Báo cáo kiến trúc máy tính và hệ điều hành đề tài nghiên cứu tìm hiểu về vi xử lý intel core 2 duo

Trongbức tranh đa dạng của các dòng sản phẩm về vi xử lý, không thể không nhắc đến một tên tuổi đã góp phần quan trọng vào sự phát triển này – đó chính là vi xử lý Intel Core 2 Duo.Thế h

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO Kiến Trúc Máy Tính Và Hệ Điều Hành

Đề tài:

Nghiên cứu tìm hiểu về vi xử lý Intel core 2 duo

Giảng viên hướng dẫn : TH.S Nguyễn Thanh Hải Sinh viên thực hiện : Lê Võ Khôi Nguyên

Nguyễn Tuấn Minh

Vũ Đức Vấn Nguyễn Đình Thường Trịnh Đình Thắng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO Kiến Trúc Máy Tính Và Hệ Điều Hành

Đề tài:

Nghiên cứu tìm hiểu về vi xử lý Intel core 2 duo

Giảng viên hướng dẫn : TH.S Nguyễn Thanh Hải

Sinh viên thực hiện : Lê Võ Khôi Nguyên

Nguyễn Tuấn Minh

Vũ Đức Vấn Nguyễn Đình Thường Trịnh Đình Thắng

Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2023

Mục lục

1 Giới thiệu hoàn cảnh ra đời của vi xử lý Core 2 Duo 4

1.1 Xuất xứ và lịch sử phát triển 4

1.2 Một số thông số của Merom 6

2 Đặc trưng công nghệ chung của vi xử lý Core 2 Duo 7

2.1 Sơ đồ kiến trúc Core 7

2.2 Cấu tạo phần cứng CPU( Core 2 Duo) 10

3 Đặc trưng công nghệ chi tiết của từng loại biến thể (version) của vi xử lý Core 2 Duo.12 3.1 Tìm hiểu về version Yonah 13

3.1.1 Giới thiệu 13

3.1.2 Thông số kĩ thuật 14

3.2 Tìm hiểu về version Merom 15

3.2.1 Merom 16

3.2.2 Merom XE 16

3.2.3 Merom 2-M 17

3.2.4 Merom -L 17

4 Nhận xét chung về Core 2 Duo 17

Lời nói đầu

Trong bối cảnh không ngừng phát triển của công nghệ, vi xử lý không chỉ đóng vai trò trung tâm mà còn là động lực mạnh mẽ đằng sau sự tiến bộ của máy tính Trongbức tranh đa dạng của các dòng sản phẩm về vi xử lý, không thể không nhắc đến một tên tuổi đã góp phần quan trọng vào sự phát triển này – đó chính là vi xử lý Intel Core

2 Duo

Thế hệ vi xử lý này đã đánh dấu sự tiến bộ đáng kể so với những thế hệ trước

đó, đồng thời mở ra một kỷ nguyên mới với nhiều cải tiến về hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và ổn định Bằng cách nghiên cứu và tìm hiểu về Intel Core 2 Duo, chúng ta sẽ

có cơ hội nhìn lại quá trình phát triển của công nghệ vi xử lý và nhận thức được vai trò quan trọng của nó trong ngành công nghiệp máy tính Thông qua việc nêu lên lịch sử hình thành, kiến trúc của dòng vi xử lý tới những ứng dụng thực tế, đánh giá hiệu suất cùng với đó là các công nghệ tiên tiến của nó trong lịch sử hoạt động của mình

Do trình độ và hiểu biết còn hạn chế, trong quá trình làm bản báo cáo chủ đề không tránh khỏi những sai sót Các thành viên trong nhóm chúng em rất mong nhận được ý kiến và sự góp ý của thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn

1 Lịch sử phát triển của vi xử lí intel core 2 duo

1.1 Xuất xứ và lịch sử phát triển.

Được giới thiệu vào năm 2006, dòng vi xử lý Intel Core 2 là một bước đột phá lớn trong ngành công nghiệp vi xử lý Dòng vi xử lý này sử dụng kiến trúc Core 2 mới, mang lại hiệu năng vượt trội so với các thế hệ vi xử lý trước đó Intel Core 2 cũng tiêu thụ điện năng thấp hơn, giúp kéo dài thời lượng pin cho các thiết bị di động Dòng vi

xử lý này có nhiều lựa chọn cho người dùng, bao gồm lõi kép, lõi tứ, lõi đơn và lõi kép vPro Intel Core 2 được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất, đảm bảo khả năng tương thích với nhiều thiết bị

