Kiến trúc máy tính Đề tài nghiên cứu nguyên lý hoạt Động, chức năng của bị vi xử lý intel core i11

Intel khẳng định đây là bộ vi xử lý tốt nhất thé giới cho tới thời điểm hiện tại dành cho dòng máy tính xách tay mỏng nhẹ với khả năng xử lý đồ họa vượt trội so với các thế hệ trước.. K

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ

TRUYÈN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ

VU

KIÊN TRÚC MAY TINH

Đề tài: NGHIÊN CỨU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỌNG,

CHỨC NĂNG CỦA BỊ VI XỬ LÝ INTELCORE HI

Hà Phước Khánh Trần Văn Quốc Đạt Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Hà Huy Cường

Đà nẵng, tháng 10 năm 2022

MƠ ĐAU

Có thể nói công nghệ máy tính đã và đang thay đôi hàng giờ trong những năm gần đây Đến thời điểm nảy thật đáng kinh ngạc khi định luật tăng theo hàm mũ của mật độ linh kiện trên một chu vi điện tử cũng đồng nghĩa với khả năng xử ly của may tính vẫn đúng Cả thế giới đang ở trone một cuộc chạy đua công nghệ, càng ngày càng xuất hiện nhiều công ty sản xuất linh kiện máy tính Trong số đó không thê không kế dén Intel — một ngudl khổng 16 trong lĩnh vực sản xuất thiết bị vi tính Công ty này tỏ

ra rất nôi trội trong lĩnh vực sản xuất vi xử lý (CPU) của máy tính, theo thống kê Intel đang chiếm 4/5 thị phần vI xử lý trên thế giới Được thành lập năm 1968 tại Santa Clara, California, Hoa Kỳ, sau 3 năm Intel đã xuất ra thị trường dòng vi xử lý đầu tiên:

4004 với tốc độ 108KHz với 23.000 bóng bán dẫn Cho đến là Core ¡7 990X - bộ vi

xử lí nhanh nhất với 6 nhân, tốc độ 3,46 GHz, sử dụng công nghệ 32nm, đa nhân, siêu

phân luồng Và gần đây nhất với sự xuất hiện của Intel core ¡11 Va dé hiéu rõ hơn về

bộ vi xử lý Intel core ¡11, nhóm em đã chọn đề tài “Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, chức năng của bộ vị xử lý Intel core 111.”

LỜI CÁM ƠN

Đề hoản thành bài báo cáo học phần Kiến trúc máy tính này, trước tiên nhóm

em xIn eửi lời cảm ơn đên các thây cô giang vién trong khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử Trường Công nghệ Thong tin và Truyền thông Việt — Hàn

Đặc biệt nhóm em xin gửi đến thầy Nguyễn Hà Huy Cường đã tận tình hướng dẫn, siúp đỡ trong việc nâng cao kiến thức chuyên môn, phát huy cho chúng em tính

tự học, tự tìm hiểu, từ đó hình thành cho chúng em phương pháp nghiên cứu, tìm tòi,

tiếp cận với khoa học công nghệ Đồng thời trai dồi cho chúng em kỹ năng học tập năng động và sáng tạo

Vì kiến thức còn hạn chế, trong quá trình tìm hiểu về đề tài này chúng em không thế tránh những sai sót Chúng em rất mong nhận được nhận xét, đánh giá, góp

ý từ thay dé rit ra kinh nghiệm từ bài báo cáo học phan nay va chuân bị tốt cho những bài báo cáo học phần sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn.

NHẬN XÉT

Mục lục

Mi 000157 2

Chương 1 Tổng QUAL 2 2 0 2011121 1112111121 1151111111111 1111111811 11111 1E kg cà 7

1 Intel core if) Va gì2 - - c1 22111122211 11221 1115121111151 11 111811111115 251 111kg 7

2, Những cải tiến của dong im(el core iÍÍ - c1 222211122222 113 22135551111 exee2 7

3 Những điểm nỗi bật trên intel core ïÍ - + s1 E121 112212121 crrrreg 7

3.1 Khả năng điều chỉnh và ôn định vượt trội 5c ren 7

3.2 _ Các tính năng giải trí và Streaming - c0 n1 2x 2n nay 7

3.3 Kết nối và đáng tin cậy - 2c n1 21 tr yn 7

3.4 _ Hiệu năng thông minh L2 222 2222122211 13231 1511111155511 1 xe 8

4 Chip intel được chế tạo như thế nào? 5s sS 1111121121111 te 8 Chương 2, Chức năng và các thành phần ¬— 9 I3 ng 9

2 Cấu trúc của CPU -:22222222212122211122211122211122211.1.112 ca 9

2.1 Các thành phân chính của CPU 5-52 2 ESEE92187121122121211211 212 2 e0 9

2.2 _ Nhiệm vụ của CPU Q02 vn KTS SE T 1k 511511 xx 10

2.3 Khối số học và logic (ALLU) s 5c s1 1211211111121 1e ra 10 2.4 Đơn vị điều khiển (Control Unit) 5: St S12E11112121111111522222225e5 11

