PHÂN TÍCH bộ VXL CÔNG NGHỆ MMX của INTEL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN * * * BÀI TIỂU LUẬN BỘ MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH BỘ VXL CÔNG NGHỆ MMX CỦA INTEL  -Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Tuấn Tú Nhóm thực hiện: Nhóm 13 Lớp: ĐH KTPM K10 – HKP 002 Hà Nội, Năm 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN * * * BÀI TIỂU LUẬN BỘ MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH BỘ VXL CÔNG NGHỆ MMX CỦA INTEL  -Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Tuấn Tú Lớp: ĐH KTPM K10 – HKP 002 Sinh viên tham gia: Bùi Hữu Quý Hoàng Tấn Phát Phạm Văn Quyết Đoàn Tiến Thanh Hà Nội, Năm 2017 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ VXL CỦA INTEL .2 1.1 Giới thiệu VXL 1.2 Chức chính, phân loại: 1.3 Cấu trúc vi xử lý Đơn vị xử lý trung tâm (CPU): .5 Bộ nhớ (Memory): Các cổng vào/ra: Bus địa chỉ(Address bus): .7 Bus liệu(Data bus): Bus điều khiển(Control bus): 1.4 Nguyên lý hoạt động VXL 1.5 Lập trình cho VXL 14 CHƯƠNG 16 CÔNG NGHỆ MMX CỦA INTEL 16 2.1 Giới thiệu công nghệ MMX Intel .16 2.2 Môi trường lập trình MMX 18 2.3.Tập lệnh MMX 19 2.3.1 Giới thiệu 19 2.3.2 Bộ dẫn .22 2.3.3 Điểm chuẩn 24 2.4.Hiệu suất dùng công nghệ MMX 28 2.5 Đa phương tiện mở rộng đệ trình 30 CHƯƠNG 3: BỘ VXL SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MMX CỦA INTEL 35 3.1.Khái quát tập đoàn Intel 35 3.2 Intel giới thiệu vi xử lý 11 với Công nghệ MMX ™ 38 3.2.1 Desktop Pentium ® Processor with MMX 233 MHz 38 Bảng 3.1: Thông tin kĩ thuật Pentium ® Processor with MMX 233 MHz 40 Thông số kỹ thuật 40 3.2.2 Intel Pentium MMX 166 .41 Nguyên hiệu suất .44 Floating Point hiệu suất 47 MMX / SSE / SSE2 hiệu suất 48 3.3 Intel Pentium với công nghệ MMX OverDrive 51 3.4.Các vi xử lý Pentium ® với công nghệ MMX TM 58 KẾT LUẬN .62 62 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Trang CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG LỜI NÓI ĐẦU Tập đoàn Intel (Integrated Electronics) thành lập vào ngày 18/7/1968, lúc tập đoàn hợp thiết bị điện tử, sản xuất Santa Clara, (California, USA) nhà hoá học kiêm vật lí học Gordon E.Moore Robert Noyce, sau họ rời khỏi công ty Fairchild Semiconductor Intel có 99.000 nhân viên 199 văn phòng sở sản xuất kinh doanh toàn cầu Năm 2005 doanh thu Intel đạt 38 tỷ USD, Intel xếp thứ 50 công ty lớn giới Intel sản xuất sản phẩm chip vi xử lý cho máy tính, bo mạch chủ, ổ nhớ flash, card mạng thiết bị máy tính khác Intel Corporation công ty sản xuất thiết bị chất bán dẫn lớn giới, nhà phát minh chuỗi vi mạch xử lý hệ x86 mà xử lý tìm thấy máy tính cá nhân Intel làm sản phẩm motherboard chipsets (con chip mạch chủ), network cards (Card mạng lưới) and ICs (mạch tổ hợp), flash memory (bộ nhớ Flash), graphic chips (con chip đồ họa), embedded processors (bộ ghi xử lý), thiết bị khác có liên quan đến tin học truyền thông Bộ VXL MMX đời năm 1996 bước tiến công nghệ lớn Hãng Intel MMX làviết tắt cụm từ Multi Media