TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI CPU TIÊN TIẾN CỦA INTER (CORE I)

Chương trình đã được nạp lên bộ nhớ Ram các chỉ lệnh này đã được dịch thành ngôn ngữ máy và thường trú trên các ngăn nhớ của Ram ở dạng 0 1 CPU sẽ đọc vàlàm theo các chỉ lệnh một cách lầ

TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI CPU TIÊN TIẾN CỦA INTER (CORE I)

A.Giới thiệu chung

CPU viết tắt của chữ Central Processing Unit (tiếng Anh), tạm dịch là đơn

vị xử lí trung tâm CPU có thể được xem như não bộ, một trong những phần tử cốtlõi nhất của máy vi tính Nhiệm vụ chính của CPU là xử lý các chương trình vi tính và dữ kiện CPU có nhiều kiểu dáng khác nhau Ở hình thức đơn giản nhất, CPU là một con chip với vài chục chân Phức tạp hơn, CPU được ráp sẵn trong các bộ mạch với hàng trăm con chip khác CPU là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được thiết lập trước Nó là một mạch tích hợp phức tạp gồm hàng triệu transitor trên một bảng mạch nhỏ Bộ xử lý trung tâm bao gồm Bộ điều khiển

và Bộ làm tính

Những năm gần đây, công nghệ phần cứng máy tính phát triển một cách nhanh chóng, đặc biệt là công nghệ CPU (bộ xử lý trung tâm) của máy tính Intel

là một trong những công ty sản xuất CPU hàng đầu thế giới với các dòng CPU từ

386, 486, 586, Pentium I, II, III cho đến Core 2 dual và Core I, những dòng CPU này được nhiều hãng sản xuất máy tính trên thế giới chọn làm CPU cho máy tính

PC Riêng dòng sản phẩm CPU core I, gồm core I3, I5 và I7 được Intel cải tiến vớitốc độ xử lý nhanh và hiệu quả

I.Lịch sử phát triển CPU Intel

Sự ra đời và phát triển của CPU từ năm 1971 cho đến nay với các tên gọi tương ứng với công nghệ và chiến lược phát triển kinh doanh của hãng Intel: CPU

4004, CPU 8088, CPU 80286, CPU 80386, CPU 80486, CPU 80586, Core i3, i5, i7 Tóm tắt qua sơ đồ mô tả:

Lịch sử phát triển của CPU

8008 (năm 1972) được sử dụng trong thiết bị đầu cuối Datapoint 2200 của

Computer Terminal Corporation (CTC) 8008 có tốc độ 200kHz, sản xuất trên công nghệ 10 µm, với 3.500 transistor, bộ nhớ mở rộng đến 16KB

8080 (năm 1974) sử dụng trong máy tính Altair 8800, có tốc độ gấp 10 lần 8008 (2MHz), sản xuất trên công nghệ 6 µm, khả năng xử lý 0,64 MIPS với 6.000 transistor, có 8 bit bus dữ liệu và 16 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng tới 64KB

8085 (năm 1976) sử dụng trong Toledo scale và những thiết bị điều khiển ngoại

vi 8085 có tốc độ 2MHz, sản xuất trên công nghệ 3 µm, với 6.500 transistor, có 8 bit bus dữ liệu và 16 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng 64KB

BXL 16bit

8086 xuất hiện tháng 6 năm 1978, sử dụng trong những thiết bị tính toán di động

8086 được sản xuất trên công nghệ 3 µm, với 29.000 transistor, có 16 bit bus dữ liệu và 20 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng 1MB Các phiên bản của 8086 gồm 5, 8

và 10 MHz

8088 trình làng vào tháng 6 năm 1979, là BXL được IBM chọn đưa vào chiếc máytính (PC) đầu tiên của mình; điều này cũng giúp Intel trở thành nhà sản xuất BXL máy tính lớn nhất trên thế giới 8088 giống hệt 8086 nhưng có khả năng quản lý địa chỉ dòng lệnh 8088 cũng sử dụng công nghệ 3 µm, 29.000 transistor, kiến trúc

16 bit bên trong và 8 bit bus dữ liệu ngoài, 20 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng tới 1MB Các phiên bản của 8088 gồm 5 MHz và 8 MHz

80186 (năm 1982) còn gọi là iAPX 186 Sử dụng chủ yếu trong những ứng dụng nhúng, bộ điều khiển thiết bị đầu cuối Các phiên bản của 80186 gồm 10 và 12 MHz

80286 (năm 1982) được biết đến với tên gọi 286, là BXL đầu tiên của Intel có thể chạy được tất cả ứng dụng viết cho các BXL trước đó, được dùng trong PC của IBM và các PC tương thích 286 có 2 chế độ hoạt động: chế độ thực (real mode) với chương trình DOS theo chế độ mô phỏng 8086 và không thể sử dụng quá 1

MB RAM; chế độ bảo vệ (protect mode) gia tăng tính năng của bộ vi xử lý, có thể truy xuất đến 16 MB bộ nhớ

