Những kiến thức về CPU

Những kiến thức về CPU

Những vấn đề xung quanh CPUPCWorld VN 7/99Người mua máy tính chua bao giờ có nhiều khả năng lựa chọn CPU nhu ngày nay. Nhung trước khi quyết định mua loại nào, bạn cung nên bỏ thời gian tìm hiểu những sản phẩm đang có trên thị trường. Sự bùng nổ các chủng loại máy tính trên thị trường khiến nhiều người thực sự bối rối. Bãn khoãn đầu tiên của họ làCPU (Central Processing Unit - bộ xử lý trung tâm): Cho dù Intel chiếm phần lớn thị phần máy PC, nhung AMD (AdvancedMicro Devices) cung không phải là không có chỗ đứng. Ngoài ra, một số nhà sản xuất khác cung vẫn nỗ lực ðua ra các loại CPU khác nhau. Tất cả đều mong muốn thị phần của mình sẽ ngày một lớn hon. Kết quả của sự cạnh tranh ngày càng gay gắt này là có rất nhiều loại CPU ra đời. Giá máy tính cấp thấp rớt xuống dưới 1000 USD, còn loại cao cấp tuy có đắt hon nhung chip lại rất mạnh, có thể ðáp ứng mọi nhu cầu của người dùng. Giữa hai "đẳng cấp" chip nói trên còn tồn tại một "đẳng cấp" trung gian. Mỗi loại chip đều ẩn chứa những bí mật riêng vềtính nãng, tên mã nhà sản xuất, chuẩn, cung nhu các thuật ngữ máy tính chung khác. Câu trả lời cho những vấn đề thường gặp ðó sẽ giúp bạn tháo gỡ vướng mắc và hiểu được chặng đường phát triển của chip. Thực chất CPU là gì? CPU trong máy tính của bạn là một chip, tức là mạch tích hợp ðiện tử thu nhỏ, chịu trách nhiệm trực tiếp hay gián tiếpvề mọi hoạt động của máy tính. CPU là đầu não ðiều khiển máy tính từ lúc khởi động cho đến khi tắt máy. Các quảng cáo cho máy PC đều đề cập tới thông số megahertz. Vậy megahertz là gì? Thông số megahertz đặc trung cho tốc độ hoạt động của CPU. Nói một cách nôm na, thông số này ðo "nhịp tim" củachip. Con số đứng trước megahertz chỉ ra có bao nhiêu triệu nhịp đập diễn ra trong một giây. Ví dụ, chip 400MHz đập 400triệu nhịp/giây, gấp ðôi số lần của chip 200MHz.Những thuật ngữ thông dụng cần biết Để có cái nhìn khái quát trước khi ði sâu vào các khái niệm, bạn hãy tham khảo phần từ ðiển thuật ngữ "Những thuậtngữ cãn bản" trong bài này. Một số nguồn trực tuyến, nhu Webopedia, The PC Guide hay Tom' s Hardware Guide, cungcung cấp định nghia về các thuật ngữ máy tính co bản. Trên thị trường hiện nay, CPU của Intel bán chạy nhất, trong ðó chủ đạo là dòng Pentium. Vậy có bao nhiêu loại chipPentium và chúng khác nhau nhu thế nào? Cho đến nay, Intel ðã ðua ra bốn thế hệ Pentium. Đầu tiên là Pentium thế hệ thứ nhất, bộ xử lý 32 bit, nghia là nó xửlý được 32 bit dữ liệu đồng thời. Với số lượng transitor nhiều hon gấp ba so với thế hệ CPU trước ðó - chip 486 -Pentium bắt đầu sự nghiệp vào nãm 1993 ở tốc độ dưới 100MHz. Ra đời sau Pentium là Pentium Pro và Pentium II. Cho dù đều là chip 32 bit và cùng có tên Pentium nhung Intel ðãquan tâm cải tiến để chúng xứng ðáng là những chip thế hệ thứ sáu. Nhằm ðáp ứng yêu cầu sử dụng trên các server,Pentium Pro có hai vùng luu trữ dữ liệu (thường