CÁC THẾ HỆ CPU CỦA INTEL

CÁC THẾ HỆ CPU CỦA INTEL

BỘ CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NÔI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP CÁC THẾ HỆ CPU CỦA INTEL SVTT : GVHD : Vương Quốc Dũng -Năm 2009- Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mục Lục Trang 2/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp Phần 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lời nói đầu Hiện nay ngành công nghệ thông tin đang phát triển rộng rãi. Nó được ứng dụng vào tất cả các lĩnh vực kinh tế và đời sống. Đã nói tới công nghệ thông tin thì không thể không nhắc tới chiếc máy tính. Dần dần chúng ta sẽ không thể sống mà không có chiếc máy tính, nó sẽ trở thành một ph ần rất quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Để sử dụng một cách thành thạo chiếc máy tính của mình thì chúng ta phải tìm hiểu rõ hơn về nó . Máy vi tính được cấu tạo gồm 5 bộ phận chủ yếu : Bộ vi xử lý trung tâm (CPU) gọi tắt là bộ vi xử lý, bộ nhớ trong (ổ đĩa cứng), bộ nhớ ngài (đĩa mềm, đĩa CD ROM), thiết bị nạp tín hiệu (bàn phím, chuột), thiết bị hiển thị thông tin (màn hình) .Trong đó : CPU có vị trí hết sức quan trọng trong máy tính, nó có nhiều chức năng. Trước hết, CPU có khả năng thực hiện tính toán với tốc độ nhanh. Thứ hai, CPU có khả năng lưu giữ và lấy ra những thông tin từ bộ nhớ trong. Thứ ba, CPU có khả năng nhận biết và chấp hành lệnh của máy tính. Cuối cùng CPU có khả năng chỉ huy công việc của các bộ phận hoạt động nhịp nhàng. Cho nên, CPU- Bộ vi xử lý, được coi như là trái tim của một bộ máy tính. Cũng như con người, máy tính cũng cần có một “ trái tim” để có thể hoạt động tốt. Ngoài ra, CPU cũng là bộ não máy tính, đó là nơi các phép toán được xử lý và đưa ra kết quả, thông báo cho người dùng. Chỉ cần ví CPU như trái tim và bộ não thì đã đủ biết tầm quan trọng vô cùng của nó. Và thực tế CPU cũng chính là vấn đề mà người dùng quan tâm nhất trong muôn ngàn bộ phận khác của một chiếc máy tính. Chính vì thế việc tìm hiểu về CPU là hết sức quan trọng và cần thiết. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều bộ vi xử lý của nhiều hãng khác nhau nhưng chiếm thị phần lớn nhất là Intel, với những bộ vi xử lý rất ưu việt . Được thành lập vào năm 1968, ban đầu Intel tập trung vào việc chế tạo các transistor lưỡng cực và các mạch bán dẫn bằng ôxit kim loại. Đây cũng là một Trang 3/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp công nghệ sở trường của Intel vào thời đó và phải mất bảy năm sau, các công ty lớn khác mới sao chép lại được công nghệ này. Intel bắt đầu phát triển vi xử lý từ năm 1969 theo dự án của nhà sản xuất máy tính Nhật Busicom. Kế hoạch ban đầu của Busicom là xây dựng 12 chip có khả năng tùy biến . Ban đầu, Busicom nắm giữ các quyền liên quan tới bộ vi xử lý đó và trả cho Intel 60.000 USD. Nhận thấy tiềm năng của "bộ não" này, Intel quyết định trả lại số tiền trên để đổi lấy quyền thiết kế chip. Ngày 15/11/71, sản phẩm đầu tiên của hãng chế tạo chip lớn nhất thế giới mang tên 4004 ra đời, nhằm tăng sức mạnh cho máy tính Busicom và dọn đường cho khả năng nhúng trí thông minh của con người vào trong các thiết bị vô tri cũng như hệ thống máy tính cá nhân . Và từ đó các phiên bản tiếp theo của bộ vi xử lý đầu tiên của Intel liên tục được tung ra thị trường và ngày càng hoàn thiện hơn. Đặc biệt là sự ra đời của bộ vi x ử l ý 8086 đã biến Intel từ một