286 sử dụng công nghệ 1,5 µm, 134.000 transistor, bộ nhớ mở rộng tới 16 MB Các phiên bản của 286 gồm 6, 8, 10, 12,5, 16, 20 và 25M

BXL 32bit vi kiến trúc NetBurst (NetBurst MICRO-ARCHITECTURE)

Intel386 gồm các họ 386DX, 386SX và 386SL Intel386DX là BXL 32 bit đầu tiên Intel giới thiệu vào năm 1985, được dùng trong các PC của IBM và PC tương

thích Intel386 là một bước nhảy vọt so với các BXL trước đó Đây là BXL 32 bit

có khả năng xử lý đa nhiệm, nó có thể chạy nhiều chương trình khác nhau cùng một thời điểm 386 sử dụng các thanh ghi 32 bit, có thể truyền 32 bit dữ liệu cùng lúc trên bus dữ liệu và dùng 32 bit để xác định địa chỉ Cũng như BXL 80286,

80386 hoạt động ở 2 chế độ: real mode và protect mode

386DX sử dụng công nghệ 1,5 µm, 275.000 transistor, bộ nhớ mở rộng tới 4GB Các phiên bản của 386DX gồm 16, 20, 25 và 33 MHz (công nghệ 1 µm) 386SX (năm1988) sử dụng công nghệ 1,5 µm, 275.000 transistor, kiến trúc 32 bit bên trong, 16 bit bus dữ liệu ngoài, 24 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng 16MB; gồm cácphiên bản 16, 20, 25 và 33 MHz

386SL (năm1990) được thiết kế cho thiết bị di động, sử dụng công nghệ 1 µm, 855.000 transistor, bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 16, 20, 25 MHz 486DX ra đời năm 1989 với cấu trúc bus dữ liệu 32 bit 486DX có bộ nhớ sơ cấp (L1 cache) 8 KB để giảm thời gian chờ dữ liệu từ bộ nhớ đưa đến, bộ đồng xử lý toán học được tích hợp bên trong Ngoài ra, 486DX được thiết kế hàng lệnh

(pipeline), có thể xử lý một chỉ lệnh trong một xung nhịp

486DX sử dụng công nghệ 1 µm, 1,2 triệu transistor, bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 25 MHz, 35 MHz và 50 MHz (0,8 µm) 486SX (năm 1991) dùng trong dòng máy tính cấp thấp, có thiết kế giống hệ 486DX nhưng không tích hợp

bộ đồng xử lý toán học 486DX sử dụng công nghệ 1 µm (1,2 triệu transistor) và 0,8 µm (0,9 triệu transistor), bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 16, 20, 25,

Pentium sử dụng công nghệ 0,8 µm chứa 3,1 triệu transistor, có các tốc độ 60, 66 MHz (socket 4 273 chân, PGA) Các phiên bản 75, 90, 100, 120 MHz sử dụng công nghệ 0,6 µm chứa 3,3 triệu transistor (socket 7, PGA) Phiên bản 133, 150,

166, 200 sử dụng công nghệ 0,35 µm chứa 3,3 triệu transistor (socket 7, PGA)Pentium MMX (năm 1996), phiên bản cải tiến của Pentium với công nghệ MMX được Intel phát triển để đáp ứng nhu cầu về ứng dụng đa phương tiện và truyền thông MMX kết hợp với SIMD (Single Instruction Multiple Data) cho phép xử lý nhiều dữ liệu trong cùng chỉ lệnh, làm tăng khả năng xử lý trong các tác vụ đồ họa, đa phương tiện

Pentium MMX sử dụng công nghệ 0,35 µm chứa 4,5 triệu transistor, có các tốc độ

166, 200, 233 MHz (Socket 7, PGA)

Pentium Pro Nối tiếp sự thành công của dòng Pentium, Pentium Pro được Intel giới thiệu vào tháng 9 năm 1995, sử dụng công nghệ 0,6 và 0,35 µm chứa 5,5 triệutransistor, socket 8 387 chân, Dual SPGA, hỗ trợ bộ nhớ RAM tối đa 4GB Điểm nổi bật của Pentium Pro là bus hệ thống 60 hoặc 66MHz, bộ nhớ đệm L2 (cache L2) 256KB hoặc 512KB (trong một số phiên bản) Pentium Pro có các tốc độ 150,

166, 180, 200 MHz Pentium II (năm 1997), phiên bản cải tiến từ Pentium Pro được sử dụng trong những dòng máy tính cao cấp, máy trạm (workstation) hoặc máy chủ (server) Pentium II có bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 512KB, tích hợp công nghệ MMX được cải tiến giúp việc xử lý dữ liệu video, audio và đồ họa hiệu quả hơn Pentium II có đế cắm dạng khe - Single-Edge contact (SEC) 242 chân, còn gọi là Slot 1

