PC

Core i5:

Cho PC: Kiến trúc Clarkdale và Lynnfield - nền tảng 32 nm và 45 nm, hỗ trợ các tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, Turbo Boost, Hyper-Threading, Smart Cache

Cho Laptop: Kiến trúc Arrandale - điện áp thấp - nền tảng 32 nm, hỗ trợ các tập lệnh tương tự như cho PC

Core i7:

Cho PC: Kiến trúc Lynnfield, Bloomfield, Gulftown - các nền tảng 45 nm và

32 nm, hỗ trợ các tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, Turbo Boost, Hyper-Threading, Smart Cache

Cho Laptop: Kiến trúc Arrandale, Clarksfield - các nền tảng 32 nm và 45 nm,

hỗ trợ các tập lệnh tương tự như cho PC

So sánh đặc trưng của Intel CPU Core i3, i5,i7:

 Tự đô ̣ng gia tăngtốc đô ̣ khi bạn cần bằngCông Nghê ̣ Intel® TurboBoost 2.0

 Xử Lý Đa Nhiê ̣mThông Minh nhờ CôngNghê ̣ Intel® Hyper-Threading

 Các tính năng đồhọa tuyê ̣t vời tích hợp sẵn

Khả năng xử lý thôngminh rõ ràng cao nhất

 Khả năng ép xungcho phép đạt được hiê ̣uquả đáng sửng sốt

 Tự đô ̣ng gia tăngtốc đô ̣ khi bạn cần bằngCông Nghê ̣ Intel® TurboBoost 2.0

 Xử Lý Đa Nhiê ̣mThông Minh nhờ CôngNghê ̣ Intel® Hyper-Threading

 Các tính năng đồhọa tuyê ̣t vời tích hợp sẵn

4 Một số ứng dụng của dòng sản phẩm Core I:

Core i3 : Được ứng dụng trong những máy tính cá nhân sử dụng đồ họa, xử lý

công việc thông dụng và hỗ trợ trên công nghệ windows 64 bit với những chương trình

đồ họa: photoshop CS4, Corel X4, Plash FX … loại này phù hợp cho những ngườidùng phổ thông: học sinh, sinh viên, nhân viên văn phòng.

Core i5: Thì được dùng nhiều hơn khi máy tính cần phải xử lý công việc nhiều

và hiệu quả hơn về thiết kế đồ họa và trong việc xây dựng lên hệ thống ảo hóa phục vụcông việc nghiên cứu và học tập nâng cao dùng cho những người dùng tầm trung: họcsinh, sinh viên học chuyên ngành công nghệ thông tin, nhân viên văn phòng cao cấpcần xử lý nhiều công việc và đồ họa cao cấp

Core i7: Với kiến trúc 4 nhân 8 luồn dữ liệu nên thường được dùng vào trong

các công việc đồ họa dưới giao diện 64 bit cần độ xử lý tốc độ cực nhanh: thiết kế hình

vẽ 3D, 4D dựng phim 4D….xây dựng hệ thống ảo hóa với quy mô lớn phục vụ côngviệc nghiên cứu công nghệ Dùng cho người dùng cao cấp, người dùng chuyên nghiệp:chuyên thiết kế đồ họa, chế bản âm thanh hình ảnh, sản xuất phim ảnh, sinh viên họcchuyên ngành đồ họa máy tính, chế bản phim hoạt hình…

PHẦN II: THẾ HỆ ĐẦU – VI KIẾN TRÚC NEHALEM

1 Khái quát chung.

Với việc phát hành của vi kiến trúc Nehalem trong tháng 11 năm 2008, intel giới thiệu một cái tên mới cho bộ vi sử lý Core i Có 3 biến thể, Core i3, Core i5 và Core i7, nhưng cách gọi tên không còn mang các đặc trưng kỹ thuật như số lượng lõi v v Thay vào đó , các thương hiệu được phân chia từ cấp thấp (i3), tầm trung (i5), cao cấp (i7), tương ứng với ba, bốn và năm sao trong đánh giá của inter từ các entry –lever Celeron (1 sao) và bộ xử lý Pentium (2 sao)

2 Đặc trưng công nghệ chung.