Intel Core 2 đã trở thành một thành công vang dội, chiếm lĩnh thị trường vi xử lý trong nhiều năm Dòng vi xử lý này đã giúp Intel lấy lại vị thế dẫn đầu trong ngành công nghiệp vi xử lý, sau khi bị AMD vượt qua trong một thời gian Intel Core 2 cũng góp phần thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng và trò chơi đòi hỏi nhiều hiệu năng.Nói tóm lại, dòng vi xử lý Intel Core 2 là một thành tựu quan trọng của Intel Dòng vi

xử lý này đã mang lại hiệu năng vượt trội, tiêu thụ điện năng thấp và nhiều lựa chọn cho người dùng, giúp Intel lấy lại vị thế dẫn đầu trong ngành

Trước khi ra mắt Intel Core 2 Duo

Trước khi Intel Core 2 Duo ra đời, các vi xử lý của Intel sử dụng kiến trúc NetBurst Kiến trúc này có một số nhược điểm như tốc độ xung nhịp cao nhưng hiệu năng thực tếthấp, tiêu thụ điện năng nhiều và tỏa nhiệt cao

Để khắc phục những nhược điểm này, Intel đã phát triển kiến trúc Core 2 Kiến trúc này có một số cải tiến quan trọng, bao gồm:

• Sử dụng bộ nhớ đệm L2 và L3 lớn hơn, giúp tăng hiệu năng của các ứng dụng

đa luồng

• Sử dụng công nghệ Hyper-Threading, cho phép mỗi lõi xử lý thực hiện hai luồng xử lý cùng lúc.

• Sử dụng công nghệ SSE3, giúp tăng hiệu năng của các ứng dụng xử lý đồ họa

Ra mắt Intel Core 2 Duo

Intel Core 2 Duo được ra mắt vào ngày 27 tháng 7 năm 2006 Dòng vi xử lý này được sản xuất trên quy trình 65nm

Core 2 Duo là tên thương mại cho bộ vi xử lý có tên mã là Merom (cho các máy

laptop) hoặc Conroe (cho các máy desktop), sử dụng kiến trúc mới lõi siêu nhỏ

Intel Core 2 Duo nhanh chóng trở thành một thành công lớn Dòng vi xử lý này đã mang lại hiệu năng vượt trội so với các thế hệ vi xử lý trước đó, giúp cải thiện đáng kể hiệu năng của các máy tính cá nhân

Paul Otellini, cựu Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành của Intel cho biết: “Bộ xử lý Core 2 Duo đơn giản là bộ xử lý tốt nhất trên thế giới "Không phải kể từ khi Intel giới thiệu bộ xử lý Pentium®, ngành công nghiệp mới chứng kiến trái tim của máy tính được tái phát minh như thế này Bộ xử lý máy tính để bàn Core 2 Duo là một tuyệt tác tiết kiệm năng lượng, chứa 291 triệu bóng bán dẫn nhưng tiêu thụ điện năng thấp hơn 40% trong khi vẫn mang lại hiệu năng cần thiết cho các ứng dụng của hôm nay và sau này”

Phát triển Intel Core 2 Duo

Trong những năm tiếp theo, Intel đã tiếp tục phát triển Intel Core 2 Duo Dòng vi xử lý này được sản xuất trên quy trình 45nm vào năm 2007 và quy trình 32nm vào năm 2008

Intel cũng đã bổ sung thêm các tính năng mới cho Intel Core 2 Duo, bao gồm:

• Công nghệ Intel SpeedStep, cho phép vi xử lý tự động điều chỉnh tốc độ xung nhịp để tiết kiệm điện năng

• Công nghệ Intel Turbo Boost, cho phép vi xử lý tăng tốc độ xung nhịp khi cần thiết

• Công nghệ Intel Virtualization Technology, cho phép vi xử lý chạy các hệ điều hành ảo.