II.Tìm hiểu về CPU – Bộ xử lý trung tâm của máy tính

Chắc hẳn ai trong chúng ta cũng đã nghe và quá quen thuộc với từ CPU Tuy nhiên, một số người (trong đó có tôi trước đây) cứ tưởng rằng CPU là cả cái

“hộp to đùng nặng trịch” với mấy cái nút mà muốn bật máy chúng ta phải ấn vào Nhưng, thật ra cái “hộp to đùng nặng trịch” ấy chỉ là lớp vỏ ngoài bao bọc lấy rất nhiều linh kiện bên trong, trong số đó CPU là thành phần quan trọng bậc nhất Cái lớp vỏ ấy cũng có tên hẳn hoi chứ không phải gọi là CPU đâu nhé, tên thân mật của nó là “Cây” (case) CPU cũng có một tên gọi khác là con chip máy tính

Hình ảnh CPU Intel Core i7 – Một sản phẩm mới của Intel

Về kích thước, CPU nhỏ bé hơn rất nhiều so với cái “hộp to đùng nặng trịch” – từ giờ chúng ta hãy gọi là Case nhé Nếu đem so sánh 1 chiếc CPU với case máytính thì chỉ như đem con người ra so với con voi… Tuy nhiên, nếu thiếu “con voi” – case thì máy tính vẫn hoạt động ầm ầm, còn nếu thiếu “con người” – CPU thì máy tính chả khác gì 1 đống sắt vụn…

II.1Giới thiệu về CPU

CPU là thành phần quan trọng nhất của máy tính toàn bộ quá trình xử lý tính toán điều khiển đều được thực hiện tại đây

Số lượng transitor tích hợp trên CPU đã lên tới hàng trăm triệu trong một ddieeenj tích rất nhỏ

CPU là linh kiện quy định tốc độ của máy tính ,tốc độ máy tính được đánh giá dántiếp qua tần số xung nhịp

Đơn vị:MHz, GHz

Hãng sản xuất CPU lớn nhất hiện nay là Inter hang này chiếm 90% thị phần về CPU cho máy tính PC ngoài ra còn có : AMD, Motorola,cymx

1.cấu trúc cơ bản CPU

1.1 sơ đồ cấu trúc

a.nguyên lý hoạt động

CPU hoạt động hoàn toàn phụ thuộc vào mã lệnh kỹ thuật tín hiệu dạng số 0

1 được dịch ra từ các câu lệnh lập trình ,CPU sẽ không làm gì nếu không có các lệnh hướng dẫn nó

Khi chúng ta chạy một chương trình thì các chỉ lệnh của chương trình đó được lạp lên bộ nhớ

Chương trình đã được nạp lên bộ nhớ Ram các chỉ lệnh này đã được dịch thành ngôn ngữ máy và thường trú trên các ngăn nhớ của Ram ở dạng 0 1 CPU sẽ đọc vàlàm theo các chỉ lệnh một cách lần lượt

b.các thành phần CPU

chức năng đơn vị số học và logic thực hiện các phép toán số họcvà logic

Đơn vị điều khiển

điều khiển nhận lệnh từng bộ nhớ đưa vào thanh ghi lệnh

tăng nội dung của bộ biến chương trình PC để trỏ ra lệnh trực tiếp

phát ra các tín hiệu được thực hiện lệnh

Các phương pháp thiết kế

Đơn vị điều khiển vi chương trình

Đơn vị điều khiển kết nối cứng

Các thanh ghi địa chỉ bộ đếm chương trình, con trỏ dữ liệu,con trỏ ngăn xếp,thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số

Các thanh ghi dữ liệu

Các thanh ghi trạng thái

Bộ đếm chương trình PC còn được gọi là con trỏ lệnh

Bộ đếm chương trình PC dữ liệu địa chỉ lệnh tiếp theo được nhập vào sau khi một lệnh được nhập vào nội dung của PC tự lệnh tăng lên để trỏ sang lệnh kế tiếp.Kích thước của PC phụ thuộc vào CPU

Thanh ghi con trỏ dữ liệu chứa địa chỉ ngăn nhớ dữ liệu mà CPU muốn truy cập

Trong mỗi một CPU thường có một thanh ghi con trỏ dữ liệu

Thanh ghi con trỏ ngăn xếp

Ngăn xếp là vùng nhớ có cấu trúc LIFO vào sau ra trước

Ngăn xếp thường dung để phục vụ cho chương trình con đáy của ngăn xếp là một ngăn nhớ xây dựng

Đỉnh cao của ngăn xếp là thông tin nằm ở vị trí trên cùng của ngăn xếp đỉnh cao của ngăn xếp có thể làm vị trí thay đổi

con trỏ ngăn xếp chứa các địa chỉ của ngăn nhớ đỉnh, khi cập nhật thông tin vào ngăn xếp con trỏ ngăn xếp tăng lên bằng SB+1

thông tin vào cột ngăn nhớ được trỏ bởi ngăn nhớ được trỏ bởi SB khi lấy một thông tin ra khỏi ngăn xếp thông tin được đọc bởi ngăn nhớ trỏ bởi SP con trỏ ngăn xếp giảm đi