công ty sản xuất chip nhỏ thành một công ty sản xuất chip hàng đầu thế giới. Nó là nền tảng cho tất cả các bộ vi xử lý sau này của Intel . Việc thực hiện đề tài này quả thật là rất khó khăn, bởi vì đây là một lĩnh vực mà chúng em chưa biết nhiều. Nhưng với một số tài liệu mà chúng em thu thập được và đặc biệt là được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Vương Quốc Dũng mà chúng em mới có thể hoàn thành được đề tài này. Chúng em xem đây như là một cơ hội tốt để học hỏi và thử sức mình. Chúng em mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và bạn bè. 1.2 Lý do chọn đề tài Tìm hiểu về CPU-Bộ vi xử lý, là một vấn đề rất thú vị và cần thiết. Đây là lĩnh vực mà chúng em còn chưa hiểu biết được nhiều.Vì vậy chúng em lựa chọn đề tài này để có thể tìm hiểu, học hỏi thêm và bổ sung những kiến thức còn thiếu này cho mình. Mặt khác chúng em chọn đề tài này cũng vì tầm quan trọng của nó đối với máy tính. Để hiểu rõ được chiếc máy tính của mình thì tất nhiên chúng ta phải hiểu được bộ phận quan trọng nhất của nó. 1.3 Phân công nhiệm vụ trong nhóm Phần 2,4: Hoàng Anh Đức Phần 3: Trần Lũy, Trần Xuân Cường: Trang 4/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp Phần 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH PC 2.1Sơ đồ khối máy tính IBM-PC Gồm 5 thành phần cơ bản: - Bộ xử lý (Processor). - Hệ thống nhớ (Memory). - Hệ thống vào ra (I/O System). - Bus liên kết hệ thống. - Chương trình. CPU Bộ nhớ chính Bus liên kết hệ thống Hệ thống vào ra (Bàn phím, màn hình, ổ đĩa, chuột, .và các mạch ghép nối) Sơ đồ khối chung: Trang 5/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp Hình 2.1. Sơ đồ khối cấu trúc của IBM-PC Máy tính có 1 bộ xử lý trung tâm (CPU) thì máy tính đó gọi là máy tính tuần tự, hay còn gọi là máy tính Ven Newmann. Máy tính có nhiều bộ xử lý gọi là máy tính song song. Đơn vị xử lý trung tâm: Chức năng: - Xử lý dữ liệu (VD : các phép toán số học và logic) - Điều khiển hoạt động của hệ thống. Nguyên tắc hoạt động: - Hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ, nhận lần lượt từng lệnh từ bộ nhớ, giải mã để phát tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh. Trong quá trình thực hiện chương trình, nó trao đổi dữ liệu với bộ nhớ và các thiết bị vào ra. Các thành phần cơ bản: - Đơn vị điều khiển (CU: Control Unit): điều khiển hoạt động của CPU và các thành phần khác của máy tính. - Đơn vị số học và logic (ALU: Arithmetic & Logic Unit): thực hiện các phép toán số học và logic treeb các dữ liệu cụ thể. - Tập thanh ghi (RF: Register File): Là các ngăn nhớ đặc biệt nằm trong CPU để chứa các thông tin tạm thời phục vụ cho quá trình thực hiện chương trình. - Đơn vị nối ghép BUS(BIU: Bus Interface Unit): kết nối và trao đổi thông tin giữa Bus bên trong và Bus bên ngoài CPU. - Bộ nhớ cache sơ cấp: Làm bộ nhớ đệm có tốc độ truy nhập cao, giúp vào/ra dữ liệu nhanh hơn. Hệ thống nhớ: Chức năng: Dùng để nhớ chương trình và dữ liệu. - Chương trình là những lệnh yêu cầu máy tính phải thực hiện. - Dữ liệu là những gì mà chương trình tác động vào. - Các thao tác cơ bản: + Đọc dữ liệu (Read) + Ghi dữ liệu (Write) Các thành phần cơ bản: Trang 6/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp - Bộ nhớ chính: (Main Memory): Là thành phần nhớ được nối trực tiếp với CPU và được điều khiển bởi CPU. Các chương trình đang thực hiện phải nằm trong bộ nhớ chính. Bộ nhớ chính gồm các ngăn nhớ và mỗi ngăn nhớ có 1 địa chỉ xác định, các ngăn nhớ được tổ chức theo Byte. Bộ nhớ chính có tốc độ cao, dung lượng nhỏ. Gồm: ROM: Chứa thông tin cố định trong hệ thống. RAM: Bộ nhớ tạm thời. - Bộ nhớ ngoài: • Chức năng và đặc điểm + Lưu trữ tài nguyên phần mềm Máy tính. + Được kết nối với hệ thống như thiết bị vào ra. + Dung lượng rất lớn (vài trăm GB) + Tốc độ chậm • Các loại bộ nhớ ngoài + Bộ nhớ từ: Đĩa cứng, đĩa mềm,… + Bộ nhớ quang: CD, VCD, DVD,… + Bộ nhớ bán dẫn: flash Disk, memory Card, pen, Disk,… - Bộ nhớ Cache thứ cấp: Bộ nhớ đệm truy nhập nhanh. Được đặt xen giữa bộ nhớ chính và CPU để tăng tốc độ trao thông tin giữa CPU và hệ thống nhớ. Hệ thống vào ra: Chức năng: - Dùng để trao đổi thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài. Các thành phần: - Các thiết bị ngoại vi (các thiết bị vào ra): làm nhiệm vụ chuyển đổi thông tin ở dạng vật lý nào đó về dạng dữ liệu phù hợp với máy tính. - Các mạch ghép nối vào ra: Các thiết bị ngoại vi không được nối ghép trực tiếp với CPU mà phải thông qua các mạch ghép nối vào ra. Trong các mạch ghép nối vào ra có các cổng vào ra và được đánh địa chỉ xác định. Các thiết bị vào ra được ghép nối thông qua cổng. Hệ thống BUS - Chức năng: liên kết các thành phần khác nhau trong hệ thống, do vậy còn gọi là Bus liên kết hệ thống. Trang 7/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp • Định nghĩa Bus: Là tập hợp các đường dây dẫn điện để vận chuyển thông tin - tín hiệu điện (các Bit) từ phần mạch này đến các phần mạch khác trong phạm vi máy tính. 1 Bit (tại 1 thời điểm) Bit là từ viết tắt của ‘BInary digiT’. Bản chất vật lý: Không có điện áp  truyền 0 Có điện áp  truyền 1 Tập các đường dây vận chuyển thông tin đồng thời được gọi là độ rộng của Bus (Ví dụ: 8 đường dây thì độ rộng là 8 Bit) • Chức năng của Bus: Bus chia thành 3 loại: - Bus địa chỉ. - Bus dữ liệu. - Bus điều khiển Chỉ có Bus địa chỉ và Bus dữ liệu mới có khái niệm độ rộng. Lý do tồn tại của các loại Bus: Bus địa chỉ: - CPU muốn trao đổi dữ liệu với ngăn nhớ nào, với cổng vào ra nào thì cần phải có Bus địa chỉ. - Bus địa chỉ vận chuyển địa chỉ từ CPU đến bộ nhớ hay cổng vào ra để xác định ngăn nhớ nào hay cổng vào ra nào cần trao đổi thông tin. - Bus địa chỉ nói tổng quát gồm n đường dây A 0 ÷ A n-1 thì gọi độ rộng Bus là n Bit và n Bit này được dùng để đánh địa chỉ, do đó có khả năng quản lý tối đa 2 n địa chỉ ngăn nhớ hay 2 n Byte nhớ (vì bộ nhớ chính quản lý theo Byte). Ví dụ: Bus địa chỉ của 1 số bộ VXL là 8088/8086: Bộ vi xử lý có n = 20  quản lý tối đa 2 20 Byte = 1 MB 80286: n = 24  quản lý tối đa 2 24 Byte = 2 4 x 2 20 = 16 MB. 80386: n = 32  quản lý tối đa 2 32 Byte = 2 2 x 2 30 = 4 GB. Trang 8/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp Pentum II: n = 36  quản lý tối đa 2 36 Byte = 2 6 x 2 30 = 64 GB. Bus dữ liệu: - Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ đến CPU. - Vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần với nhau. - Bus dữ liệu ký hiệu D 0 ÷ D m-1 thì độ rộng Bus là m Bit. m thường là các giá trị: 8, 16, 32, 64. Ví dụ: 8088/86: m = 8 tức là vận chuyển 1 lúc 1 Byte. 80286: m = 16 tức là vận chuyển 1 lúc 2 Byte. 80386/486: m = 32 tức là vận chuyển 1 lúc 4 Byte. Pentum II: m = 64 tức là vận chuyển 1 lúc 8 Byte. Bus điều khiển: - Là tập hợp các tín hiệu điều khiển hoặc là phát ra từ CPU để điều khiển bộ nhớ hay hệ thống