gọi là cache) L1 và L2. Việc thêm cache phụ L2 vào CPU tuy có làm tãnggiá thành của chip nhung ðã ðem lại khả nãng truyền thông tin với tốc độ của CPU. Để có thông tin về kết quả thử nghiệm CPU củaIntel, AMD và các nhà chế tạo k hác, hãy thăm Website của Tom' s Hardware Guide tại www.tomshardware.com. Một trong những ðiểm mới của Pentium II là thiết kế Slot 1, nghia là CPU được tổ chức trên một bo mạch con để cắmvào bo mạch mẹ (motherboard) qua khe cắm dài và mảnh. Cache L2 cung thuộc bo mạch con nói trên nhung không đượctích hợp vào CPU. Thiết kế này có một vài thuận lợi: rẻ hon thiết kế của Pentium Pro, cho phép Intel tãng kích thướccache L2, đồng thời tãng tốc độ của cache L2 lên bằng 1/2 tốc độ CPU. Theo thời gian, tốc độ của Pentium II tãng từ233MHz lên 450MHz và nhờ ðó, tốc độ của cache L2 cung tãng theo. Bước cuối cùng trong nấc thang tãng trưởng của Pentium là sự ra đời của chip thế hệ thứ bảy - Pentium III. Điểm khác biệt giữa Pentium III và các chip Pentium thế hệ trước là gì? Theo Intel, chip Pentium III có nhiều cải tiến nhung chủ yếu tập trung vào khả nãng xử lý ảnh ba chiều, nhận dạng tiếngnói, chất lượng phát video (đạt tốc độ 30 khung hình/giây) và tốc độ truy cập Internet. Tuy nhiên, những hứa hẹn này cầnphải có thời gian kiểm chứng. Hai vật cản lớn trên con đường phát triển của Intel là: sự cần thiết có các phần mềm mớivà tốc độ kết nối Internet của người dùng. Intel ðã bổ sung 70 lệnh mới vào tập lệnh của Pentium III. Do một lệnh ðon trong tập lệnh có thể xử lý đồng thời một sốmục dữ liệu, nên Intel gọi là SSE (Streaming Single Instruction, Multiple Data [SIMD] Extension). Khi các nhà phát triểnphần mềm viết chuong trình multimedia, những lệnh này sẽ góp phần cải thiện việc xử lý ảnh, phát video và nhận dạng tiếng nói. Những ðiều kiện khách quan cung có thể hạn chế khả nãng của Pentium III trong truy cập Internet. Theo lý thuyết,Pentium III hiển thị ảnh ba chiều thật hon, chiếu video tốt hon, tuy nhiên người sử dụng chỉ có được các lợi thế này khi kết nối trực tiếp Internet với tốc độ truyền dữ liệu ít nhất là 1,5 Mb. Một modem thông thường tốc độ 56,6 Kb/s nối quađường ðiện thoại sẽ khó tận dụng được uu thế của Pentium III. Các hệ thống Pentium III đầu tiên trên thị trường được trang bị 512K cache L2, bus hệ thống 100MHz và tốc độ CPU là450 hay 500MHz. Pentium III 550MHz được ðua ra vào quí II nãm 1999.Chip Celeron là gì? Nó có thuộc loại Pentium? Celeron thuộc vào lớp con của Pentium II. Chúng cung mắc phải những vấn đề lịch sử. Intel giới thiệu chip Celeron vớimục ðích hình thành thị trường PC giá rẻ (dưới 1000 USD). Công ty ðã hạ giá chip bằng cách bỏ qua cache L2, do vậy tốc độ chip này còn thấp hon cả Pentium MMX 233MHz. Các nhà sản xuất, giới báo chí và người tiêu dùng đều ðánh giá thấp loại chip này. Intel ðã xem xét lại Celeron, cải tiến nó thành Celeron II và bổ sung 128K cache L2. Kết quả là hiệu nãng của CPU