Khi ngăn xếp rỗng con trỏ ngăn xếp trỏ vào đáy

Thanh ghi cơ sở chứa địa chỉ của ngăn nhớ cơ sở,thanh ghi chỉ số chưa độ lệch địachỉ giữa ngăn nhớ mà CPU cần truy cập so với ngăn nhớ cơ sở

Các thanh ghi dữ liệu

Các dữ liệu tạm thời và các kết quả không gian.CPU cần có nhieuf thanh ghi dữ liệu.Cờ phép toán biểu hiện trạng thái của kết quả phép toán, cờ điều khiển biểu thị trạng thái điều khiển của CPU

2.hoạt động của CPU

a Chu trình lệch

CPU hoạt động hoàn toàn dựa vào mã lệch

Một lệch gồm các thao tác sau : nhận lệch, giải mã lệch, nhận toàn hạng,thực hiện lệch, cất thanh toán hạng

Đây là các thao tác mà CPU thực hiện một lệch và các thao tác này không thể thựchiện lẫn nhau mà phải thực hiện một cách tuần tự

b.Xử lí đường ống

với CPU làm việc ở chế độ đơn dòng lệch ta có thể thấy rằng mỗi lệch phải thực hiện trong năm nhịp thời gian Giả sử tại nhịp thời gian thứ 3 chỉ có bộ phận nhận toán hạng FO mà vận dụng còn các bộ phận khác thì nhà rỗi hay tại nhịp thứ 4 chỉ

có bộ phận lệch thực hiện còn các bộ phận khác không làm việc để tăng tốc độ làm việc CPU người ta sử dụng kĩ thuật xử lí đường ống sẽ chia cho trình lệch thành các công đoạn và cho phép thực hiện gối lên nhau giống như dây truyền láp gáp nói cách khác kĩ thuật này làm cho các giai đoạn khác nhau của nhiều lệch được thi hành cùng một lúc

Kĩ thuật đường ống làm tăng tốc độ thực hiện lệch một cách đáng kể để xử lí chế

độ đơn dòng lệch thực hiện 5 lệch có 25 chu kì dung nhịp ngược lai chế độ xử lí đường ống cũng 5 lệch nhưng 9 chu kì dung nhịp

Kĩ thuật xử lí đường ống có một số dàng buộc sau :

Cần phải có một mạch điện để thi hành mỗi giai đoạn của lệch vì tất cả các giai đoạn của lệch được thi hành một lúc Phải có nhiều thanh ghi khác nhau cho các tác vụ đọc viết trong một máy có kĩ thuật đường ống có ghi kết quả của một tác

vụ trước lại là toán hạng nguồn của tác vụ sau Cần phải giải mã các lệch một cáchđơn giản để có thể thưc thi và đọc các toán hạng trong một chu kì duy nhất của dung nhịp cần phải có bộ làm tính ALU hữu hiệu để có thể thi hành lệch số học dài nhất trong một khoảng thời gian ít hơn một chu kì xung nhịp

Cần phải có nhiều thanh ghi lệch để lưu giữ lệch mà chúng ta phải xem xét

chomoix giai đoạn thi hành lệch

Cần phải có nhiều thanh ghi bộ nhớ PC

Khó khăn gặp phải khi sử dụng một kĩ thuật xử lí đường ống

Khó khăn cấu trúc:do nhiều công đoạn dung chung một tài nguyên để giải quyết tathực hiện bằng cách thêm các bộ phận chức năng cần thiết

Khó khăn số liệu lệch sau sử dụng kết quả của lệch trước để khắc phục khó khăn này một số bộ phận phần cúng được dung để đưa ra kết quả từ ngã ra ALU trực tiếp vào một trong các thanh ghi ngã vào

Khó khăn điều khiển do rẽ nhánh gây ra các lệch này làm thay đổi tính thi hành của các lêch 1 cách tuần tự

3.Kĩ thuật xử lí siêu đường ống

Máy tính có kĩ thuật siêu đường ống bậc n bằng cách chia các giai đoạn của kĩ thuật đường ống mỗi một giai đoạn được thực hiện trong một khoảng thời gian

TC thành n giai đoạn con được thực hiện trong khoảng thời gian TC/n

Độ hữu hiện của kĩ thuật này tương đương với việc thi hành n lệch trong một chu

kì TC

Siêu đường ống bậc 2 so với kĩ thuậtđường ống đơn giản trong khoảng thời gian

TC máy sử dụng kĩ thuật siêu đường ống làm 2 lệch thay vì một lệch như trong máy có kĩ thuật đường ống đơn giản

4.kĩ thuật siêu vô hướng

Máy tính siêu vô hướng bậc n có thể thực hiện được n lệch trong khoảng thời gian duy nhịp TC