Các chip mới có 291 triệu bóng bán dẫn, 2 lõi dùng bộ nhớ đệm L2 cache (4 MB cho Core 2 Duo E6000 và T7000; 2 MB cho T5000 và phiên bản E4000) Trong tổ hợp

"Core": Woodcrest (Xeon 5100) và 2 chip Core 2 Duo Merom và Conroe thì Merom cung cấp nền tảng công nghệ cho Conroe và Woodcrest

Core 2 Duo được phát hành dưới dạng các sản phẩm E6000 (trước đây mang tên mã Conroe) dành cho máy tính để bàn và dòng T5000/T7000 (tên mã trước đây là

"Merom") dành cho máy xách tay Chữ "E" biểu thị mức tiêu thụ năng lượng 50 watt

và cao hơn (dòng chip chủ đạo E6000 thuộc nhóm tiêu thụ 65 watt); chữ "T" được dùng cho các chip tiêu thụ từ 25 đến 49 watt Core 2 Duo với tên mã Conroe có 291 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 4 MB, bus hệ thống 1066 MHz, socket 775LGA Một

số BXL thuộc dòng này:E6600 (2,4 GHz), E6700 (2,66 GHz) Core 2 Duo với tên mã Allendale (hay Conroe-L) E6300 (1,86 GHz), E6400 (2,13 GHz) có 167 triệu

transistor, bộ nhớ đệm L2 2MB, bus hệ thống 1066 MHz, socket 775LGA Riêng E4300 (1,8 GHz) xuất hiện năm 2007 có bộ nhớ đệm L2 2 MB, bus 800 MHz, không

hỗ trợ Virtualization Technology

Core 2 Duo tên mã Merom dành cho laptop có công suất tiêu thụ chuẩn TDP là 35W

và gây ấn tượng sâu sắc với công suất 5W khi chạy kiểu ULV (Ultra Low Voltage) Intel tuyên bố bộ vi xử lí mới Core 2 của họ chạy nhanh hơn 20% khi cùng với mức tiêu thụ điện năng so với bộ vi xử lí Core Duo

Ngừng sản xuất Intel Core 2 Duo

Intel Core 2 Duo được Intel ngừng sản xuất vào năm 2010 Dòng vi xử lý này đã được thay thế bởi Intel Core i3, i5 và i7

1.2 Một số thông số của Merom.

- *Các thông số chính Intel®Core™ Duo Processor

- Kiểu chân: Socket LGA775

- Sản xuất dựa trên xử lý 65nm

- Tốc độ xử lý từ 1,8GHz đến >=3,16GHz

- Bộ nhớ Cache L1 cho lệnh 32KB và dữ liệu 32KB cho mỗi lõi

- Cache L2 từ 2MB đến 6MB dung chung cho 2 cá nhân

- Tương thích với Memory là DDR2

- Chipset hỗ trợ là Intel 945GC, 945GT, 946GZ, Q963, Q965, P965, G965

- Tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3

- Hỗ trợ công nghệ Intel Virtualization (trừ Core 2 Duo E4300)

- Hỗ trợ công nghệ Intel EM64T

- Hỗ trợ Excute Disable Bit

- Khả năng quản lý nguồn thông minh- Intelligent Power Capability

- Hỗ trợ công nghệ Enhanced SpeedStep

2 Đặc trưng công nghệ chung của vi xử lý Core 2 Duo.

2.1 Sơ đồ kiến trúc Core

Để hiểu về các vi cấu trúc Core chúng ta trở về lịch sử các dòng Core của Intel ,dòng Core 2 nhân đầu tiên của Intel là Duo Core(ở đây nhóm em chỉ đề cập đến dòng 2 nhân trở lên) Nó có 2 CPU thật, hoàn chỉnh bên trong 1 con chip Core Duo được sản xuất bằng công nghệ 65nm (tên mã là Yonah) Core Duo dùng kiến trúc lõi siêu nhỏ gần giống với Pentium nhưng được bổ sung thêm nhiều tính năng mới Bộ nhớ đệm cấp 2 (Cache L2) của Core Duo được chia đều cho mỗi nhân Nghĩa là nếu Cache L2 là 2 MB thì nhân 1 và nhân 2 được sử dụng tối đa là 1 MB

dù dư dù thiếu ,chính vì điều này giải thích vì sao dòng Duo Core hao tốn điện năng

và tốc độ

Khắc phục nhược điểm của dòng Duo Core Intel cho ra đòi dòng Core 2

Duo Core 2 Duo ngoài những tính năng mới thì cải tiến tiêu biểu nhất là việc Share dung lượng Cache L2 của 2 nhân Nghĩa là nếu Cache L2 là 2 MB thì nhân 1 không phải dùng cố định 1 MB nữa mà nếu có thiếu thì lấy phần dung lượng dư của nhân 2 dùng tiếp (điều này đối với Core Duo là không thể) nên việc xử lý sẽ nhanh hơn (vì khiCore Duo xài hết 1 MB L2 Cache mà vẫn còn thiếu thì sẽ truy xuất vào RAM để lấy dữliệu, mà RAM thì có tốc độ truy xuất chậm hơn Cache L2) Các bộ vi xử lý Core 2 Duo

từ E7200 trở về sau đã được sản xuất theo công nghệ 45nm

Hình 2.2 Chân đế của core 2 duo

Như vậy vi cấu trúc Core được hiểu theo cách nôm na là sự cải tiến về mặt sốlượng nhân và cache