tãngðáng kể do cache L2 có tốc độ bằng tốc độ CPU. Các thử nghiệm cho thấy, chip Celeron 300MHz với cache L2 128K chạy ngang với chip Pentium II có 512K cache L2 gắn riêng. Tiếp tục, Intel cho ra đời những chip Celeron có tốc độ ngày càng cao, từ 300MHz lên 333MHz, 366MHz, 400MHz và433MHz. Do cả Celeron và Celeron II đều có tốc độ 300MHz nên ðã nảy sinh sự nhầm lẫn. Cho dù Intel ðã ngung sản xuất chip Celeron nguyên thủy, nhung chúng vẫn xuất hiện trong sản phẩm của một số nhà phân phối. Nếu bạn chỉ có khảnãng mua máy tính dùng Celeron 300MHz thì hãy lựa chip cải tiến 300A.Câu chuyện chip Xeon của Intel Xeon bắt đầu sự nghiệp của nó khi còn là lớp con của Pentium II. Ngày nay, Intel ðã xếp Xeon vào lớp Pentium III.Cung nhu Pentium Pro, Xeon được thiết kế dành cho server và các trạm làm việc trung và cao cấp. Vì vậy người dùngmáy tính thông thường không phải bận tâm nhiều về loại chip này. Vậy tại sao khi mua máy tính vẫn phải cân nhắc ðó là Pentium III hay Celeron II? Phải chãng vì chúng cho phép ai ðóthu thập thông tin cá nhân của người dùng qua Internet? Dường nhu câu hỏi trên muốn đề cập tới tính nãng gây tranh cãi mà Intel gọi là Processor Serial Number (PSN). ThángGiêng vừa qua, Intel công bố sẽ ðua PSN vào tất cả các chip Celeron II, Pentium II và Xeon. Ngay sau ðó công ty nhậnđược sự phản đối kịch liệt từ phía người dùng và các nhóm quan sát. Với ý định trợ giúp người quản trị mạng và các doanh nghiệp có hoạt động kinh doanh trên Internet, PSN cho phép kiểm tra danh định của máy tính, hay rộng hon là cho phép tập hợp thông tin về người sử dụng. Rất nhiều người lo ngại rằngnhững tổ chức và cá nhân phi pháp có thể xây dựng các Web site và sử dụng PSN để thu thập thông tin về hoạt động của khách thãm Internet. Nhằm tránh những phản ứng dữ dội từ phía người dùng, Intel công bố là sẽ ðua ra phần mềm cho phép tắt tính nãngPSN khi khởi động và sau ðó nếu muốn thì có thể bật trở lại từ Control Panel trong Windows.Tuy nhiên, những người phản đối PSN không "khoái" lắm giải pháp này. Trước hết, họ nói rằng nên đặt trạng thái mặc định của ID (Identification -danh định) là tắt. Vì nếu phần mềm Intel ðua ra không chạy hay thực thi không hợp lý, định danh PSN sẽ bị ðánh cắp màngười sử dụng không biết. Hon nữa, để việc loại bỏ PSN có hiệu lực thì phần mềm phải có khả nãng chống sự quấy rối. Hiện nay, làn sóng phản đối PSN vẫn chua hoàn toàn lắng xuống. Tuy nhiên, nhà sản xuất máy tính IBM công bố rằnghọ sẽ vô hiệu hóa tính nãng ID trong các chip Pentium III. Một số nhà chế tạo khác cung ðua ra biện pháp hỗ trợ tuong tự- loại bỏ tính nãng ID bằng chuong trình cài trong BIOS. Để có những thông tin mới xung quanh vấn đề ID, bạn hãy thãm hai Web site là Electronic Privacy Information Center(EPIC) và Big Brother Inside.