Trong khi maý tính siêu vô hướng phần cứng phải quản lí đọc và thi hành đồng thời nhiều lệch do đó phải có khả năng quản lí các quan hệ giữa số liệu với nhau cũng còn phải chọn các lệch có khả năng được thi hành cùng một lú

Những bộ xử lí đầu tiên đưa ra thị trường là các bộ xử lí Inter 1860x IBMRS/6000các bộ xử lí máy có khả năng thực hiện nhiều tác vụ trên một số nguên và trên số thực

Số lệch có thể thực thi càng nhiều thì phần cứng thực hiện càng phức tạp

5.Kĩ thuật VLIW

kĩ thuật này ghép nhiều lệch vào trong một từ lệch dài

Một lệch dài có thể chứa các hai tác vị tính toán số nguyên 2 tác vụ tính toán số lẻ

Từ lệch thông thường

Mã hóa các thao tác mà bộ xử lí phải thực hiện

Điều kiện toán hangjchir ra nơi chứa các toán hạng mà theo tao tác sẽ tác động vào

Từ lệch dài giá thành và mức độ phức tạp của bộ máy tính có lệch thật dài tăng lênrất nhiều nếu người ta phát triển số trường trong A lệch

II.2 Sơ lược về chức năng của CPU

Bộ vi xử lý còn gọi là trái tim của máy tính hiện đại; đây là một loại chip được tạo thành từ hàng triệu transistor và những thành phần khác được tổ chức thành những khối chức năng chuyên biệt, bao gồm đơn vị xử lý số học, khối quản

lý bộ nhớ và bộ nhớ đệm, khối luân chuyển dữ liệu và phép toán luận lý suy đoán

Bộ vi xử lý của máy tính hiện nay đã phát triển cực mạnh về khả năng, tốc độ và

tính phức tạp so với thập niên trước đây Tốc độ cao, kích thước nhỏ, số lượng transistor khổng lồ Nếu bộ xử lý năm 1983 chỉ có 30.000 transistor thì hiện nay với một số bộ xử lý con số này là trên 40 triệu

Bất kỳ chương trình máy tính nào cũng bao gồm rất nhiều lệnh để thao tác với dữ liệu Bộ xử lý sẽ thực hiện chương trình qua bốn giai đoạn xử lý: nạp,giải mã,thực thi và hoàn tất

Giai đoạn nạp (lấy lệnh và dữ liệu) đọc các lệnh của chương trình và dữ liệu cần thiết vào bộ xử lý

Giai đoạn giải mã xác định mục đích của lệnh và chuyển nó đến phần cứng

tươngứng

Giai đoạn thực thi là lúc có sự tham gia của phần cứng, với lệnh và dữ liệu đã được nạp sẵn, các lệnh sẽ được thực hiện Quá trình này có thể gồm cáctác vụ như cộng,chuyển bit hay nhân thập phân động

Giai đoạn hoàn tất sẽ lấy kết quả của giai đoạn thực thi và đưa vào thanh ghi của

bộ xử lý hay bộ nhớ chính

Một bộ phận quan trọng của bộ vi xử lý là đồng hồ xung nhịp được thiết kế sẵn, xác định tốc độ làm việc tối đa của những bộ phận khác và giúp đồng bộ hoá những hoạt động liên quan Hiện nay tốc độ nhanh nhất của bộ xử lý có trên thị trường là trên 3.2 GHz hay hơn ba tỷ xung nhịp mỗi giây Một số người thích sử dụng thủ thuật "ép" xung để chạy ở tốc độ cao hơn, nhưng nên nhớ là khi đó nhiệt

độ làm việc của chip sẽ cao hơn và có thể gây trục trặc

Các bộ phận của CPU

Mạch của bộ xử lý được thiết kế thành những phần luận lý riêng biệt - khoảng hơnmột chục bộ phận - được gọi là những đơn vị thực thi Chúng có nhiệm vụ thực hiện bốn giai đoạn trên và có khả năng xử lý gối đầu Dưới đây là một số đơn vị thực thi phổ biến nhất

Bộ luận lý số học: Xử lý tất cả những phép toán số học Đôi lúc đơn vị này được chia thành những phân hệ, một chuyên xử lý các lệnh cộng và trừ số nguyên, phân

hệ khác chuyên tính toán các phép nhân và chia số phức

Bộ xử lý dấu chấm động (FPU): Thực hiện tất cả các lệnh liên quan đến dấu chấm động (không phải là số nguyên) Ban đầu FPU là bộ đồng xử lý gần ngoài nhưng hiện nay nó được tích hợp ngay trên bộ xử lý để tăng tốc độ xử lý

Bộ phận nạp/lưu: Quản lý tất cả lệnh đọc hay ghi bộ nhớ

Bộ phận quản lý bộ nhớ (MMU): Chuyển đổi địa chỉ của ứng dụng thành địa chỉ

bộ nhớ vật lý Điều này cho phép hệ điều hành ánh xạ mã và dữ liệu của ứng dụng vào những khoảng địa chỉ ảo để MMU có thể thực hiện các dịch vụ theo chế độ bảo vệ bộ nhớ

