tìm hiểu vi xử lý intel pentium iii

tìm hiểu vi xử lý intel pentium iii

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VÀ SAU ĐẠI HỌC ********** BÀI TIỂU LUẬN Môn: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH NÂNG CAO Chủ đề: “Tìm hiểu vi xử lý Intel Pentium III” Giáo viên giảng dạy: TS. Phạm Văn Cường Nhóm thực hiện: Hoàng Thị Hà Nguyễn Huyền Trang Phạm Đình Vũ Hoàng Hoài Nam Lớp: Cao học Hệ thống thông tin 2013 Hà nội, ngày 28 tháng 3 năm 2014 MỤC LỤC 2 NỘI DUNG Phần 1: GIỚI THIỆU Pentium III ra đời vào mùa xuân năm 1999 với bảng mạch tích hợp các khe cắm PCI (khe cắm mở rộng), đồ họa AGP (khe cắm Card màn hình). Họ vi xử lý Intel Pentium III là một bước nâng cấp từ Pentium II. Nhân đầu tiên của Pentium III là Katmai, đặc trưng bởi tập lệnh SSE (Streaming SIMD Extensions), cho phép ứng dụng xử lý lên tới 4 số thực chính xác đơn cùng lúc. Những nhân Pentium khác thêm vào các tính năng khác như 256 và 512 KB trên bộ nhớ đệm L2 và kích thước đóng gói nhỏ hơn. Trong suốt vòng đời của nó, lõi bộ vi xử lý đã được thu nhỏ hai lần, từ 0.25 micron tới 0.18 micron, và sau đó là 0.13 micron. Giống như bộ vi xử lý thế hệ trước x86, họ Pentium III bao gồm một vài họ nhỏ hướng tới các phân đoạn khác nhau của thị trường máy tính: • Pentium III Xeon - phiên bản hiệu suất cao • Pentium III desktop processors - máy tính để bàn • Desktop Celeron - phiên bản chi phí thấp. • Mobile Pentium III and mobile Pentium III-M -các phiên bản di động • Mobile Celeron - phiên bản di động của bộ vi xử lý Intel Celeron Bộ xử lý Intel Pentium III tích hợp kiến trúc vi xử lý linh hoạt P6, kiến trúc bus độc lập kép DIB (Dual Independent Bus) gồm bus hệ thống đa dịch chuyển và công nghệ cải tiến truyền thông Intel MMX. Thêm vào đó, Intel Pentium III cung cấp SSE (Streaming SIMD Extensions), chứa 70 lệnh tăng hiệu suất hoạt động của bộ vi xử lý trong các chức năng xử lý hình ảnh, âm thanh, video 3D, và nhận dạng giọng nói phục vụ các trải nghiệm Internet nâng cao. Các phiên bản cũng bao gồm các công nghệ Advanced Transfer Cache và Advanced System Buffering để đáp ứng các yêu cầu về băng thông dữ liệu lớn hơn của môi trường hiện nay. Với hiệu năng tuyệt vời dành cho Internet, các nhà kết nối và các môi trường đa nhiệm, Intel Pentium III nhắm tới phạm vi chính là người tiêu dùng và doanh nghiệp. Bộ xử lý cũng đáp ứng được yêu cầu của các máy trạm và máy chủ mức sơ cấp. 3 Phần 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG Hình 1 là sơ đồ khối của các loại Intel Pentium III. Chúng tích hợp kiến trúc vi xử lý linh hoạt P6, kiến trúc bus độc lập kép DIB (Dual Independent Bus) gồm bus hệ thống đa dịch chuyển và công nghệ cải tiến truyền thông Intel MMX. Thêm vào đó, bộ xử lý Intel Pentium III cung cấp SSE (Streaming SIMD Extensions), chứa 70 lệnh tăng hiệu suất hoạt động của bộ vi xử lý trong các chức năng xử lý hình ảnh, âm thanh, video 3D, và nhận dạng giọng nói phục vụ các trải nghiệm Internet nâng cao. Kiến trúc DIB làm tăng băng thông và hiệu suất cho từng bus riêng. Công nghệ vi kiến trúc P6 bao gồm khối đoán trước nhiều lệnh rẽ nhánh tĩnh và động (Dynamic Branch Predictor và Static Branch Predictor), phân