cpu

BÀI TIỂU LUẬN : MÔN CẤU TRÚC MÁY TÍNH ĐỀ TÀI : TRÌNH BÀY VỀ BỘ VI XỬ LÝ INTEL NGƯỜI THỰC HIỆN : LÊ TRỌNG NGHĨA LỚP : CĐĐT 06 Giới thiệu bộ vi xử lý Vi xử lý (viết tắt là µP hay uP), đôi khi còn được gọi là bộ vi xử lý, là một linh kiện điện tử máy tính được chế tạo từ các tranzito thu nhỏ tích hợp lên trên một vi mạch tích hợp đơn. Khối xử lý trung tâm (CPU) là một bộ vi xử lý được nhiều người biết đến nhưng ngoài ra nhiều thành phần khác trong máy tính cũng có bộ vi xử lý riêng của nó, ví dụ trên cạc màn hình (video card) chúng ta cũng có một bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý Intel 80486DX2 Trước khi xuất hiện các bộ vi xử lý, các CPU được xây dựng từ các mạch tích hợp cỡ nhỏ riêng biệt, mỗi mạch tích hợp chỉ chứa khoảng vào chục tranzito. Do đó, một CPU có thể là một bảng mạch gồm hàng ngàn hay hàng triệu vi mạch tích hợp. Ngày nay, công nghệ tích hợp đã phát triển, một CPU có thể tích hợp lên một hoặc vài vi mạch tích hợp cỡ lớn, mỗi vi mạch tích hợp cỡ lớn chứa hàng ngàn hoặc hàng triệu tranzito. Nhờ đó công suất tiêu thụ và giá thành của bộ vi xử lý đã giảm đáng kể. Sự tiến hóa của các bộ vi xử lý một phần nhờ vào việc chạy theo Định luật Moore và hiệu suất của nó tăng lên một các ổn định sau hàng năm. Định luật này phát biểu rằng sự phức tạp của một mạch tích hợp sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi chu kỳ 18 tháng. Và thực tế, sự phát triển của các bộ vi xử lý đã bám sát định luật này từ những năm 1970. Nhờ đó, từ máy tính mẹ (mainframe computer) lớn nhất cho đến các máy tính xách tay hiện nay đều sử dụng một bộ vi xử lý nhỏ nhắn tại trung tâm của chúng. Những vi mạch tích hợp đầu tiên Với những tiến bộ của công nghệ, vi xử lý đã ra đời và phát triển theo thời gian. Ba hãng sản xuất chíp Intel, Texas Instruments (TI) và Garrett AiResearch đã cho ra đời ba bộ vi xử lý cùng một thời điểm với các tên gọi lần lượt là Intel 4004, TMS 1000 và Central Air Data Computer. Đây là ba dự án đầu tiên cho ra đời các bộ vi xử lý hoàn chỉnh. Năm 1968, hãng Garrett đã được mời chế tạo một máy tính số để đua tài với các hệ thống cơ điện tử và sau đó nó được phát triển để làm bộ điều khiển chính của máy bay chiến đấu Tomcat F-14 của Hải quân Mỹ. Sản phẩm này đã hoàn thiện vào năm 1970 và nó sử dụng một chíp được xây dựng bằng công nghệ MOS đóng vai trò là lõi của CPU. Sản phẩm này có kích thước nhỏ hơn và hoạt động tin cậy hơn nhiều lần so với các hệ thống cơ điện tử và nó được dùng cho những mô hình máy bay Tomcat đầu tiên. Tuy nhiên, hệ thống này tân tiến đến mức Hải quân Mỹ đã từ chối việc cấp phép công bố sản phẩm cho đến tận năm 1997. TI đã phát triển bộ vi xử lý 4-bits TMS 1000 và tập trung vào các ứng dụng nhúng lập trình trước. Sau đó, TI đã tiếp tục công bố một phiên bản khác gọi là TMS1802NC vào ngày 17 tháng 9 năm 1971. TMS1802NC tích hợp trên nó một bộ tính toán nhằm hỗ trợ khả năng xử lý toán học của vi xử lý. Tiếp đến, ngày 15 tháng 11 năm 1971, Intel đã công bố vi xử lý 4-bits Intel 4004 được phát triển bởi Federico Faggin Chặng đường 35 năm phát triển của bộ vi xử lý Intel Sản phẩm đầu tiên của hãng chế tạo chip lớn nhất thế giới mang tên 4004 ra đời năm 1971, 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. Intel 4004 (1971) Ted Hoff và chip 4004. Ảnh: Intel. 