Đối thủ chính của Intel là AMD đã tung ra thị trường những loại chip nào? AMD bắt đầu tuyên chiến với Intel từ khi ðua ra chip AMD-K6 dành cho thị trường cấp thấp. K6 ðã làm thay đổi phầnnào sự phát triển của CPU trên thị trường máy tính cá nhân. Đứng trước hiện trạng K6 được chấp nhận từ phía các nhàchế tạo PC cung nhu người dùng, Intel ðã phải tãng cường vào thiết kế loại Pentium giá thấp, tức Celeron. Tiếp sau AMD-K6 là chip AMD-K6-2 có giá phải chãng, rẻ hon 25% so với CPU dùng chip Celeron II tuong ứng. Đặc ðiểm co bản để phân biệt K6-2 với các đối thủ Pentium là 3DNow! Ðây là công nghệ do AMD và một số đối thủ cạnh tranh của Intel hợp tác phát triển. 3DNow! bổ sung một tập 21 lệnh cho CPU nhằm tãng cường khả nãng xử lý hình ảnh và tiếngnói. Thoạt nghe có vẻ nhu AMD chạy theo SSE của Intel, nhung thực tế 3DNow! ra đời sớm hon SSE (Streaming SIMDExtension) tới chín tháng. Mặc dù vậy, khởi đầu tốt đẹp này cung không ðem lại nhiều uu thế cho AMD, bởi để người sửdụng đạt được đầy đủ tính nãng của 3DNow!, phần mềm ứng dụng phải có các lệnh mới bổ sung. Do Intel ðang giữ bản quyền công nghệ Slot 1 nên AMD ðã chọn chuẩn cu là Socket 7 để thiết kế K6-2, thiết kế nàyđược gọi là Super7. Trong cấu hình cu, kênh truyền thông giữa CPU và cache L2 chạy ở tốc độ 66MHz. nhung vớiSuper7, tốc độ này đạt tới 100MHz. Hiện nay tốc độ của các chip K6-2 là từ 300MHz đến 475MHz. Tuong tự K6-2, CPU K6-III của AMD cung hỗ trợ công nghệ 3DNow! Chip được bổ sung khả nãng cache tãng cường gọilà TriLevel Cache. Hệ thống cache này có 3 lớp, cache L1 và L2 nằm ngay trên CPU, tốc độ truyền tin giữa CPU và cacheL2 bằng tốc độ CPU. Cache L3 chạy ở tốc độ 100MHz. Cách bố trí này có thể tạo ra cache có khả nãng luu trữ 2368K dữliệu. Theo AMD, Pentium III chỉ có thể chứa cache với độ lớn tối ða là 544K. Cho đến nay, tốc độ của chip K6-III là 400 và450MHz. Sự khác biệt về hiệu năng giữa Pentium III và K6-III nhu thế nào? Nhiều nhà bình luận tiên ðoán rằng cuộc ðua giữa Intel và AMD sẽ lặp lại kịch bản ðã xảy ra trước ðây:- AMD tung ra một chip mới và chip này vượt lên trước trong một thời gian ngắn.- Sau ðó Intel ðáp lại ngay bằng một CPU nhanh hon và giành lại vị trí hàng đầu.Hiện tại, tốc độ Pentium III vẫn cao hon trong những tính toán dấu chấm động, các loại tính toán cần thiết trong đồ hoạ3D. Có được ðiều này là do Pentium III có thể thực hiện đồng thời các lệnh tính toán dấu chấm động, MMX và SSE. K6-IIIcung thực hiện được những lệnh tính toán này nhung không đồng thời. Tuy nhiên, K6-III tỏ ra khá hiệu quả trong các ứngdụng nghiệp vụ thông thường. Hon nữa, giá chip K6-III rẻ hon so với Pentium III nên nó vượt Pentium III của Intel trênphuong diện giá/tốc độ. Các chuyên gia tiên ðoán rằng với hai chip cùng tốc độ của Intel và AMD thì chẳng có chip nào tỏ ra mạnh hon khi chạy chuong trình ðã được tối uu hóa cho chip. Nói cách khác, Pentium III 450MHz chạy chuong trình tối uu cho SSE cungtuong ðuong nhu K6-III 450MHz chạy chuong trình tối uu cho 3DNow!Còn công ty nào cung sản xuất CPU cho PC? Cyrix