Kiến trúc Core có 5 cổng gửi đi nhưng ba trong số chúng được sử dụng cho việc gửi các chỉ lệnh nối micro-ops đến các khối thực thi Điều đó có nghĩa rằng các CPU đang sử dụng kiến trúc Core đó có thể gửi ba địa chỉ lệnh micro-ops đến khối thực thi trên một chu kỳ clock

Kiến trúc Core cung cấp một FPU mở rộng và một IEU mở rộng (ALU) khi chúng ta mang ra so với kiến trúc Pentium M Điều này có nghĩa rằng kiến trúc Core

có thể xử lý đến ba chỉ lệnh số nguyên trên một chu kỳ clock,trong khi Pentium M chỉ có hai

Hình 2.1.1 các khối thực thi trong kiến trúc Core

 IEU: Instruction Execution Unit là nơi các chỉ lệnh được thực thi Khối này cũng được biết đến là khối ALU (Arithmetic and Logic Unit) Các chỉlệnh thông thường cũng được biết là các chỉ lệnh số nguyên

 JEU: Jump Execution Unit xử lý rẽ nhánh và cũng được biết đến với tên Branch Unit

 FPU:Floating-Point Unit Khối này chịu trách nhiệm cho việc thực thi các biểu thức toán học floating-point và cũng cả các chỉ lệnh MMX và

SSE.Trong CPU này, các FPU không “hoàn thiện” vì một số kiểu chỉ lệnh(FPmov, FPadd và FPmul) chỉ được thực thi trên các FPU nào đó:

o FPadd: Chỉ có FPU này mới có thể xử lý các chỉ lệnh cộng floating-point như ADDPS

o FPmul: Chỉ có FPU này mới có thể xử lý các chỉ lệnh nhân floating-point như MULPS

o FPmov:Các chỉ lệnh cho việc nạp hoặc copy một thanh ghi FPU, như MOVAPS (được dùng để truyền tải dữ liệu đến thanh ghi SSE 128-bit XMM) Kiểu chỉ lệnh này có thể được thực thi trên các

FPU, nhưng chỉ trên các FPU thứ hai và thứ ba nếu các chỉ lệnh Fpadd hay Fpmul không có trong Reservation Station

 Load: khối này dùng để xử lý các chỉ lệnh yêu cầu dữ liệu được đọc từ bộ nhớ RAM

 Store Data: Khối này xử lý các chỉ lệnh yêu cầu dữ liệu được ghi vào bộ nhớ RAM

2.2 Cấu tạo phần cứng CPU( Core 2 Duo)

Hình 2.2.1 Block diagram của mainboard sử dụng CPU Intel Core 2 Duo

Nhìn một cách tổng thể hệ thống trên chúng ta có thế thấy rằng vi xử lý Core 2 Duo bao gồm ba thành phần chính đó là:

+ CPU là bộ xử lý trung tâm của hệ thống và nằm ở vị trí trên cùng Các thành phần chính của CPU gồm khối tính toán ALU , bộ xử lý trung tâm CPU và các BUS hệthống có băng thông lớn Chức năng chính của CPU là tiến hành các thao tác tính toán

xử lý, đưa ra các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều khiển nhằm thực hiện một nhiệm vụ nào đó do người lập trình đưa ra thông qua các lệnh

+ Chip Cầu Bắc (North Bridge) là IC quan trọng nhất trên Mainboard, nó quyết định độ mạnh và giá thành của Main Chip Cầu Bắc điều khiển trực tiếp các thành phầnnhư:

+ Điều khiển CPU

+ Điều khiển bộ nhớ RAM

+ Điều khiển Video Card

+ Và trao đổi dữ liệu với Chip Cầu Nam

Các thành phần do Chip Cầu Bắc thực hiện (CPU, RAM, Video Card) phải đồng

bộ với nhau và thuộc phạm vi của Chip Cầu Bắc hỗ trợ thì chúng mới hoạt động được Trong thực tế, mỗi loại Chip Cầu Bắc chỉ hỗ trợ khoảng 2 loại CPU, 2 loại RAM

và 2 loại Video Card, nếu bạn sử dụng CPU hay RAM hay Video Card mà Chip Cầu Bắc không hỗ trợ thì nó sẽ không hoạt động được