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. Nhưng kỹ sư Ted Hoff của Intel đã hình thành ý tưởng về một thiết bị logic đa mục đích hoạt động hiệu quả hơn. 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, họ giới thiệu 4004 ra thị trường thế giới với giá 200 USD. 4004 có tốc độ 108 KHz với 2.300 bóng bán dẫn. Intel 8008 (1972) Phiên bản 8008 mạnh gấp đôi bộ vi xử lý 4004. Tạp chí Radio Electronics năm 1974 đã đề cập tới thiết bị mang tên Mark-8 sử dụng 8008. Mark-8 là một trong những máy tính đầu tiên dành cho người sử dụng gia đình - một hệ thống mà nếu theo các tiêu chuẩn ngày nay thì rất khó xây dựng, bảo trì và vận hành. 8000 có tốc độ 200 KHz với 3.500 bóng bán dẫn. Intel 8080 (1974) Thiết bị xử lý 8080 đã trở thành bộ não của hệ thống máy tính cá nhân đầu tiên Altair - được cho là tên một địa điểm trong chương trình truyền hình Star Trek. Người đam mê điện toán có thể mua bộ thiết bị cho Altair với giá 395 USD. Trong nhiều tháng, hàng chục nghìn sản phẩm đã được xuất xưởng. 8080 có tốc độ 2 MHz với 6.000 bóng bán dẫn. Intel 8086 - 8088 (1978) Máy tính IBM PC 1981 sử dụng Intel 8088. Bộ vi xử lý 8088 đã được trang bị cho chiếc máy tính cá nhân thương mại đầu tiên IBM PC. Thành công này đã đưa Intel vào bảng xếp hạng 500 doanh nghiệp hàng đầu thế giới của Fortune. Tạp chí này gọi Intel là một trong những "thành công kinh doanh của thập kỷ 70". 8088 có tốc độ 5 MHz, 8 MHz và 10 MHz với 29.000 bóng bán dẫn. Intel 286 (1982) 286, còn được biết đến với tên gọi 80286, là chip đầu tiên của Intel có thể chạy tất cả các phần mềm được viết cho thiết bị xử lý trước đó. Sáu năm kể từ ngày được công bố, khoảng 15 triệu máy tính cá nhân sử dụng 286 đã được bán trên toàn thế giới. 286 có tốc độ 6 MHz, 8 MHz, 10 MHz và 12,5MHz với 134.000 bóng bán dẫn. Intel 386 (1985) Chip Intel 386 có 275.000 bóng bán dẫn, nhiều gấp 100 lần so với bộ xử lý 4004 ban đầu. Đây là chip 32 bit và có khả năng xử lý đa nhiệm, tức là nó có thể chạy nhiều chương trình khác nhau cùng một thời điểm. 386 có tốc độ 16 MHz, 20 MHz, 25 MHz và 33 MHz. Intel 486 DX (1989) Thế hệ vi xử lý 486 giúp người sử dụng không phải gõ lệnh thực thi và chuyển sang điện toán "trỏ và nhấn" (point-and-click) với tốc độ cao. Đây cũng là chip đầu tiên tích hợp sẵn bộ đồng xử lý toán học, hỗ trợ giảm tải các hàm phức tạp cho vi xử lý trung tâm. 486 DX có tốc độ 25 MHz, 33 MHz và 50 MHz với 1,2 triệu bóng bán dẫn. Pentium (1993) Pentium cho phép máy tính dễ dàng tích hợp những dữ liệu "thế giới thực" như giọng nói, âm thanh, ký tự viết