vào ra, hoặc là từ bộ nhớ hay hệ thống vào ra đến yêu cầu CPU. * Một số tín hiệu điều khiển điển hình: + Các tín hiệu phát ra từ CPU điều khiển ghi, đọc bộ nhớ hay cổng vào ra. Có 4 tín hiệu điều khiển cơ bản: - Memory Read (MEMR): Là tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu từ 1 ngăn nhớ có địa chỉ xác định đưa lên Bus dữ liệu. Thời điểm tác động: Khi Bus địa chỉ tìm ra ngăn nhớ thì Bus điều khiển sẽ điều khiển mở ngăn nhớ để đưa dữ liệu vào Bus dữ liệu. - Memory Write (MEMW): điều khiển ghi dữ liệu có sẵn trên Bus dữ liệu đến ngăn nhớ có địa chỉ xác định. Thời điểm tác động: Khi Bus địa chỉ tìm ra ngăn nhớ và dữ liệu trên BUS dữ liệu đã ổn định thì Bus điều khiển sẽ điều khiển mở ngăn nhớ để đưa dữ liệu từ Bus dữ liệu vào ngăn nhớ. - Input Output Read (IOR): điều khiển đọc dữ liệu từ cổng. - Input Output Write (IOW): điều khiển ghi dữ liệu ra cổng. Trang 9/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CNTT – Báo cáo thực tập tốt nghiệp + Các tín hiệu điều khiển ngắt: - Là các tín hiệu yêu cầu CPU dừng công việc hiện tại để chuyển sang thực hiện công việc khác. Có các dạng sau: - Non Maskable Interrupt (NMI) - tín hiệu ngắt không che được: Nó là tín hiệu từ mạch bên ngoài gửi đến để ngắt CPU và CPU phải ngắt ngay. - Interrupt Request (INTR) - tín hiệu ngắt che được: Là tín hiệu được gửi từ mạch điều khiển ngắt bên ngoài gửi đến yêu cầu CPU ngắt. - Interrupt Acknowledge (INTA): là tín hiệu ngắt phát ra từ CPU báo cho mạch bên ngoài biết CPU chấp nhận ngắt. Reset - tương đương với bật nguồn: Đây là trường hợp ngắt đặc biệt. Trên là nhóm tín hiệu bắt CPU chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác. + Các tín hiệu điều khiển chuyển nhượng Bus (Thực chất là chuyển nhượng quyền điều khiển hệ thống): Bình thường CPU toàn quyền điều khiển hệ thống, Bus địa chỉ, Bus dữ liệu. Khi có 1 thực hiện xin quyền điều khiển hệ thống thì có thể CPU chuyển nhượng. Bus Request (BRQ) - Hold: Là tín hiệu điều khiển từ mạch bên ngoài gửi đến yêu cầu CPU chuyển nhượng quyền sử dụng Bus. Bus Gront (BGT) - Hold Acknowledge: Tín hiệu này phát ra từ CPU chấp nhận chuyển nhượng Bus. Bus dữ liệu Bus điều khiển Bus địa chỉ CPU Bộ nhớ chính Mạch ghép nối vào ra Các thiết bị vào ra Sau đây là sơ đồ khối phối ghép BUS Trang 10/78 Giáo viên hướng dẫn: Vương Quốc Dũng Lớp: Tin5-K8 [...]... vậy, có rất nhiều sự chồng nhau giữa các đoạn Các đoạn bắt đầu từ các địa chỉ cách nhau 16byte và địa chỉ đầu của mỗi đoạn luôn kết thúc bằng các số 0 16byte được gọi là một khúc (Paragraph), các địa chỉ chia hết cho 16 (các địa chỉ kết thúc bằng 0) là các biên giới khúc (Paragraph Boundary)  Các đoạn của chương trình: Mỗi đoạn chương trình ngôn ngữ máy bao gồm các lệnh và dữ liệu, còn một vùng đặc... trò BUS dữ liệu các đường dây sẽ truyền thông tin cho các thiết bị của hệ thống, ngược lại khi đóng vai trò BUS địa chỉ, cũng chính các đường dây này được dùng để gửi ra các tín hiệu địa chỉ g/ Bus điều khiển BUS điều khiển (Control BUS) là tập hợp các đường dây điều khiển dùng để điều khiển các tác vụ của hệ thống BUS điều khiển có từ 4 đến 10 đường tín hiệu, được sinh ra từ CPU, các tín hiệu điều... khiển dùng điều khiển các thao tác của vi xử lý công dụng của DF là dịch hướng cho các thao tác chuỗi, các thao tác này được thực hiện bởi hai thanh ghi chỉ số SI & DI, nội dung của hai thanh ghi này sẽ tự động tăng lên khi DF = 0 và giảm xuống khi DF =1 DF = 0 : định hướng giảm địa chỉ cho các lệnh xử lý chuỗi DF = 1 : định hướng tăng địa chỉ cho các lệnh xử lý chuỗi * Ý nghĩa của các cờ khá rõ ràng;... có giá rẻ và dùng để tạo ra các hệ thống với giá phải chăng vì nó dể phối ghép với các thiết bị ngoại vi 8 bit đang thịnh hành lúc đó - Bộ đệm chờ của 8088 là 4 byte, trái ngược với của 8086 là 6 byte Điều này sẽ có ảnh hưởng ít nhiều đến sự khác biệt về sự tốc độ xử lý của hai bộ CPU - Điều khác nhau tất yếu nữa là sự khác nhau trong việc bố trí các chân ở hai vi mạch của 2 bộ VXL - 8088 có khả năng... giữa EU và bộ nhớ hoặc các vi mạch vào ra Nó có nhiệm vụ gởi các địa chỉ, số liệu và tín hiệu điều khiển vào các bus, BIU & EU liên hệ với nhau bằng các bus nội bộ, khi EU đang thi hành một lệnh, BIU nạp 6 byte mã lệnh tiếp theo vào và đặt chúng vào hàng đợi lệnh, mục đích của việc này là làm tăng tốc độ của vi xử lý Nếu EU cần liên lạc với bộ nhớ hay thiết bị ngoại vi, BIU sẽ treo các lệnh nhận trước... tập tốt nghiệp Bộ VXL Intel 8088 có điểm khác nhau quan trọng với 8086 là nó chỉ có BUS dữ liệu 8 bít thay vì 16 bít Ðặc biệt trong họ VXL Intel (80X86), đều sử dụng kỹthuật Multiplex các đường dây của BUS địa chỉ và dữ liệu Cụ thể đó là quá trình dùng chung các đường dây (các chân ra) nhưng lúc thì làm việc này, lúc thì làm việc khác, tức là thực hiện các công việc khác nhau trong các thời gian khác... bị ngoại vi, BIU sẽ treo các lệnh nhận trước và thực hiện thực hiện các thao tác cần thiết BIU cấu tạo gồm các thanh ghi đoạn và con trỏ lệnh dùng để chứa địa chỉ các ô nhớ  Các thanh ghi đoạn: Được dùng để lưu trữ địa chỉ của các lệnh và dữ liệu trong bộ nhớ, vi xử lý dựa trên các giá trị này để truy cập bộ nhớ Bộ nhớ là tập hợp các byte ô nhớ, mỗi byte có một địa chỉ xác định bắt đầu từ 0 8086 gán... thanh ghi được truy cập độc lập: Byte cao của thanh ghi AX được gọi là AH và byte thấp được gọi là AL Tương tự như vậy cho các byte cao và byte thấp của các thanh ghi BX CX DX lần lượt là BH & BL CH & CL, DH & DL Nhờ điều này mà ta có nhiều thanh ghi hơn khi làm việc với các số liệu có kích thước byte dài Trong đa số lệnh các thanh ghi dữ liệu được chọn tùy ý nhưng các thanh ghi này lại có chức năng riêng... nếu lệnh chưa vào đầy đủ trong hàng đợi lệnh thì khối EU sẽ chờ cho đến khi lệnh nạp hết vào hàng đợi lệnh e/ Bus địa chỉ BUS địa chỉ là dụng cụ để CPU có thể xác định và nhận ra vị trí của các thiết bị trong hệ thống Các thiết bị này có thể là các ô nhớ, các cổng giao tiếp Số lượng đường dây trên BUS địa chỉ phụ thuộc vào từng loại VXL, có thể là 16, 20 hay nhiều hơn Với bộ VXL 8086/8088 thì BUS địa... thực hiện các chương trình lập được thực hiện dễ dàng nhờ thanh ghi CX, trong đó CX đóng vai trò là bộ đếm vòng lập Một thí dụ khác của việc sử dụng thanh ghi CX đó là lệnh REP (Repeat) lệnh này điều khiển một lớp các lệnh chuyên về các thao tác chuỗi CL cũng được sử dụng là một biến đếm trong các lệnh dịch hay quay các bit o Thanh ghi dữ liệu DX (Data) DX dùng để định địa chỉ gián tiếp trong các thao . TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NÔI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP CÁC THẾ HỆ CPU CỦA INTEL SVTT : GVHD : Vương Quốc Dũng -Năm 2009-. minh của con người vào trong các thiết bị vô tri cũng như hệ thống máy tính cá nhân . Và từ đó các phiên bản tiếp theo của bộ vi xử lý đầu tiên của Intel