Extensions CPU Intel MMX tăng cường tập lệnh nhằm gia tăng khả CPU đáp ứng nhu cầu multimedia(video, hình ảnh…) CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ VXL CỦA INTEL 1.1 Giới thiệu VXL Hình 1: Một vi xử lý Vi xử lý (VXL) vi mạch bán dẫn hoạt động Ôtômát đặc biệt chuyên xử lý tự động số liệu theo thuật toán Von Neumann; Về chức bản, VXL hoạt động theo nhịp đồng hồ (Clock) điều khiển theo chu trình (Cycle) định; Hình 2: Lịch sử đời phát triển vi xử lý 1.2 Chức chính, phân loại: Thường xuyên canh yêu cầu xin ngắt (interrupt) từ bên VXL, từ thiết bị bên ngoài, lệnh chương trình để chuyển sang chạy chương trình phục vụ ngắt tương ứng Thường xuyên canh yêu cầu xin truy cập trực tiếp vào nhớ (Direc Memory Access, DMA) từ VXL khác, từ thiết bị ngoại vi phép DMA cách tự cắt khỏi bus mình; Lấy lệnh từ nhớ, giải mà lệnh thực lệnh lên biến kết quả; Các giao tiếp khác với bên (tức phát ra, nhận vào thông báo vềtrạng thái) Bộ vi xử lý chia làm loại như: +Multi chip: dùng hay nhiều chip LSI cho ALU control +Microprocessor: dùng chip LSI/VLSI(Very large scale intergrantation) cho ALU control +Single chip microprocessor: chip LSI/VLSI chứa toàn khối 1.3 Cấu trúc vi xử lý Hình 3: Sơ đồ khối chung vi xử lý Đơn vị xử lý trung tâm (CPU): - CPU có cấu tạo gồm có đơn vị xử lý số học lôgic (ALU), ghi, khối lôgic mạch giao tiếp Chức CPU tiến hành thao tác tính toán xử lý, đưa tín hiệu địa chỉ, liệu điều khiển nhằm thực nhiệm vụ người lập trình đưa thông qua lệnh (Instructions) Hình 4: Đơn vị xử lý trung tâm CPU - Bộ giải mã lệnh: có nhiệm vụ nhận dạng câu lệnh điều khiển mạch khác theo lệnh giải mã Việc giải mã đươpcj thực nhờ có tập lệnh “instruction set” Mỗi họ vi điều khiển thường có tập lệnh khác - Arithmetical Logical Unit (ALU): Thực thi tất thao tác tính toán số học logic - Thanh ghi tích lũy (Accumulator) : ghi SFR liên quan mật thiết với hoạt động ALU, lưu trữ tất liệu cho trình tính toán lưu giá trị kết để chuẩn bị cho tính toán Một ghi SFR khác gọi ghi trạng thái (Status Register) cho biết trạng thái giá trị lưu ghi tích lũy Bộ nhớ (Memory): - Nhìn chung có hai loại nhớ nhớ chương trình nhớ liệu Bộ nhớ chương trình dùng để chứa mã chương trình hướng dẫn CPU thực nhiệm vụ Thông thường nhớ chương trình MMX / SSE / SSE2 hiệu suất Một phần số Kết Intel Pentium MMX 200MHz BP80503200? 120,3% AMD K6 233MHz AMD-K6/233APR? 110,5% Intel Pentium MMX overdrive PODPMT60X180? 107,7% Tăng Công nghệ MP6 166MHz MP6440DPF-ES (2.7V 2X83 MHZ)? 103,3% Intel Pentium MMX 166MHz BP80503166? 100,3% Intel Pentium MMX 166MHz A80503166? 100% Intel Pentium MMX 166MHz FV80503166? 100% AMD K6 200MHz AMD-K6-200ALYD? 94,5% AMD K6 200MHz K6/200ALR? 94,4% AMD K6 200MHz AMD-K6/PR200 (BLACK ES)? 93% Tăng Công nghệ MP6 150MHz MP6440DPF-ES (2.8V 2X75 MHZ)? 92,8% Intel Pentium MMX overdrive PODPMT60X150? 