Đặc điểm chung của các bộ vi xử lý Nehalem bao gồm một tích hợp RAMDDR3 cũng như QuickPath Interconnect (điểm xử lý kết nối) hoặc PCI Express (hệthống Bus tốc độ cao) và Direct Media Interface (giao diện truyền thông trực tiếp)trên bộ xử lý thay thế cho Front Side Bus (sử dụng trong tất cả các bộ vi xử lý lõitrước đó) Tất cả các bộ xử lý có 256 KB bộ nhớ cache L2 / lõi, cộng với 12MB phânchia cho bộ nhớ cache L3 Bởi vì kết nối I/O, chipset và bo mạch từ các thế hệ trước

đó không còn sử dụng được với bộ vi xử lý Nehalem-Based

Dùng socket (cổng kết nối) LGA 1156 và một vài model dùng socket 1366

Được phát triển bởi Intel và dự kiến sẽ là kiến trúc tiếp nối Nehalem Được thiết kếdựa trên quy trình công nghệ 32nm từ Westmere (tên cũ là Nehalem-C)

3 Đặc trưng công nghệ chi tiết.

a Intel Core i3.

Intel Core i3 là dòng vi xử lý cấp thấp mới của dòng vi xử lý hiệu xuất từ Intel,thay thế cho thương hiệu Core 2 Core i3 đầu tiên là Clarkdale-based, với tích hợpGPU và hai lõi Các bộ vi xử lý tương tự cũng có sẵn như là Core i5 và pentium, vớicấu hình có chút khác nhau Các vi xử Core i3-3xxM dựa trên Arrandale Phiên bản di

động của bộ vi xử lý máy tính để bàn Clarkdale Chúng tương tự như Core i5 -4xxnhưng chạy ở tốc độ xung nhịp thấp hơn và không có Turbo Boost.

b Intel Core i5.

Core i5 sử dụng vi kiến trúc được giới thiệu vào ngày 08 tháng 09 năm 2009,như một biến thể chính của Core i7 trước đó, lõi Lynnfield Core i5 có 8MB bộ nhớcache L3, Bus DMI chạy ở 2,5 GT/s và hỗ trợ dual-channel DDR3-800/ 1066 / bộ nhớ

1333 và đã vô hiệu hóa Hyper-Threading Core i5 có thêm một tính năng Turbo BoostTechnology giúp tăng tốc tối đa cho các ứng dụng, tự động tăng hiệu suất cho phù hợpvới khối lượng công việc

Bộ vi xử lý dành cho di động Core i5-5xx được đặt tên Arrandale và dựa trên

32 nm Westmere thu nhỏ của vi kiến trúc Nehalem Bộ vi xử lý Arrandale đã tích hợpkhả năng đồ họa nhưng chỉ có hai nhân xử lý Các bộ nhớ cache L3 trong core i5-5xxđược giảm xuống còn 3 MB, trong khi Core i5-6xx sử dụng bộ nhớ cache đầy đủ vàcore i3-3xx không hỗ trợ Turbo boost

b. Intel Core i7

Inter Core i7 với vi xử lý Nehalem-based Bloomfield được giới thiệu cuối năm

2008 Trong năm 2009 mô hình Core i7 mới dựa trên Lynnffield cho máy tính để bàn

và Clarksfield quad-core cho điện thoại di động được thêm vào Và các mô hình dựatrên Arrandale lõi kép được thêm vào tháng giêng năm 2010

PHẦN III: THẾ HỆ HAI - SANDY BRIDGE

1 Khái quát chung.

"Sandy Bridge" -kế nhiệm kiến trúc Nehalem "nổi đình đám" trong năm 2008.Tháng 1-2011, Intell đã giới thiệu CPU Intel Core thế hệ thứ 2 với tên mã SandyBridge Gồm ba họ Core i3, i5, i7

Dòng Sandy Bridge sẽ bao gồm 29 vi xử lý mới và là chip đầu tiên của Intelđược tích hợp bộ điều khiển bộ nhớ và đồ họa trên cùng một khuôn vi xử lý ChipSandy Bridge sẽ tạo ra ít nhiệt hơn trong khi vẫn đẩy mạnh năng lực xử lý và thêm vào

đó, việc cải tiến năng lực đồ họa với các lõi xử lý HD 2000 và 3000 sẽ tăng hiệu suất

đồ họa lên 200% so với dòng GMA 4500 hiện có

Sandy Bridge là vi kiến trúc mới đầu tiên của Intel sử dụng công nghệ xử lý

32nm với transistor cổng kim loại Hi-K thế hệ 2, mang lại hiệu suất hoạt động caođồng thời tiêu thụ điện năng thấp hơn