Bộ phận xử lý rẽ nhánh (BPU): Dự đoán hướng đi của lệnh rẽ nhánh nhằm giảm

sự ngắt quãng của dòng chuyển dữ liệu và lệnh vào bộ xử lý khi có một luồng xử

lý nhảy đến một địa chỉ bộ nhớ mới, thường gặp trong các phép toán so sánh hay kết thúc vòng lặp

Bộ phận xử lý vector (VPU): Xử lý các lệnh đơn, đa dữ liệu (single instruction multiple data-SIMD) để tăng tốc các tác vụ đồ hoạ Những lệnh theo kiểu vector này gồm các tập lệnh mở rộng cho multimedia của Intel, 3DNow của AMD, AltiVec của Motorola Trong một vài trường hợp không có bộ phận VPU riêng, chẳng hạn Intel và AMD tích hợp những tính năng này vào trong FPU của

Pentium 4 và Athlon

Không phải tất cả các bộ phận này đều thực thi lệnh Người ta đã có những nỗ lực

to lớn để bảo đảm cho bộ xử lý lấy lệnh và dữ liệu ở tốc độ nhanh nhất Tác vụ nạp truy cập bộ nhớ chính (không nằm ngay trên CPU) sẽ chiếm nhiều chu kỳ xung nhịp, trong khi đó CPU lại không làm gì cả Tuy nhiên, BPU sẽ phải làm việc rất nhiều để lấy sẵn dữ liệu và lệnh

Một cách giảm thiểu tình trạng không hoạt động của CPU là trữ sẵn mã và dữ liệu thường được truy cập trong bộ nhớ ngay trên chip, như vậy CPU có thể truy cập

mã và dữ liệu trên bộ nhớ đệm chỉ trong một chu kỳ xung nhịp Bộ nhớ đệm chínhngay trên CPU (còn gọi là Level1 hay L1) thường chỉ có dung lượng khoảng 32KB và chỉ có thể lưu được một phần chương trình hay dữ liệu Thủ thuật để thiết kế bộ nhớ đệm là tìm giải thuật để lấy thông tin quan trọng vào L1 khi cần đến Điều này có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với tốc độ nên hơn một nửa số lượng transistor của bộ xử lý có thể dành cho bộ nhớ đệm

Tuy nhiên, hệ điều hành đa nhiệm và một loạt các ứng dụng chạy đồng thời có thể làm quá tải ngay cả với bộ nhớ đệm L1 được thiết kế tốt nhất Để giải quyết vấn

đề này, cách đây nhiều năm, các nhà sản xuất đã bổ sung đường truyền tốc độ cao

để bộ xử lý có thể giao tiếp với bộ nhớ đệm thứ cấp (Level2, L2) với tốc độ

khoảng 1/2 hay 1/3 tốc độ của bộ xử lý Hiện nay trong những bộ xử lý mới nhất như Pentium 4E tiến xa hơn khi đưa bộ nhớ đệm L2 và L3 vào ngay trong CPU và

hỗ trợ giao tiếp tốc độ cao.Trong tương lai, các nhà sản xuất thậm chí còn tích hợp

bộ điều khiển bộ nhớ ngay trên CPU để tăng tốc độ lên cao hơn nữa

III Cấu tạo của CPU

CPU có 3 khối chính là :

1 Bộ điều khiển ( Control Unit )Là các vi xử lí có nhiệm vụ thông dịch các lệnh của chương trình và điều khiển hoạt động xử lí,được điều tiết chính xác bởi xung nhịp đồng hồ hệ

thống Mạch xung nhịp đồng hồ hệ thống dùng để đồng bộ các thao tác xử lí trong

và ngoài CPU theo các khoảng thời gian không đổi.Khoảng thời gian chờ giữa hai xung gọi là chu kỳ xung nhịp.Tốc độ theo đó xung nhịp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn thời gian gọi là tốc độ xung nhịp – tốc độ đồng hồ tính bằng triệu đơn vị mỗi giây-Mhz Thanh ghi là phần tử nhớ tạm trong bộ vi xử lý dùng lưu dữ liệu và địa chỉ nhớ trong máy khi đang thực hiện tác vụ với chúng

2 Bộ số học-logic (ALU-Arithmetic Logic Unit)Có chức năng thực hiện các lệnh của đơn vị điều khiển và xử lý tín hiệu Theo tên gọi,đơn vị này dùng để thực hiện các phép tính số học( +,-,*,/ )hay các phép tính logic (so sánh lớn hơn,nhỏ hơn…)