89,5% 48 Sau thông tin CPU ID: Bảng 3.5: Thông tin CPU ID Nhà sản xuất: Một phần số: A80503166 S-Spec Số: SL27K Intel CPU gia đình: Pentium MMX Bộ xử lý số: 166 MHz Tần số: 166 MHz Bình luận: Gửi bởi: Thông tin chung Nhà cung cấp: GenuineIntel Kiểu xử lý: Original OEM xử lý CPUID chữ ký: 543 Gia đình: (05h) Model: (04h) Đẩy mạnh: (03h) Tập lệnh mở rộng MMX Các hướng dẫn CMPXCHG8B Đặc điểm On-chip Floating Point Unit Các tính khác Gỡ lỗi phần mở rộng Kiểm tra ngoại lệ Máy Mô hình cụ thể đăng ký Mở rộng kích thước trang (4MB trang) Thời gian đóng dấu truy cập 49 cocoe Ảo 8086 chế độ cải tiến 50 3.3 Intel Pentium với công nghệ MMX OverDrive Hình 8: Intel Pentium với công nghệ MMX OverDrive Với giới thiệu Intel Pentium MMX Công nghệ, Intel tạo vi xử lý OverDrive để nâng cấp có Pentium bo mạch chủ với chip MMX Lớn tuổi Pentium bo mạch chủ xử lý Pentium với MMX yêu cầu cho lõi 2.8V Phù hợp với truyền thống dòng OverDrive Intel , Pentium với MMX OverDrive bao gồm công cụ chuyển đổi cho phép chạy socket bo mạch chủ (trừ 200) 7s socket mà hỗ trợ 2.8V Nếu không, chip giống hệt Pentium tiêu chuẩn với MMX Hãy tham khảo phần Pentium với MMX cho mô tả cải tiến so với Pentium Xem phần OverDrive Pentium Classic cách sử dụng vi xử lý OverDrive 51 Lưu ý: Nói chung, bo mạch chủ bạn hỗ trợ chip MMX trực tiếp, luôn tốt để mua thực với Pentium MMX trái ngược với OverDrive, họ thường tốn Hướng dẫn sử dụng bo mạch chủ bạn cho bạn biết hạn chế hệ thống bạn gì, nói chung bo mạch chủ Pentium bạn hỗ trợ tách đường sắt điện áp, bạn nên chạy Pentium tiêu chuẩn với MMX Pentium ban đầu với OverDrives MMX chạy 125 MHz, 150 MHz 166 MHz, sử dụng Pentium 75 (1.5x50), Pentium 90 (1.5x60) Pentium 100 (1.5x66) hệ thống tương ứng Những chip thay giống hệt không MMX OverDrives Intel nhanh chóng loại bỏ MMX tung thị trường Trong trường hợp, chip có số nhân đồng hồ cố định 2,5, dự định cho sử dụng chỗ chip cũ hệ số 1,5 ba tốc độ hệ thống Intel sau giới thiệu hai Pentium OverDrives MMX, chạy 180 MHz 200 MHz Những chip chạy với số nhân đồng hồ 3x; 180 dành cho 90 nâng cấp, 120 150 hệ thống MHz chạy 60 MHz tốc độ bus hệ thống, 200 cho 100 nâng cấp, 133 166 hệ thống chạy với 66 MHz hệ thống xe buýt 3x OverDrive nhân đồng hồ tạo đặc biệt cho 50 MHz Pentium 75 hệ thống, 180 hoạt động hệ thống Pentium 75, chạy 150 MHz (Lưu ý 150 OverDrive MHz trở lên có số nhân 2.5x chạy mức 125 máy tính Pentium 75) 52 Lưu ý: Không giống OverDrives khác, mà làm việc bo mạch chủ socket ổ cắm, Pentium với MMX OverDrive 200 dành cho sử dụng socket hệ thống Những OverDrives cung cấp cải tiến hiệu suất đáng kể so với chip ban đầu khả thực thi phần mềm MMX Nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu hệ thống, tăng xung nhịp xử lý rời khỏi hệ thống xe buýt tốc độ tập thể dục lại giảm dần 53 Bảng 3.6: Các thông số Intel Pentium với công nghệ MMX OverDrive Thông tin chung Nhà sản xuất Intel Gia đình Tên Pentium Với OverDrive Công nghệ MMX Mã tên "P54CTB" Bộ xử lý hệ Thứ năm Bo mạch chủ hệ Thứ năm Phiên Pentium với MMX OverDrive 125 Giới thiệu Pentium với MMX OverDrive 150 Tháng Giêng 1997 Biến thể ngang cấp phép