tay và ảnh đồ họa. Tên gọi Pentium được nhắc nhiều trong các vở kịch, chương trình truyền hình và nhanh chóng trở thành một từ quen thuộc trong các gia đình. Pentium có tốc độ 60 MHz và 66 MHz với 3,1 triệu bóng bán dẫn. Pentium II (1997) Pentium II tích hợp Intel MMX - công nghệ được thiết kế đặc biệt để xử lý dữ liệu video, audio và đồ họa một cách hiệu quả. Với chip này, người sử dụng có thể chụp, chỉnh sửa và chia sẻ ảnh số với bạn bè và người thân qua Internet, biên tập và thêm nội dung text, nhạc hoặc chuyển đổi cảnh trong phim . Pentium II có tốc độ 200 MHz, 233 MHz, 266 MHz và 300 MHz với 7,5 triệu bóng bán dẫn. Pentium III (1999) Pentium III có 70 lệnh xử lý mới giúp tăng cường hiệu suất hoạt động của các ứng dụng ảnh, 3-D, audio, video và nhận dạng giọng nói. Nó hỗ trợ người sử dụng thực hiện các tác vụ dễ dàng hơn qua Internet, cho phép duyệt web và tải video chất lượng cao. Phiên bản Pentium này sử dụng công nghệ 0,25 micron. Pentium III có tốc độ từ 650 MHz đến 1,2 GHz với 9,5 triệu bóng bán dẫn. Pentium IV (2000) Pentium IV. Người sử dụng hệ thống máy tính Pentium IV có thể tạo ra những bộ phim mang tính chuyên nghiệp, liên kết thời gian thực giữa video và thoại, chồng hình đồ họa 3D, nhanh chóng mã hóa nhạc và chạy các ứng dụng đa phương tiện . Bộ vi xử lý sử dụng mạch 0,18 micron. Pentium IV có tốc độ 1,3 GHz, 1,4 GHz, 1,5 GHz, 1,7 GHz và 1,8 GHz với 42 triệu bóng bán dẫn. Tháng 8/2001, Pentium IV đạt mốc 2 GHz. Đến tháng 11/2002, chip này được trang bị công nghệ siêu phân luồng và có tốc độ 3,06 GHz, sau tăng lên 3,2 GHz vào năm 2003 và 3,4 GHz trong tháng 6/2004. Chip lõi kép Tháng 4/2005, Intle giới thiệu nền tảng sử dụng bộ vi xử lý lõi kép đầu tiên gồm chip Pentium Extreme Edition 840, xung nhịp 3,2 GHz, và chipset 955X Express. Kết hợp với công nghệ siêu phân luồng, hệ thống có thể khai thác hiệu quả hơn những tài nguyên chưa được sử dụng hết. Tháng 5/2005, chip Intel Pentium D lõi kép ra đời cùng chipset 945 Express, hỗ trợ những tính năng của các thiết bị điện tử tiêu dùng như âm thanh vòm, video độ phân giải cao và xử lý đồ họa tăng cường. Intel Core 2 Duo và Core Extreme. Tháng 5/2006, Intel công bố nhãn hiệu Core 2 Duo. Tháng 7/2006: Intel giới thiệu 10 thiết bị xử lý Intel Core 2 Duo và Core Extreme cho hệ thống để bàn và máy tính xách tay, phục vụ người sử dụng doanh nghiệp, gia đình và người yêu điện toán tốc độc cao như giới game thủ . Những chip này nâng cao tới 40% hiệu suất hoạt động và tiết kiệm 40% điện năng so với bộ xử lý Intel Pentium tốt nhất. Các bộ vi xử lý Core 2 Duo có 291 triệu bóng bán dẫn. Cùng tìm hiểu bộ vi xử lý 2 nhân thế hệ 2 (Core 2 Duo) của Intel CPU Core 2 Duo của Intel phá kỷ lục trên máy tính để bàn. Chip Conroe đã xuất hiện và nó chạy đúng như những gì Intel quảng cáo. Qua thử nghiệm của PC World Việt Nam và của PC World Mỹ (chạy PC WorldBench 5), những BXL này đã đoạt lại vương miện từ AMD. Với