3 Thanh ghi ( Register )Thanh ghi có nhiệm vụ ghi mã lệnh trước khi xử lý và ghikết quả sau khi xử lý

thì tốc độ xử lý càng tăng Đối với CPU khác loại, thì điều này chưa chắc đã đúng;

ví dụ CPU Core 2 Duo có tần số 2,6GHz có thể xử lý dữ liệu nhanh hơn CPU 3,4GHz một nhân Tốc độ CPU còn phụ thuộc vào bộ nhớ đệm của nó, ví như Intel Core 2 Duo sử dụng chung cache L2 (shared cache) giúp cho tốc độ xử lý của

hệ thống 2 nhân mới này nhanh hơn so với hệ thống 2 nhân thế hệ 1 ( Intel Core Duo và Intel Pentium D) với mỗi core từng cache L2 riêng biệt (Bộ nhớ đệm dùng để lưu các lệnh hay dùng, giúp cho việc nhập dữ liệu xử lý nhanh hơn) Hiện nay công nghệ sản xuất CPU làm công nghệ 65nm

Hiện đã có loại CPU Quad-Core (4 nhân) Hãng AMD đã cho ra công nghệ gồm 2

bộ xử lý, mỗi bộ 2-4 nhân

2 Tốc độ BUS của CPU ( FSB – Front Side Bus )

FSB – Front Side Bus là gì ?

a FSB – Là tốc độ truyền tải dữ liệu ra vào CPU hay là tốc độ dữ

liệu chạy qua chân của CPU

b Trong một hệ thống thì tốc độ Bus của CPU phải bằng với tốc độ

Bus của Chipset bắc, tuy nhiên tốc độ Bus của CPU là duy nhất nhưng

Chipset bắc có thể hỗ trợ từ hai đến ba tốc độ FSB

Cache L1: Integrated cache (cache tích hợp) – cache được hợp nhất ngay trên CPU Cache tích hợp tăng tốc độ CPU do thông tin truyền đến và truyền đi từ cache nhanh hơn là phải chạy qua bus hệ thống Các nhà chế tạo thường gọi cache này là on-die cache Cache L1 – cache chính của CPU CPU trước hết tìm thông tin cần thiết ở cache này.

Cache L2: Cache thứ cấp Thông tin tiếp tục được tìm trên cache L2 nếu không tìm thấy trên cache L1 Cache L2 có tốc độ thấp hơn cache L1 và cao hơn tốc độ của các chip nhớ (memory chip) Trong một số trường hợp (như Pentium Pro), cache L2 cũng là cache tích hợp

4 Pentium và Celeron

- Pentium là Chip được thiết kế để chạy cho các ứng dụng mạnh như xử lý đồ hoạ,Video, Game 3D v v… Chip Pentium có bộ nhớ Cache lớn hơn vì vậy làm tăng hiệu suất làm việc của nó

- Celeron:

Là dòng chíp rút gọn của Pentium nhằm hạ giá thành, số Transistor trong Celeron

ít hơn và bộ nhớ Cache nhỏ hơn, Celeron được thiết kế để chạy cho các ứng dụng nhẹ như ứng dụng Văn phòng, duyệt Web v v…

So sánh chíp Pentium với Celeron

- Khi chạy các ứng dụng nhẹ như văn phòng, duyệt web thì tốc độ của

Pentium và Celeron gần như tương đương( nếu hai Chip có cùng MHz), nhưng khichạy ở các ứng dụng mạnh như xử lý đồ hoạ, game, video thì Pentium có đốc độ nhanh gấp từ 1,5 đến 2 lần

5 Giải thích các thông số kỹ thuật của CPU

ghi trên báo giá các công ty máy tính

sSpec Number SLA94 Số sản phẩm

CPU Speed 2.40 GHz Tốc độ xử lý của CPU *

PCG 06 Hệ thống tản nhiệt, quạt

Bus Speed 800 MHz Tốc độ BUS của CPU hay tốc độ FSB *

Bus/Core Ratio 12 Tỷ lệ giữa tốc độ CPU và BUS hệ

thống

L2 Cache Size 2 MB Dung lượng bộ nhớ Cache L2 *

L2 Cache Speed 2.4 GHz Tốc độ truy xuất bộ nhớ Cache L2

Package Type LGA775 Kiểu đóng gói 775 chân – Soket 775 *

Manufacturing Technology 65 nm Công nghệ sản xuất chíp

Core Stepping M0 Các mốc đánh dấu sự phát triển của

nhân CPU

CPUID String 06FDh Chuỗi ký tự mã Hexa xác định đặc

tính của CPU

Thermal Design Power 65W Công suất thiết kế nhiệt

Thermal Specification 73.3°C Nhiệt độ cho phép, quá mức nhiệt

dung lượng cache L2 / và kiểu đóng gói

V.Phân loại CPU

Phân loại theo kiến trúc thiết kế:

Core/Penryn: Conroe, Wolfdale, Kentsfield, Yorkfield

Kiến trúc Core có các cải tiến quan trọng như: Wide Dynamic Execution (khả năng mở rộng thực thi động)

Tính quản lý điện năng thông minh (Intelligent Power Capability)

Chia sẻ bộ nhớ đệm linh hoạt (Advanced Smart Cache): hai nhân shared cache L2,tăng dung lượng cache cho từng Core