2.5 — Thanh phi 2 12c 2211 12111211121 1111111111111 1 0111111111118 11c rkg H 2.5.1 Thanh ghi hiến thị với người đùng s55 S2 2121222221 ta 12 2.5.1.1 Thanh phi đa năng G2222 2211121 121111112211 812 81111111 cay 12 2.5.1.2 Thanh phi địa chỉ - 22: 2212111211 12211221 1121115511118 1 kg 12 2.5.2 Thanh ghi điều khiên và trạng thái 2-52 2521821 1212222 xeg 12

3 Các thông số cơ bản 5c 2s Sn 1 1121111211111 1 E122 re 13 3.1 Clock Speed: Tốc độ xung nhịp 5-1 2111218211122 11 E21 x6 13 3.2 Turbo Speed: Tốc độ xung nhịp tối đa 52 St T121 re 13

3.3 Core: Số nhân 2cc2222122211221122112211211121.21 ke 13

3.4 ` 0 14 3.5 _ Socket: Chân cắm : 2121111211 1121111211 1.2 2121112 grau 14

4 Chu trình lệnh L2 2 22102201120 1121 11121111211 15511 1511111111111 xk key 14 4.1 Luéng dữ liệu, chu kì truy KUAt ec cccccccccccececscsssssseccecscscesstsssevevevevevevseveees 15 4.2 Chu kì thi hành 2 2 22 222121112211 121 1511118111151 11 11111111 ng ch 16

4.3 Luồng dữ liệu, chu kì gián tiẾp - 5 1 2221112118721 2211 212 xe 16

4.4 _ Luồng đữ liệu, chu kì ngất 5 1 21 n1 1212112121222 gay Chương 3 ˆ Bài tập về Assembilly - 5 s1 H1 0121112 12112 crg

1 Tổng quan về ngôn ngữ AssemibÌy - 0 2.11210111201112 1111121111111 1 xe

2 _ Demo chương trình ÁssembÌÌy Q2 2211111211115 1 115111 5221111251112 xe Tài liệu tham khảo 2 020 0220122211121 11211111111 1511 1511111111 1111 1111k 1H11 khay

Chương I1 Tổng quan

1 Intel core ill la gi?

Tiger Lake 1a tén gọi của thé hé chip thir 11 của Intel Core, được sản xuất

với tiến trình 10 nm đi kèm đồ họa Intel Xe mới mang lại hiệu suất mới cho trải

nghiệm trong thế giới thực

Ngoài ra, bộ vi xứ lý này bao gồm 3 dòng Core i3, ¡5 và 17 như thông thường, được sản xuất trên quy trình công nghệ 10 am SuperFin, giúp tối ưu hiệu suất và tốc độ phản hồi khi hoạt động

Intel khẳng định đây là bộ vi xử lý tốt nhất thé giới cho tới thời điểm hiện

tại dành cho dòng máy tính xách tay mỏng nhẹ với khả năng xử lý đồ họa vượt trội

so với các thế hệ trước

2 Những cải tiến của dong intel core ill

Với nhân đồ họa tích hợp mới Iris Xe, hiệu năng xử lý đồ hoạ của laptop sẽ được tăng lên, tốc độ xử lý hình ảnh nhanh hơn 2.7 lần, tốc độ chơi game nhanh hơn gấp 2 lần, đồng thời hỗ tro xuat ra man hinh 8K HDR cung voi tuy chon hién

thị màn hình 4K HDR cùng lúc Bộ xử ly Intel Core thé hệ 11 có xung nhịp đồ họa

tối đa là 1.35 GHz cùng với khả năng Turbo boost lên đến 4.8 GHz

Không chỉ dừng lại ở đó, WI-EI 6 được tích hợp trong bộ vi xử lý này cho phép bạn kết nối và cộng tác mọi lúc mọi nơi Đề sạc nhanh hơn, màn hình ngoài

và bộ nhớ được mở rộng Intel đã tích hợp thêm cổng Thunderbolt 4 đề kết nối thêm với nhiều thiết bị ngoại vi và cáp đơn

3 Những điểm nỗi bật trén intel core il

3.1 Khả năng điều chỉnh và ôn định vượt trội

Thế hệ này hỗ trợ ép xung bộ nhớ trong thời gian thực, cho phép thay đôi tần số DDR4 ngay lập tức (mà không cần khởi động lại máy tính), mở rộng hỗ trợ ép xung bộ nhớ cho các bo mạch chủ dòng H570 và B560