tích luồng dữ liệu và thực hiện lấy lén. Vi kiến trúc P6 bắt đầu được áp dụng cho Pentium Pro từ năm 1995 và vẫn được sử dụng cho Pentium III, nhưng linh hoạt hơn. Sự linh hoạt ở chỗ nó loại bỏ ràng buộc của trình tự các lệnh giữa các pha đọc và thực hiện truyền thống. Có một bộ đệm sắp xếp thứ tự ROB (Recorder buffer) (hình 2) lưu giữ các lệnh chưa thực hiện được ngay và xác định những phụ thuộc của các thao tác, phân bổ và sắp xếp thứ tự các thanh ghi cho chúng, lập thời gian biểu cho trạm dự phòng RS (Reservation Station). Hình 1. Sơ đồ khối Pentium III 4 Hình 2. Pha thực hiện thay bằng cặp pha rẽ nhánh/thực hiện và thu hồi trong kiến trúc P6 lõi. Pentium III làm việc ở các tần số 450 MHz đến 1,33 GHz. Khối giao tiếp bus BIU (Bus Interface Unit) kết nối với 100 đến 133 MHz bus hệ thống với 64 bit và tốc độ 1 GB/s. BIU có các bộ đệm: 4 bộ đệm ghi lại (writeback buffer), 6 bộ đệm làm đầy (full buffer) và 8 của vào hang đợi bus (bus queue entries). Có 32kbyte L1 cache không theo khối, gồm 16kbyte Icache và 16kbyte Dcache. Pentium III kết hợp trực tiếp ngay trên chip 256 kbyte L2 ATC (Advanced Transfer Cache) có khối xử lý theo ECC. L2 cache là 8 đường liên hợp tập hợp (8 way set associativity), không theo khối và kết nối qua bus 256 bit trực tiếp với chip vi xử lý. Đơn vị tạo địa chỉ AGU (Address Generation Unit) cũng quan trọng như ALU, bởi vì nó chịu trách nhiệm để lưu dữ liệu từ hoặc tới đúng địa chỉ để nạp hay cất giữ. Pentium III kiến trúc siêu ống lệnh với 10 phân đoạn (hình 3). Hình 3. Ống lệnh 10 phân đoạn Các đơn vị thực hiện tính toán số nguyên IEU (Integer Execution Unit) và FPU có kiến trúc đường ống xử lý các số dấu phảy động 32 bit, 64 bit và 80 bit chính xác kép theo chuẩn 754. Các chipset cho Pentium III Các chipset của Intel dùng cho các loại Pentium III, Celeron, Xeon phổ biến là họ Intel 800 (Bảng 5.4). Các chipset 810, 820 còn có thể dùng được cho cả Pentium II. 5 Chipset 810 có thể dung cho các vi xử lý Celeron, Pentium II, gồm có hai vi mạch: 82810 GMCH đóng vỏ 412 chân BGA và ICH đóng vỏ 241 chân BGA. Chip 82810 GMCH (Graphic and Memory Controller Hub) gồm có: bộ điều khiển bộ nhớ, bộ điều khiển đồ họa với các chế độ 2D, 3D và video. Nó hỗ trợ kết nối RAM dung lượng tối đa 512 MB. Các modun nhớ dùng loại SDRAM kết nối qua Bus PC66/100 MHz. Chip ICH (I/O Controller Hub) hỗ trợ kết nối PCI 2.2 (6 khe mở rộng Bus PCI), kết nối IDE 6 (2 cổng cho các ổ đĩa cứng), Ultra ATA/66, USB (2 cổng và 1 bộ điều khiển USB), chuột, bàn phím,… Chipset 810 chỉ hỗ trợ hệ thống có 1 bộ vi xử lý. Sơ đồ đấu nối Chipset Intel 810 với Pentium III cho ở hình sau: Chipset 840 có tốc độ dữ liệu với Pentium III cao: 1,0 Gbit/s. Sơ đồ khối chức năng kết nối CPU Pentium III với chipset 840 trên bo mạch chủ được mô tả trong hình sau: Chipset 840 gồm có các chip sau đây: 7 - 82840 : Memory controller Hub- MCH: bộ tập trung điều khiển bộ nhớ, đóng vỏ 544- pin BGA, giao tiếp với Pentium III qua bus hệ thống 100Mhz tốc độ 1,06 GHz, có giao tiếp AGP4X cho phép các bộ điều khiển đồ họa 3D truy nhập đến bộ nhớ chính với tốc độ 1 Hbit/s, có hai kênh kết nối RDRAM và giao tiếp PCI với hiệu suất I/O cao. - 