tên gọi chính thức là Conroe, dòng BXL Core 2 Duo của Intel là những BXL nhanh nhất cho tới nay. Hệ thống tự lắp đã vượt đến 17% điểm PC WorldBench so với hệ thống cao cấp Athlon 64 FX-62 của AMD. Bên cạnh đó, hệ thống ép xung, tản nhiệt nước của ABS chạy BXL Core 2 Duo đạt được điểm số WorldBench cao nhất từ trước đến nay: 181 điểm. Mọi cấu hình thử nghiệm Core 2 Duo đều chạy ấn tượng. Cụ thể, các model Core 2 Duo cao hơn hoàn tất các ứng dụng đa phương tiện "nặng ký” nhanh hơn, chạy nhiều ứng dụng cùng lúc hiệu quả hơn và game chạy cũng nhanh hơn. Dòng Core 2 Duo có các model từ E6300 1,86GHz (183 USD) với bộ đệm cache L2 2MB cho tới Core 2 Extreme X6800 có bộ đệm 4MB đều có bus hệ thống 1066MHz. Mặc dù Core 2 Duo được thiết kế trên nền socket 775 giống với Pentium 4 và Pentium D nhưng chúng yêu cầu phải có chipset mới, vì vậy để chạy được thì bo mạch chủ (BMC) phải hỗ trợ. Khi bạn đọc bài này thì các BMC dùng chipset của Intel cũng như của NVIDIA và ATI hỗ trợ Core 2 Duo đã xuất hiện trên thị trường. Các PC Core 2 Duo cũng đã xuất hiện trên kệ hàng với vài cấu hình có giá khá hợp lý. Một số tính năng mới: “Intel® Wide Dynamic Execution” Nâng cao tốc độ và hiệu quả thực thi chương trình, thực hiện nhiều lệnh hơn trong một chu kỳ đồng hồ. Mỗi lõi có thể hoàn thành đến 4 lệnh trọn vẹn cùng một lúc giúp nâng cao về hiệu suất tính toán, cho phép thực hiện được nhiều công việc hơn trong thời gian ngắn hơn “Intel® Advanced Smart Cache” bộ nhớ cache L2 dùng chung được cấp một cách năng động cho từng lõi của bộ xử lý dựa vào khối lượng công việc. Việc thực thi tối ưu 2 lõi có hiệu quả này làm tăng khả năng truy cập dữ liệu của mỗi lõi từ cache L2, giảm thời gian trễ một cách đáng kể cho những dữ liệu được thường xuyên sử dụng và nâng cao hiệu quả tính toán, giúp máy tính có hiệu suất hoạt động cao, tối ưu hóa khả năng sử dụng bộ nhớ đệm (L2 cache) “Intel® Smart Memory Access” nhằm tăng cường khả năng trình diễn của hệ thống bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng băng thông dữ liệu hiện có. Cấu trúc dự đoán mới làm giảm thời gian chờ dữ liệu cho các lệnh bên trong. Phép tính toán mới được nạp vào trước sẽ chuyển dữ liệu từ bộ nhớ hệ thống sang cache L2 có tốc độ xử lý nhanh trước khi thực hiện tính toán “Intel® Advanced Digital Media Boost” giúp tăng tốc các ứng dụng bao gồm việc thực hiện các lệnh (SSE) để cải thiện hiệu năng một cách đáng kể trên một loạt các ứng dụng như video, hình ảnh, xử lý ảnh, đồ họa, mã hóa, các ứng dụng tài chính, kỹ thuật và khoa học. “Intel® Intelligent Power Capability” (Khả năng quản lý năng lượng thông minh), tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng của các nhân trong bộ xử lý bằng cách chỉ bật chức năng tính toán khi cần Bên cạnh những công nghệ trên, các công nghệ khác như nâng cao khả năng bảo mật, công nghệ ảo hóa và khả năng tính toán 64-bit giúp cho Intel® CoreTM 2 Duo trở thành bộ xử lý mới