+ Chip Cầu Nam (South Bridge) còn gọi là I/O Controller Hud (ICH), là một chip đảm nhiệm những việc có tốc độ chậm của Mainboard trong Chipset Khác với Chip Cầu Bắc, Chip Cầu Nam không được kết nối trực tiếp với CPU, chính xác hơn Chíp Cầu Nam kết nối với CPU thông qua Chip Cầu Bắc

Vì Chíp Cầu Nam được đặt xa CPU hơn, nó được giao trách nhiệm liên lạc với các thiết bị có tốc độ chậm hơn Một Chip Cầu Nam điển hình thường có thể làm việc được với vài loại Chip Cầu Bắc khác nhau Trước đây cổng giao tiếp chung giữa Chip Cầu Bắc và Chip Cầu Nam đơn giản là BUS PCI, hiện nay phần lớn các Chipset hiện thời sử dụng các giao tiếp chung được thiết kế độc quyền có hiệu năng cao hơn

Hình 2.2.1 hình ảnh mô phỏng cho core 2 duo chipset NamTên gọi “Chip Cầu Nam” bắt nguồn từ việc vẽ một kiến trúc trên sơ đồ Nhiệm

vụ chính của Chip cầu Nam là kết nối :

+ Với Chip cầu bắc

+ Cổng USB 2.0

+ Ổ đĩa cứng

+ Và các cổng giao tiếp

3 Trình bày những tiến bộ công nghệ trong việc phát triển Intel Core 2 Duo

Intel Core 2 Duo sử dụng kiến trúc mới được gọi là "Core", và nó đưa vào sử dụng công nghệ 65nm Việc giảm kích thước transistor giúp tăng hiệu suất và giảm tiêu thụ điện năng Phiên bản đầu tiên của Intel Core 2 Duo là Conroe, và nó đã nhanh chóng trở thành một sự lựa chọn ưa thích cho các hệ thống máy tính cá nhân và máy tính xáchtay

Các cải tiến có thể kể đến của Intel Core 2 Duo bao gồm công nghệ Intel Turbo Boost (có khả năng tăng tốc độ CPU lên đến Tần số Turbo Tối đa trong khi vẫn ở trong giới hạn nhiệt độ và năng lượng an toàn, cho phép bộ vi xử lý tăng tốc độ xung nhịp để đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dùng Điều này có thể tăng hiệu năng trong cả ứng dụng một phân luồng và nhiều phân luồng (các chương trình sử dụng một số lõi bộ xử lý))

- Công nghệ Intel Hyper-Threading cho phép mỗi lõi xử lý thực hiện hai luồng dữ liệu cùng một lúc, cải thiện hiệu suất của hệ thống (Có thể hiểu đơn giản là với công nghệ này thì một CPU vật lý sẽ hoạt động như hai CPU và việc này sẽ làm giảm được nhiềuthời gian xử lý, lúc này CPU sẽ nhận nhiệm vụ từ hệ điều hành sau đó phân chia các tác vụ cho các luồng (theard) khác nhau để xử lý nhanh hơn)

- Công nghệ Intel Virtualization cho phép máy tính chạy nhiều hệ điều hành khác nhau trên cùng một phần cứng

Tất cả các phiên bản và cải tiến của dòng vi xử lý Intel Core 2 Duo đã mang lại rất nhiều cải tiến quan trọng Trong đó có thể kể đến một số cải tiến đi kèm với mỗi phiên bản:

+ Conroe (2006):

- Kiến trúc Core: Conroe đưa vào sử dụng kiến trúc Core mới, thay thế cho kiến trúc NetBurst trước đó Kiến trúc Core tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng

- Công nghệ 65nm: Sử dụng công nghệ chế tạo 65nm giúp giảm kích thước transistor

và tiết kiệm năng lượng

- Làm việc với nhiều ứng dụng: Conroe cải thiện khả năng xử lý đa nhiệm và làm việc với nhiều ứng dụng cùng một lúc

- Công nghệ 45nm: Cả Wolfdale và Yorkfield sử dụng công nghệ 45nm, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu suất