Memory Bus Speed (MHz) Tốc độ kỹ thuật Điểm chuẩn Pentium với MMX OverDrive 166 Pentium với MMX OverDrive 180 Pentium với MMX OverDrive 200 Giữa năm 1997 - 50 60 Bộ xử lý Clock Multiplier 66 60 2,5 66 3,0 Tốc độ xử lý (MHz) 125 150 166 180 200 "P" Rating ~ 150 ~ 180 ~ 200 ~ 215 ~ 240 iCOMP Rating ~ 1200 ~ 1400 ~ 1575 ~ 1700 ~ 1900 iCOMP 2,0 Rating 120 144 160 ~ 167 182 54 Vật lý đặc điểm Điện áp, điện làm mát Bao bì Bên Kiến Norton SI ~ 480 ~ 570 ~ 640 ~ 670 ~ 770 Norton SI32 ~ 36 ~ 46 50,7 ~ 53 57,5 CPUmark32 ~ 290 340 378 ~ 390 425 Quy trình công nghệ CMOS Kích thước vi mạch (micron) 0,35 Die Kích thước (mm ^ 2) 141 Bóng bán dẫn (triệu) 4,5 Bên I / O điện áp (V) 3,3 Nội Core Voltage (V) 2.8 (3.3 từ Bo mạch chủ) Quản lý lượng SMM Làm mát Yêu cầu Tản nhiệt hoạt động (bao gồm) Bao bì (US) 296-Pin SPGA Bo mạch chủ giao diện Socket, Socket Chiều rộng Bus liệu (bit) 64 55 Socket Bus liệu tối đa băng thông (MB / giây) 381,5 457,8 508,6 457,8 Địa Bus Width (bit) 32 Địa nhớ tối đa GB Level cache Loại Bo mạch chủ Level Cache Size Thường 256 KB - 512 KB Level Cache Bus Speed Tương tự Bus nhớ Đa xử lý Không Instruction Set Tiện ích mở rộng cộng với Pentium x86 MMX Hỗ trợ Vâng Bộ xử lý chế độ Real, bảo vệ, thực ảo phương pháp x86 Thực Native trúc Nội Kiến trúc 56 508,6 Nội thành phần Đăng ký Kích thước (bit) 32 57 3.4.Các vi xử lý Pentium ® với công nghệ MMX TM Hình 9: Pentium ® với công nghệ MMX TM Hiệu suất cao so với vi xử lý Pentium ban đầu - 10-20% hiệu suất phần mềm (1, 2) - Hơn 60% nhanh Benchmark Intel Media, mà biện pháp công nghệ Intel MMX hiệu đa phương tiện Micro-kiến trúc cải tiến so với xử lý Pentium ban đầu - Hỗ trợ đầy đủ công nghệ Intel MMX tăng cường phương tiện truyền thông - Tăng gấp đôi mã liệu lưu trữ 16K - Cải thiện chi nhánh dự đoán - Tăng cường đường ống - Deeper ghi đệm 58 Hoàn toàn tương thích với tất phần mềm viết cho xử lý Pentium, TM Intel486 xử lý 386 vi xử lý TM Các vi xử lý Pentium ® với công nghệ MMX TM, có sẵn mức 166, 200 233 MHz, bổ sung đáng kể cho gia đình xử lý Pentium Bộ xử lý Pentium với công nghệ MMX chạy phần mềm có 10-20% nhanh so với vi xử lý Pentium ban đầu tốc độ đồng hồ Phần mềm thiết kế cho công nghệ Intel MMX phương tiện truyền thông tăng cường giải phóng đa phương tiện bổ sung hiệu suất truyền thông cung cấp công nghệ Intel MMX: cho phép nhiều màu sắc, đồ họa thực tế hơn, toàn hình, video chuyển động đầy đủ, tăng cường đa phương tiện khác Benchmark Intel Media, mà biện pháp thực đa phương tiện, xử lý Pentium với công nghệ MMX chạy nhanh 60% so với vi xử lý Pentium ban đầu tốc độ Cải thiện xác định loại ứng dụng mức độ mà thiết kế cho công nghệ Intel MMX Bảng 3.7: So sánh Pentium ® với công nghệ MMX TM So sánh Pentium ® Bộ xử lý Pentium ® Processor với công nghệ MMX ICOMP TM 233 MHz ® INDEX 2.0 203 Bộ xử lý Pentium với công nghệ MMX 200 MHz 182 Bộ xử lý Pentium với MMX nghệ 166MHz 160 Bộ xử lý Pentium 200 MHz 142 Bộ xử lý Pentium 166MHz 127 Bộ xử lý Pentium 150MHz 114 Bộ xử lý Pentium 133MHz 111 Bộ xử lý Pentium 120MHz 100 59 Đối với máy tính tương tác giàu kinh nghiệm, hệ thống cung cấp hiệu suất cao ba lĩnh vực - điểm số nguyên, đa phương tiện, thả Trong ứng dụng điển hình, chẳng hạn xử lý văn bản, trình bày ứng dụng chương trình tài cá nhân, đòi hỏi "hiệu suất nguyên", ứng dụng video, trò chơi 3D hình ảnh máy tính, tối đa hóa khả đa phương tiện điểm vi xử lý hệ thống máy tính bạn Dựa tất lĩnh vực hoạt động, vi xử lý Pentium với công nghệ MMX 233 MHz cung cấp hiệu suất tốt tổng thể cho thiết kế socket Hình 10: Cpu Pentium I with MMX (80586) Socket Bộ xử lý Pentium với công nghệ MMX phần mềm pin tương thích với thành viên trước gia đình xử lý Pentium Nó chứa 4,5 triệu transistor sản xuất vào trình tăng cường micron Intel 0,35 Quá trình sử dụng công nghệ CMOS giảm điện áp cho điện thấp mật độ cao Điều cho phép vi xử lý Pentium với công nghệ MMX để phong bì nhiệt xử lý Pentium ban đầu cung cấp gia tăng hiệu suất đáng kể Pentium ® xử lý với công nghệ MMX TM bổ sung cho gia đình xử lý Pentium cung cấp số cải tiến kiến trúc vi mô qua thành viên trước gia đình xử lý Pentium Hỗ trợ đầy đủ công nghệ Intel MMX tăng cường phương tiện truyền thông Công nghệ Intel MMX dựa kỹ thuật SIMD - Hướng dẫn đơn, liệu nhiều - cho phép tăng hiệu suất loạt ứng dụng đa 60 phương tiện thông tin liên lạc Năm mươi bảy hướng dẫn mới, loại liệu đóng gói, hỗ trợ vi xử lý Pentium với công nghệ MMX Tất hệ thống điều hành có phần mềm ứng dụng hoàn toàn tương thích với vi xử lý Pentium với công nghệ MMX Tăng gấp đôi mã liệu lưu trữ để 16K Trên cấp độ chip liệu kích thước nhớ cache mã tăng gấp đôi đến 16KB vi xử lý Pentium với công nghệ MMX Lớn lưu trữ riêng biệt nội cải thiện hiệu suất cách giảm thời gian nhớ truy cập trung bình cung cấp truy cập nhanh vào hướng dẫn sử dụng liệu Hướng dẫn lưu trữ liệu truy cập lúc liệu kép chuyển nhớ cache hỗ trợ hai tài liệu tham khảo liệu đồng thời Các nhớ cache liệu hỗ trợ ghi lại (hoặc cách khác, writethrough, dòng theo dòng) sách để cập nhật nhớ Nâng cao chất lượng dự báo chi nhánh Dự đoán rẽ nhánh động sử dụng Branch Target Buffer (BTB) để tăng hiệu suất cách dự đoán có khả hướng dẫn thực BTB cải thiện xử lý Pentium MMX công nghệ để tăng độ xác nó.Nâng cao đường ống dẫn Để cải thiện hiệu suất, giai đoạn đường ống dẫn bổ sung thêm vào Deeper ghi đệm Một pool bốn đệm ghi chia sẻ đường ống dẫn kép để cải thiện hiệu suất ghi nhớ 61 KẾT LUẬN 62 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN * * * BÀI TIỂU LUẬN BỘ MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH BỘ VXL CÔNG NGHỆ MMX CỦA INTEL  -Giáo viên hướng... 3: BỘ VXL SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MMX CỦA INTEL 35 3.1.Khái quát tập đoàn Intel 35 3.2 Intel giới thiệu vi xử lý 11 với Công nghệ MMX ™ 38 3.2.1 Desktop Pentium ® Processor with MMX. .. động VXL 1.5 Lập trình cho VXL 14 CHƯƠNG 16 CÔNG NGHỆ MMX CỦA INTEL 16 2.1 Giới thiệu công nghệ MMX Intel .16 2.2 Môi trường lập trình MMX