82801: (I/O Controller Hub- ICH: bộ tập trung điều khiển vào ra): đóng vỏ 241 chân BGA, sử dụng kiến trúc Hub của Intel (IHA Intel Hub Architecture) để kết nối trực tiếp với 82840 MCH. Nó hỗ trợ kết nối PCI 32 bit, có bộ điều khiển IDE và bộ điều khiển USB với hai cổng đề kết nối với các thiết bị ngoại vi qua giao tiếp USB, hỗ trợ vi xử lý sử dụng bus hệ thống tốc độ 133MHz. Để nâng cao hiệu suất, 2 chip này có thể được kết nối với 2 chip cơ bản sau đây: o Bộ tập trung điều khiển PCI 82806 64 bit: hỗ trợ các khe PCI 64 bit ở tốc độ 33 hoặc 66 MHz. P64H kết nối trực tiếp với 82840 MCH sử dụng kiến trúc IHA. o Bộ tập trung lặp bộ nhớ dựa trên RDRAM 82803 dùng để mở rộng dung lượng RDRAM. Nó chuyển đổi từng kênh nhớ thành 2 kênh nhớ cho kết nối. 8 Phần 3: ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ MỚI 3.1 Các tính năng nổi bật • Bộ xử lý Intel Pentium III có tốc độ trong khoảng từ 450 MHz tới 1.33 GHz. • Phiên bản hiện tại có bus hệ thống 133MHz hoặc 100MHz. • 512 KB Advanced Transfer Cache với mã hiệu chỉnh ECC (Error Correcting Code) • Các phiên bản kết hợp cổng logic tìm nạp trước dữ liệu (Data Prefetch Logic (DPL), đoán trước dữ liệu mà các ứng dụng cần và nạp trước nó vào Advanced Transfer Cache, được thiết kế để tăng cường hiệu năng của ứng dụng và bộ xử lý. • 32KB (16KB/16KB) non-blocking, bộ nhớ đệm cấp 1 (L1), vi kiến trúc P6 bao gồm dự đoán đa rẽ nhánh, phân tích luồng dữ liệu và thực hiện suy đoán. • Phần mở rộng luồng Internet SIMD- Internet Streaming SIMD Extensions, gồm 70 lệnh cho phép tăng hiệu suất hoạt động của bộ vi xử lý trong các chức năng xử lý hình ảnh, video và âm thanh 3D, nhận dạng giọng nói và các trải nghiệm Internet. • Công nghệ cải tiến truyền thông Intel® MMX™. • Khả năng lưu trữ vùng đệm lên tới 4GB không gian địa chỉ nhớ và khả năng mở rộng bộ nhớ hệ thống lên tới 64GB bộ nhớ vật lý. • Tích hợp dữ liệu và những tính năng tin cậy như Mã hiệu chỉnh lỗi (Error Correction Code), phân tích lỗi (Fault Analysis) và phục hồi cho cả hệ thống và các bus đệm L2. • Các phiên bản dựa trên các tiến trình sản xuất Intel’s 0.13, 0.18 và 0.25 micron để tăng tần số nhân xử lý và giảm thiểu tiêu tốn năng lượng. • Tương thích đầy đủ với các phần mềm kiến trúc Intel hiện có. Các họ bộ xử lý Intel Pentium III hiện nay bao gồm các phiên bản lên đến 1,33 GHz cho máy tính để bàn, cũng như các máy trạm và máy chủ sơ cấp. Tất cả đều tương thích với các bộ xử lý Intel thế hệ trước. 3.2 Pentium III Cache Hệ thống con cache được sử dụng trong các thiết kế bộ xử lý Pentium III bao gồm cả cache chính mức 1 và cache thứ cấp mức 2. Cache mức 1 -32K, non blocking và cache mức 2 non blocking 256K cung cấp truy cập nhanh tới những lệnh và dữ liệu lớn đã dùng gần đây. Bộ nhớ cache thứ cấp này cũng hỗ trợ việc giảm thời gian truy cập bộ nhớ trung bình. 9 Non- blocking Level 1 cache Bộ xử lý Intel Pentium III gồm hai bộ cache mức L1 dung lượng 16KB độc lập, một dùng cho các chỉ lệnh và cache còn lại dùng cho dữ liệu, tăng cường hiệu năng tổng thể hệ thống. Với kích thước của bộ cache mức 1 (nhỏ hơn nhiều lần dung lượng của một chương trình trung bình cỡ Megabyte) hoặc một ổ đĩa cứng (Gigabyte), cần bổ sung một vùng nhớ. Cache mức 2 (độc lập với chip RAM) được thêm vào cache bên trong để hoạt động như là một vùng nhớ bổ sung. Phần này của cache L2 sử dụng SRAM (RAM tĩnh) nhanh hơn 4/5 lần DRAM và cung cấp toàn bộ ưu điểm như bộ cache nói chung. Sự ra đời của cache mức 2 cho phép mở rộng hệ thống tới 2 bộ xử lý và 64 GB bộ nhớ vật lý cũng như cung cấp khả năng lưu trữ vùng đệm lên tới 4GB không gian địa chỉ nhớ. Non-Blocking Level 2 Cache Một số phiên bản của bộ xử lý Intel Pentium III bao gồm một bộ cache L2 rời rạc, off- die. Bộ cache L2 này chứa một cache thống nhất, non- blocking 256KB, cải thiện hiệu suất qua các giải pháp cache trên bo mạch chủ bằng cách giảm thời gian truy cập bộ nhớ trung bình và cung cấp truy cập nhanh cho các lệnh và dữ liệu đã được sử dụng gần đây. Hiệu suất thực hiện cache trên bo mạch chủ cũng được nâng cao thông qua bus cache chuyên dụng 64 bit. Non- blocking cache hay còn gọi là lookup- free cache lần đầu tiên được đề xuất bởi Kroft [15], bao gồm 3 đặc điểm sau: 1. Vận hành tải là không chia khối. 2. Các thao tác ghi không chia khối. 3. Cache có khả năng phục vụ nhiều yêu cầu miss cache. Để cho phép các lệnh không chia khối, và phục vụ đa trễ, Kroft đã đưa ra thanh ghi MSHR lưu lại thông tin liên quan đến các yêu cầu chưa được xử lý. Mỗi cổng MSHR bao gồm: 1. Địa chỉ khối dữ liệu. 2. Khung bộ nhớ cache cho khối 3. Từ gây ra mis trong khối 4. Đơn vị chức năng hoặc thanh ghi mà dữ liệu được chuyển tới. 10 [...]... [1] Hồ Khánh Lâm, Giáo trình kỹ thuật vi xử lý, Học vi n Công nghệ Bưu chính Vi n thông, NXB Bưu điện 2007, Tập 1 [2] Intel Corporation (2002) Intel Pentium III Processor Product Overview” URL: http://www .intel. com/design/PentiumIII/prodbref/index.htm [3] “ Intel Pentium III processor families” URL: http://www.cpu-world.com/CPUs /Pentium- III/ [4] Tim Barto, Intel- Pentium- Series”, CS 585: Computer Architecture,... kết nối và các môi trường đa nhiệm, Intel Pentium III nhắm tới phạm vi chính là người tiêu dùng và doanh nghiệp Bộ xử lý cũng đáp ứng được yêu cầu của các máy trạm và máy chủ mức sơ cấp Pentium III giúp tăng hiệu suất hoạt động của bộ xử lý trong các tác vụ xử lý hình ảnh, audio, video và nhận dạng giọng nói (bằng cách bổ sung thêm các tập lệnh mới), và bộ vi xử lý này bao gồm các tên mã Katmai, Coppermine... chọn gói xử lý- Processor Package Options Các bộ xử lý Intel Pentium III hiện nay đã có sẵn với nhiều tùy chọn gói khác nhau: Single Edge Contact Cartridge 2 (S.E.C.C.2), Flip-Chip Pin Grid Array (FCPGA) và Flip-Chip Pin Grid Array 2 (FC-PGA2) Các gói FC-PGA và FC-PGA2 được thiết kế cho những PC kiểu dáng đẹp, mạnh mẽ, nhỏ gọn 15 KẾT LUẬN Bộ xử lý Intel Pentium III tích hợp kiến trúc vi xử lý linh hoạt... sẵn cho bộ xử lý (bus hệ thống trên 100MHz) Bus hệ thống hỗ trợ đa giao dịch quá hạn để tăng tính có sẵn của băng thông Nó cũng cung cấp “glueless” hỗ trợ hai bộ xử lý (chỉ có gói S.E.C.C.2 ) Điều này làm cho chi phí thấp, đa xử lý đối xứng hai chiều, tăng cường hiệu suất đáng kể cho các hệ điều hành đa nhiệm và các ứng dụng đa luồng Các tính năng quan trọng khác của bộ xử lý Intel Pentium III: - Đơn... bus độc lập kép DIB (Dual Independent Bus) gồm bus hệ thống đa dịch chuyển và công nghệ cải tiến truyền thông Intel MMX Thêm vào đó, Intel Pentium III cung cấp SSE (Streaming SIMD Extensions), chứa 70 lệnh tăng hiệu suất hoạt động của bộ vi xử lý trong các chức năng xử lý hình ảnh, âm thanh, video 3D, và nhận dạng giọng nói phục vụ các trải nghiệm Internet nâng cao Các phiên bản cũng bao gồm các công... lại Trong Pentium III, hiệu suất bộ xử lý được nâng cao thông qua bus cache 64 bit chuyên dụng Bộ xử lý cũng có sẵn EEC- chức năng mã hiệu chỉnh trên bus cache mức 2, đặc biệt cho các ứng dụng yêu cầu bắt buộc độ tin cậy hoặc mật độ dữ liệu 3.3 Advanced Transfer Cache 256KB mức L2 ATC bao gồm những cải tiến để cung cấp một giao diện băng thông dữ liệu lớn hơn giữa cache L2 và nhân bộ xử lý mà hoàn... MHz) 16 Tualatin Celeron (Celeron S) (năm 2000) được “rút gọn” từ kiến trúc BXL Pentium III Tualatin, áp dụng công nghệ 0,13 µm, bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB tích hợp, socket 370 FC-PGA, bus hệ thống 100 MHz, gồm các tốc độ 1.0, 1.1, 1.2, 1.3 và 1.4 GHz Pentium Processor Pentium Pro Pentium II Processor Processor Pentium III Pentium Processor Processor 4 Introduced 03/23/93 11/01/95 05/07/97 02/26/99... blocking vào đơn vị thực thi của vi xử lý Nếu lịch trình các chỉ lệnh tĩnh trong pipeline được sử dụng trong vi xử lý, cần có một bit trống hoặc đầy trong thanh ghi để lưu trữ những phụ thuộc dữ liệu đúng Trong trường hợp lập lịch cho các chỉ lệnh động, đưa ra thực thi ko có thứ tự (out of order), một vài cơ chế bảng ghi được yêu cầu Cả hai chiến lược lập lịch đều cần ngắt xử lý các lịch trình mà có thể... lệnh PMAX và PMIN, các lệnh quan trọng đối với thuật toán tìm kiếm Viterbi được sử dụng trong nhận dạng giọng nói, không có trong MMX Các lệnh trung bình (PAVG) được bổ sung để tăng tốc độ giải mã video, và các lệnh Sum of Absolute Differences (PSADBW) đã được thêm vào để tăng tốc độ tìm kiếm chuyển động trong mã hóa video Để tiết kiệm silicon, Intel sử dụng một thủ thuật thông minh để thực thi PSADBW... cứng có thể dễ dàng xử lý nó song song SSE bao gồm các lệnh số nguyên và các lệnh dấu chấm động SIMD Các lệnh số nguyên thực ra chỉ là phần mở rộng của tập lệnh MMX Tuy nhiên Intel đề cập đến chúng như là "những chỉ lệnh truyền thông mới" (new-media instructions) Cái tên khiến khách hàng dễ hiểu hơn và tránh những ý kiến cho rằng MMX còn thiếu sót, chẳng hạn như vi c thiếu khả năng nén video Các lệnh truyền . phiên bản di động • Mobile Celeron - phiên bản di động của bộ vi xử lý Intel Celeron Bộ xử lý Intel Pentium III tích hợp kiến trúc vi xử lý linh hoạt P6, kiến trúc bus độc lập kép DIB (Dual Independent. 1 HỌC VI N CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VI N THÔNG KHOA ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VÀ SAU ĐẠI HỌC ********** BÀI TIỂU LUẬN Môn: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH NÂNG CAO Chủ đề: Tìm hiểu vi xử lý Intel Pentium III Giáo vi n. vào đó, bộ xử lý Intel Pentium III cung cấp SSE (Streaming SIMD Extensions), chứa 70 lệnh tăng hiệu suất hoạt động của bộ vi xử lý trong các chức năng xử lý hình ảnh, âm thanh, video 3D, và