2 Chi tiết về bộ vi xử lý Sandy Bridge

a Đặc điểm nổi bật

Cấu trúc hoàn toàn tương tự như là Core i3, Core i5 (Clarkdale - Lynnfield) hayCore i7 (Lynnfield) nền tảng 1156 của Intel Sandy Bridge có các đặc điểm nổi bật:

- Tích hợp Memory Controller

- Công nghệ Turbo Boost thế hệ 2 đem đến những cú boost linh hoạt hơn

- Bộ nhớ kênh đôi DDR3-1333 gồm 2 kênh mỗi kênh 2 thanh ram cùng hoạt động

- Điểm nhấn là tích hợp đồ hoạ trong CPU Nhân đồ họa cũng được sử dụng công nghệ32nm Hiệu năng đã có sự cải thiện ấn tượng so với lần tích hợp đầu tiên trongClarkdale.

- Hỗ trợ mã hoá Advanced Encryption Standard (AES) từ phần cứng giúp các bạn giải

mã và mã hoá dữ liệu nhanh nhất có thể

- Socket mà các BXL Sandy Bridge trên desktop sử dụng chính là LGA1155 Mức

tiêu thụ điện năng khá thấp khi mà các mức tiêu thụ điện cho các BXL là95W/65W/45W/35W

b Đồ họa và video

-Đồ họa:

CPU thế hệ Westmere với chip đồ họa (GPU) được tích hợp vào die chung vớinhân xử lý (Core i Socket LGA1156) Trên die có 2 con chip Chip lớn là bộ điềukhiển bộ nhớ và đồ họa tích hợp, vẫn dùng công nghệ 45nm Chip nhỏ là nhân xử lý32nm

CPU thế hệ Sandy Bridge với GPU được tích hợp luôn vào nhân xử lý nên trêndie chỉ còn 1 con chip GPU (nhân đồ họa) giờ kết nối trực tiếp với bộ xử lý bằng cấutrúc kiểm soát bộ nhớ ring bus tốc độ cao và được chia sẻ L3 Cache từ các nhân xử lý.GPU giờ đây thậm chí còn tương thích thư viện đồ họa DirectX 10.1, và đương nhiên

là nhanh hơn “on-bo” (GPU onboard) cũ nhiều Không chỉ vậy, nhân đồ họa còn

“hưởng sái” cả công nghệ Turbo Boost, cung cấp thêm một chút hiệu năng ngay khicần thiết

- Video: Khả năng xử lý video có thể coi là điểm nhấn đáng kể nhất Intel còn đầu

tư thêm vào năng lực mã hóa/giải mã video trên IGPU của mình Chức năng cụ thể:

- Intel Quick Sync Video mang lại khả năng chuyển đổi định dạng Video cho các

thiết bị cầm tay và chia sẽ qua mạng nhanh nhất

- Stereoscopic 3D: Hỗ trợ toàn điện khả năng phát 3D từ blueray với độ phân giải

1080p qua HDMI 1.4

- Intel Clear Video HD: Mang đến khả năng phát Video với chất lượng hình ảnh, màu

sắc xuất sắc nhất Ngay cả khi lướt web bạn cũng sẽ được tận hưởng công nghệ này

- Intel HD Graphic với sự cải thiện đáng kể giúp bạn có thể chơi được một lượng

game kha khá

- Intel Advanced Vector Extensions: mang đến khả năng tính toán số thực (floating

point) tốt hơn cho các ứng dụng multimedia, khoa học và tài chính

c Turbo boot

Nếu như công nghệ Turbo Boost xuất hiện trên kiến trúc Nahalem vào năm 2008

đã là một sự đột phá lớn, thì lên đến Sandy Bridge, nó còn được cải tiến hơn nữa Lấy

ví dụ đối với bộ xử lý Core i7 đời cũ: khi chỉ có 2 nhân hoạt động, cơ chế Turbo Boost

sẽ tự động tăng xung cho 2 nhân đó, và tắt 2 nhân còn lại để giữ điện năng tiêuthụ trong mức cho phép, trong trường hợp chỉ có 1 nhân hoạt động, mức xung còn cóthể được đẩy lên cao nữa; khi cả 4 nhân cùng hoạt động, xung nhịp được trả về mặc