ấn tượng nhất cho một thế giới ngày càng đòi hỏi chất lượng cao cũng như khả năng tính toán, di động. Dư sức "qua cầu" Trên cùng BMC dùng chipset Intel 975X Express (chipset P965 Express cũng hỗ trợ Core 2 Duo), nhóm thử nghiệm chạy lần lượt CPU Core 2 Extreme X6800 2,93GHz và Core 2 Duo E6700 2,67GHz; sau đó, so sánh với hệ thống có cấu hình tương tự chạy nền AM2 dùng RAM DDR2 với BXL "đỉnh" FX-62 của AMD. Cả hai cấu hình của Intel đều qua mặt AMD trong mỗi ứng dụng của WorldBench 5 cũng như trên mỗi game (xem bảng). Cải tiến rõ nhất là thử nghiệm với đa tác vụ, chạy cùng lúc 2 ứng dụng: duyệt web với Mozilla và mã hóa tập tin với Windows Media Encoder. Bên cạnh đó, các thử nghiệm với Photoshop và một số ứng dụng đồ họa cũng chạy khá thuyết phục. Hệ thống tự lắp chạy Core 2 Extreme X6800 ghi được 160 điểm PC WorldBench 5, tăng 17% so với hệ thống AMD chạy Athlon 64 FX-62 2,8GHz ghi được 137 điểm. Và hệ thống chạy BXL E6700 rẻ tiền hơn cũng đạt đến 153 điểm, vẫn cao hơn 12% so với điểm số của FX-62, và cao hơn 8% so với hệ thống Xi Mtower 64 AGL-SLI nền Intel là hệ thống nhanh nhất mà PC World Mỹ từng thử nghiệm trước đây. Bên cạnh những hệ thống tự lắp, ta cũng so sánh với bộ Dell XPS 410 giá 2350 USD (tính cả màn hình LCD 20), dùng CPU E6600 2,4GHz có RAM 2GB, card đồ họa NVIDIA GeForce 7900GS và 2 ổ cứng SATA ở RAID 0 có tổng dung lượng 320GB. Hệ thống này ghi được 138 điểm WorldBench, bằng điểm của hệ thống AMD phía trên. Nhưng ngay cả những điểm số cao "ngút trời" như trên vẫn chưa bì kịp với hệ thống ABS. ABS Ultimate X9 chạy tản nhiệt nước, có 2GB RAM, 2 card Radeon X1900 CrossFire, một cặp ổ cứng Western Digital cấu hình RAID SATA 150GB và BXL Core 2 Extreme X6800 ép xung từ 2,93GHz lên 3,5GHz, và đạt 181 điểm WorldBench. Hệ thống này không phù hợp với người dùng phổ thông nhưng điểm số của nó vượt khá xa so với các hệ thống khác và cũng cho thấy vi kiến trúc Core của Intel còn nhiều hứa hẹn. Cải tiến kiến trúc Để ép xung Core 2 Extreme được đến mức đó, có lẽ Intel đã chú trọng nhiều về điện năng tiêu thụ trong kiến trúc Core. Theo chi tiết kỹ thuật về thiết kế nhiệt của Intel, phiên bản BXL trước đây là Pentium Extreme Edition tiêu thụ đến 135W, còn Core 2 Extreme X6800 chỉ tiêu thụ 75W; một số model Core 2 Duo mức tiêu thụ có thể xuống đến 65W. Rõ ràng, kết quả là hệ thống ABS có "đất" để ép xung mạnh hơn. Hơn thế nữa, thiết kế này cho phép các nhà sản xuất máy tính xây dựng các hệ thống cao cấp nhưng có thùng máy nhỏ gọn và chạy êm hơn. Từ lúc bắt đầu, vi kiến trúc Core của Intel đã tập trung vào đa nhân CPU, tốc độ cao và tiêu thụ ít điện năng. Sử dụng các bài học từ việc xây dựng thành công CPU di động Pentium M, đầu tiên, Intel đã cải tiến dòng di động và đưa ra CPU Core Duo. Sau đó, hãng đã tăng lực khá nhiều nhưng giảm được điện năng tiêu thụ cho CPU máy tính để bàn. Ví dụ, khi PC chỉ chạy vài ứng dụng đơn giản hoặc ở trạng thái nghỉ, Core 