Đồng thời cho phép nhiều người đùng hơn trải nghiệm ép xung AVX-

512, ép xung điện áp và tiện ích mở rộng Vector nâng cao (AVX) 2, cộng với

Bộ điều khiến bộ nhớ tích hợp (IMC) hoàn toàn mới với thời gian định tính

rộng hơn và hồ trợ Gear 2

3.2 Các tính năng giải trí và Streaming

Bộ xử lý thé hé 11 nay sé dem dén cho ban trai nghiệm đa phương tiện,

từ chơi những tựa game co do hoa dinh cao cùng với đó là các tính năng bo sung khac như: Hỗ trợ DDR4-3200, 20 làn PCle 4.0, Intel Quick Sync Video, tăng cường chất lượng hình ảnh, Sẽ khiến những phút giây giải trí của bạn trở nên tuyệt vời hơn bao giờ hết

3.3 Kết nối và đáng tin cậy

Bộ xử lý Intel Core thé hệ thứ 11 được tích hợp WiFi 6 giúp kết nối

nhanh chóng và cải thiện tốc độ truy cập gấp 3 lần so với WiFi 5 được trang bị

ở các thể hệ trước đây

3.4 Hiệu năng thông minh

Bộ xử lý Intel Core thế hệ thứ 11 sử dụng hiệu suất thông minh dựa trên AI nâng cao đề tăng tốc độ hoàn thành nhiệm vụ trong năng suất, sáng tạo

và các ứng dụng khác

Đây là khẳng định từ chính Intel đưa khi so sánh với thế hệ 10 Bộ xử lý

thế hệ 11 cũng có khả năng chạy tốt các ứng dụng nặng như: Đỗ họa, phần mềm quản lý doanh nghiệp

4 Chip intel được chế tạo như thế nào?

Nhà sản xuất da thu lay silicon dioxide (SiO2) từ cát, sau đó nung SiO2 với cacbon dé lay khối silicon tỉnh khiết Bước tiếp theo, nhà sản xuất cắt các khối silicon tinh khiét thành các phiến, phủ chất cản quang, phơi sáng, tây rửa, khắc axit, mạ đồng, đánh bóng, kết nối transitor, thử nghiệm để cuối cùng ra được tâm

dé Tir tam dé nay sau khi được đóng gói, đặt trone mạch nền và đậy vỏ, hình thành nên bộ vi xử lý lắp ghép trong máy tính và các thiết bị số

Tóm tắt: Qua chương I nhóm đã nắm được tông quan về chip Intel, các tính năng nỗi bat va cach ma chung duoc tao ra tir silicon

Chương 2 Chức năng và các thành phần

1 Chức năng

Trong những năm qua, CPU đã có rất nhiều sự cải tiến va nâng cấp đáng

kê Mặc dù vậy, nhưng các chức năng cơ bản của CPU vẫn luôn giông nhau với

bao gom ba bước đó là tìm nạp dữ liệu, p1ải mã các lệnh và cuối củng là thực thi các kết quả lên CPU

Chức năng chính của CPU là thu nạp các dữ liệu đầu vào từ các kết nối bên ngoài ví dụ như bàn phím, chuột, máy 1n hoặc các chương trình phần mềm trên máy tính và tiến hành giải mã các dữ liệu và câu lệnh được yêu cầu Và cuối củng CPU sau đó sẽ xuất các thông tin hiện lên trên màn hình máy tính của bạn hoặc thực hiện các tác vụ được yêu cầu từ những thiết bị và kết nối bên ngoài

2 Cầu trúc của CPU

2.1 Các thành phần chính của CPU

e - Đơn vị số học và logie (ALU — Arithmetic Logic Unit): Thực hiện phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và lopIc đơn giản (AND, OR, XOR, NOT)

e - Đơn vị điều khiển (Control Unit): Là trung tâm điều hành, có nhiệm vụ giải mã các lệnh, tạo ra các tín hiệu điều khiển công việc của các bộ phận khác

e 4p thanh ghi (RF — Register Files): Dùng để lưu trữ các thông tin tam thời, phục vụ cho hoạt động của CPU

¢ Đơn vị nối phép bus

® Pus nội bộ

Thanh

bus nội bộ

itt

bus bus bus

điêu khiên dữ liệu địa chỉ

Khơi xử lý sơ học và logic

Cờ trạng thái

ghi

Bù

Khối

điêu khiên Bus

So học

và logic Boolean

Khối

điêu

khién

Đường dẫn điêu khiên

Hinh 2Cau tric bén trong CPU 2.2 Nhiém vu cua CPU

Truy xuất lệnh: Bộ xử lý đọc lệnh từ bộ nhớ (thanh ghi, bộ nhớ

cache, bộ nhớ chính)