Sandy Bridge là tên mã của một bộ vi xử lý:

Đang được phát triển bởi Intel và dự kiến sẽ là kiến trúc tiếp nối Nehalem

Được thiết kế dựa trên quy trình công nghệ 32nm từ Westmere (tên cũ là

Nehalem-C) và áp dụng nó vào kiến trúc Sandy Bridge mới Tên mã trước đây choBXL này là Gesher

Haswell là tên mã của một bộ vi xử lý:

Đang được phát triển bởi Intel và dự kiến sẽ là kiến trúc tiếp nối Sandy Bridge.Được thiết kế dựa trên quy trình công nghệ 22nm và có kế hoạch tung ra dưới dạng sản phẩm thương mại vào năm 2012

Sẽ là CPU đầu tiên của Intel đưa vào thực thi các lệnh FMA (Fused Add)

Multiply-Phân loại theo công nghệ chế tạo:

Được chia làm nhiều công nghệ chế tạo từ 180nm cho đến ngày hôm nay là 22nm (sẽ ra đời vào tháng 12/2011)

Công nghệ chế tạo CPU

VI Nhận biết các kí hiệu trên CPU Core I :

Trên ký hiệu của CPU core I chúng ta thường thấy mã số sau đây:

Ý nghĩa của Số 2 : được khoanh tròn màu đỏ cho biết core i3 này thuộc đời 2 ký hiệu bằng chữ cái trong Core I đời 1:

Ý nghĩa của ký hiệu bằng chữ cái trong Core I đời 2:

\

VII Công nghệ của CPU

a Hyper Threading Technology (HTT): là công nghệ siêu phân luồng cho phép giả lập thêm CPU luận lý trong cùng một CPU vật lý, giúp CPU có thể xử lý được nhiều thông tin hơn

Mô tả xử lý HTT

b Multi Core (đa nhân): Công nghệ chế tạo CPU có hai hay nhiều nhân, xử lý vật

lý hoạt động song song với nhau, mỗi nhân đảm nhận những công việc riêng biệt nhau

Mô tả xử lý Multi Core

c Intel® Turbo Boost: Là công nghệ nâng hiệu suất máy tính lên thêm 20%, giúp

hệ thống hoạt động nhanh hơn và kéo dài thời lượng pin, bằng cách tự động điềuchỉnh xung nhịp của từng nhân độc lập cho phù hợp với nhu cầu xử lý

Mô hình Turbo boost

VIII Đặc trưng và ứng dụng của Core i3, i5, i7:

a.core duo là gì?

Core Duo, ( tên mã Yonah) là tên gọi chung của các con CPU Dual-Core mà Intel dành cho thị trường di động, thực tế nó là con CPU Pentium M với hai Core

xử lý trên tiến trình:65nm

b Dual Core là gì và Pentium Dual Core là gì ? Core 2 Duo là gì ?

Dual Core là danh từ chung mà Intel chỉ các vi xử lý có 2 nhân, và 2 nhân này

là nhân thực Như vậy , Pentium Dual Core là chỉ các sản phẩm Pentium của Intel,

có 2 nhân vật lý

Core 2 Duo là danh từ của Intel, chỉ một dòng sản phẩm CPU của Intel dựa trên kiến trúc Core tương tự như với các dòng Pentium Dual Core mà Intel đã đặt tên Các sản phẩm có tên Pentium Dual Core, Core 2 máy để bàn đều dựa trên kiến trúc Corenày

Để giải thích rõ nghĩa hơn về Dual Core, mời các bạn đọc dòng giải thích sau của mình, và dòng giải thích này đã được post trong Vietnamese OverClocking Zone :

Con mà có 2 nhân nằm trên 1 đế ( die ) thì đó chính là thời của các con Pentium Dual Core với tên mã là Pen D 8xxx ( codename Smithfield ) Các CPU này, tuy

có 2 lõi nhưng cả 2 lõi này đều nằm trên 1 die ( chính xác là nhét hai con Prescott vào một die )

Dòng Dual Core ra đời sau dòng Pen D8xx chính là dòng Pentium D Presler ( hay Pen D 9xx ) thì có 2 đế ( 2 con Cedar Mill )

Và trở đi sau này với dòng Pentium Dual Core hay Core 2 Duo ( dựa trên kiến trúcCore ) đều có 2 nhân tách biệt nằm trên 1 die ( giống với Smithfield) Nhưng dựa trên kiến trúc Core ưu việt, nên có nhiều cải tiến khắc phục các lỗi của Pen D8xx

và Pen D 9xx cũng như kiến trúc Netburst,

Về hiệu năng và giá thành : Pentium Dual Core ( dựa trên kiến trúc Core, mà sau này các bạn thấy ở các dòng sản phẩm như Pentium Dual Core E2xxx, E5xxx, E6300-E6500-E6700 ) chính là Core 2 Duo cắt giảm các tính năng như : Bus, tậplệnh, cache hay thậm chí là xung nhịp.