2 Duo có thể chạy chậm lại hoặc ngưng luôn những phần không cần thiết. Core 2 Duo có nhiều ưu thế về tốc độ so với Pentium là nhờ kiến trúc mới được chêm thêm một hàng thực thi mới trên mỗi nhân CPU. (BXL Core 2 Duo có 4 hàng thực thi trên mỗi nhân so với Pentium D chỉ có 3 hàng). Hàng thứ 4 này trên mỗi nhân kết hợp với tập mã mới thông minh hơn (nhóm các tập lệnh phổ biến lại thành một tập lệnh), cho phép Core 2 Duo chạy nhanh hơn Pentium D cho dù Pentium D có xung cao hơn. Bộ đệm cache L2 đến 4MB bảo đảm cung cấp dữ liệu để BXL luôn làm việc ở mức tối đa và Intel cũng đã nỗ lực tinh chỉnh các thuật toán nạp trước (prefetching), ưu tiên tối đa cho dữ liệu thích hợp trước khi BXL cần đến. Trong khi hầu hết các BXL 2 nhân cố định dung lượng bộ đệm cho mỗi nhân thì Core 2 Duo cho phép chia sẻ cho toàn bộ 4MB bộ nhớ cache. Và BXL có thể phân phối bộ nhớ cache này giữa các nhân theo nhu cầu. Nếu một nhân phải làm việc "nặng" trong một tác vụ phức tạp thì nó có thể dùng hầu hết 4MB của cache L2 trong khi nhân kia chỉ chạy một tác vụ đơn giản hơn, cần ít bộ đệm hơn. Như vậy, Lần đầu tiên trong suốt những năm vừa qua, BXL Core 2 Duo rõ ràng mang lại cho Intel lợi thế về tốc độ và hiệu năng so với AMD. Intel trình làng 7 bộ vi xử lý INTEL® ITANIUM® mới Hôm 01/11, Tập đoàn Intel đã công bố các bộ vi xử lý Dual-Core Intel® Itanium® dòng 9100. Được thiết kế để quản lý các ứng dụng cao cấp đồng thời được trang bị các tính năng tiên tiến giúp nâng cao độ tin cậy cũng như giảm mức tiêu thụ điện năng của hệ thống, các bộ vi xử lý dòng 9100 tập trung vào sự chuyển hướng hiện nay từ các sản phẩm RISC chuyên biệt sang những lựa chọn mà các hệ thống máy chủ dựa trên nền tảng Itanium mang lại. Các bộ vi xử lý dòng 9100 là thế hệ thứ 6 của chip Itanium, 3 thế hệ tiếp theo của chip Itanium trong tương lai hiện đang trong quá trình phát triển. Khả năng hỗ trợ các nhiệm vụ thiết yếu của nền tảng Itanium được tiếp thêm sức mạnh với một tính năng mới gọi là Core Level Lock-Step (bước khóa tại cấp độ nhân xử lý), giúp nâng cao tính toàn vẹn dữ liệu và độ tin cậy của các ứng dụng bằng việc loại bỏ các lỗi chưa được phát hiện trong nhân xử lý. Tính năng Core Level Lock-Step kết hợp với công nghệ Socket Level Lock-Step (bước khóa tại cấp độ socket) hiện nay nhằm mang lại độ tin cậy, tính sẵn sàng và tính dịch vụ (RAS) tốt hơn thông qua việc đảm bảo các kết quả tính toán nhất quán giữa các nhân xử lý và các socket. Một tính năng mới nữa là Demand Based Switching (chuyển đổi dựa trên nhu cầu sử dụng - DBS), giúp giảm mức tiêu thụ điện năng của hệ thống máy chủ trong các quãng . vi xử lý, các CPU được xây dựng từ các mạch tích hợp cỡ nhỏ riêng biệt, mỗi mạch tích hợp chỉ chứa khoảng vào chục tranzito. Do đó, một CPU có thể là một. Intel đã tập trung vào đa nhân CPU, tốc độ cao và tiêu thụ ít điện năng. Sử dụng các bài học từ việc xây dựng thành công CPU di động Pentium M, đầu tiên,