Giải mã lệnh: Lệnh được giai ma để xác định hành động nào được yêu cầu

Truy xuất dir liệu: Việc thực thi một lệnh cĩ thé yéu cầu thực hiện một số phép tốn số học hoặc logic trén dtr ligu

Xử lý dữ liệu: Việc thực thi một lệnh cĩ thé yéu cầu thực hiện một số phép tốn số học hoặc logic trén dtr ligu

trong

2.3 Khdi sé hoe va logic (ALU)

® Là thành phần thực hiện phép tốn số học và lòIc trên dữ liệu

e Tất cả các bộ phận khác trong hệ thống máy tính đưa dữ liệu tới ALU

dé ALU xử lý rồi sau đĩ nhận lại kết quả

©_ Xây dựng từ các linh kiện số đơn giản

o_ Lưu trữ các chữ số nhị phan và thực hiện các phép toan logic Boolean don giản

Ghi dữ liệu: Kết thúc việc thực hiện cĩ thê yêu cầu phi dữ liệu vào bộ

nho hoac module I/O

~>CPU cần lưu tạm thời một số dữ liệu -> cần một bộ nhớ nhỏ bên

10

ay là * Cờ

Hình 3Đầu vào và đâu ra 4LU

2.4 Don vị điều khién (Control Unit)

® Chức năng:

o_ Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào thanh ghi lệnh

Tăng nội dung của PC đề trở sang lệnh kế tiếp

Giải mã lệnh đã được nhận đề xác định thao tác mà lệnh yêu cầu

Phát ra các tín hiệu điều khién thực hiện lệnh

Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và đáp ứng với các yêu

cau do

Thanh ghi lénh

_v điều khiển

Đơn vị bên trong +

diéu khién

Clock

yéu cau tir diéu khién dén bus hệ thống bus hệ thống

_ Bus điều khiên

Tình 4Mô hình kết nỗi CŨ

©_ Tín hiệu đếnCU

©_ Clock: tín hiệu nhịp từ mạch tạo dao động bên ngoài

©_ Mã lệnh từ thanh shi lệnh đưa đến đề pial ma

©_ Các cờ từ thanh phi cờ cho biết trạng thái của CPU

©_ Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiến

e Tin hiéu di ra tr CU

o Diéu khién các thanh ghi

o Diéukhién ALU

¢ CaAc tin hiéu diéu khién bên ngoai CPU

o_ Điều khiến bộ nhớ

o_ Điều khiển các module vào/ra

11

2.5 Thanh ghi

® - Thanh phi: Không gian lưu trữ tạm thời phục vụ cho hoạt động ở thời

điểm hiện tại của CPU

© Được coi là cấp bộ nhớ cao nhất trong hệ thống phân cấp

©_ Số lượng thanh phi nhiều - tăng hiệu năng của CPU

e Phan thanh 2 loai:

o Thanh ghi hiến thị với người dùng

Lập trình được, giúp giảm thiểu các tham chiếu bộ nhớ chính

o_ Thanh phi điều khiên và trang thai

Được CU sử dụng đề điều khiển hoạt động của CPU và các chương trình hệ điều hành sử dụng để kiểm soát việc thực thi chương trình

2.5.1 Thanh phi hiển thị với người dùng

e - Được tham chiếu bằng ngôn ngữ máy và CPU thực hiện

® - Phân loại theo chức năng

o Thanh ghi da nang: có thể chưa địa chỉ hoặc đữ liệu

©_ Thanh phi dữ liệu: chứa tạm thời dữ liệu, không được sử dụng trong tính toán địa chỉ toán hạng

o Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào/ra o_ Thanh ghi mã điều kiện (trạng thái): Còn gọi là thanh ghi cờ (flag)

Là các bít do phần cứng của bộ xử lý đặt theo kết quả hoạt động 2.5.1.1 Thanh ghi đa năng

e Có thê được lập trình viên gán cho nhiều chức năng khác nhau

© Có thể được sử dụng cho dữ liệu hoặc định địa chỉ

® So sánh thanh phi đa năng và chuyên dụng

o Danang:

Tang lựa chọn cho lập trình viên và linh hoạt Tăng độ phức tạp và kích thước lệnh

©_ Chuyên dụng:

Lệnh nhỏ hơn, nhanh hơn

Ít linh hoạt hơn

2.5.1.2 Thanh ghi địa chỉ

® - Con trỏ dữ liệu DP (Data Pointer)

¢ Con tro ngan xép SP (Stack Pointer)

e Thanh ghi co sé va thanh ghi chi sé (Base Register & Index Register)

2.5.2 Thanh ghi diéu khién va trang thai

e Bốn thanh ghi cần thiết đề thực thi lệnh

o_ Bộ đếm chương trình (PC): chứa địa chỉ của lệnh sắp được truy

xuất

o Thanh ghi lệnh (IR): bao gồm hướng dẫn được truy xuất gần đây

nhất

12