Corp. (trực thuộc National Semiconductor Corp.) và Integrated Device Technology chỉ là những tên tuổi mà bạn cóthể ghi nhận. Hầu hết các nhà sản xuất, các doanh nghiệp và người sử dụng quan tâm đến PC đều tập trung vào Intel vàAMD.Những sản phẩm sắp ra đời của Intel và AMD Intel tiết lộ công ty sẽ sử dụng Pentium II làm co sở cho một số loại CPU Celeron mới của máy xách tay. Mới ðây,Intel ðua ra chip thử nghiệm 600MHz mang tên Geyserville (xem mục "Giải nghia các tên mã"). Geyserville cung cấp haichế độ làm việc: chế độ tốc độ cao khi sử dụng trong gia ðình hay vãn phòng và chế độ tốc độ thấp khi tính toán luu động. Trên mặt trận Pentium III, Intel hứa hẹn tãng tốc độ truyền thông tin trên bus hệ thống tới CPU từ 100MHz lên 133MHz.Nhung ðây không phải là bước đột phá, bằng chứng là vào tháng Ba, Intel ðã ðua ra chip thử nghiệm Pentium III với tốcđộ 1GHz (1000MHz). Về phuong diện kỹ thuật, các chip Pentium của Intel là loại 32 bit. Cao hon linh vực này, ði vào khảnãng xử lý song song, Intel ðang thực hiện đề án CPU 64 bit đầu tiên gọi là Merced IA-64. Công ty dự kiến giới thiệuMerced vào cuối nãm 2000 và đến cuối nãm 2001 sẽ tới McKinley có tốc độ bus hệ thống tãng gấp ba lần so với Merced.Cả Merced và McKinley đều nhắm vào thị trường server và trạm làm việc. Còn AMD thì quyết tâm ðua ra AMD-K7 tốc độ500MHz vào giữa nãm 1999 (có thể trước khi bạn đọc bài báo này). AMD-K7 dùng thiết kế Slot 1, tốc độ truyền thông tintrên bus hệ thống là 200MHz. AMD nói rằng chip K7 bao gồm công nghệ 3DNow! và cache L1 128K. Quốc HùngPractical Windows 7/1999 Giải nghia các tên mã Giống nhu đối với Microsoft và các nhà phát triển phần mềm khác, bạn có thể tham khảo các chip sắp ra đời thông quatên mã. Thông thường tên mã sẽ biến mất khi chip được ðua ra thị trường. Sau ðây là danh sách một số tên mã: Cooper Mine - CPU sắp ra đời của Intel. Ðó là chip Pentium III tích hợp cache L2 256K. Dixon - Chip Pentium II 500MHz của Intel dùng cho máy tính di động. Geyserville - Một công nghệ chip di động mới sẽ ðua ra vào cuối nãm 1999. Dự tính, CPU này sẽ rút ngắn khoảng cách vềtốc độ giữa máy tính để bàn và máy xách tay. Katmai - Là tên khác của Pentium III. Ðôi khi bạn sẽ thấy phần tham chiếu tới tập lệnh Katmai, gồm 70 lệnh mới củaCPU. Mendocino - Tên mã của chip Celeron II. Merced - Tên các chip của Intel được chế tạo dựa trên kiến trúc IA-64. McKinley - Là chip cải tiến từ Merced sẽ được ðua ra vào cuối nãm 2001. Chip này dự kiến có tốc độ bus hệ thống nhanhgấp ba lần so với Merced. Sharptooth - Tên mã K6-III của AMD. Tanner - Tên khác của chip Xeon. Willamette - Là chip được chế tạo dựa trên lõi Pentium II ðã được ðiều chỉnh. Theo dự báo thì chip này nhanh gấp 1,5 lầnPentium II. Những thuật ngữ căn bản Bảng thuật ngữ sau sẽ giúp bạn nắm được các khái niệm co bản. 3DNow! - tập gồm 21 lệnh CPU nhằm tãng tốc độ truyền thông giữa CPU và card đồ họa 3D. Các lệnh này ðua ra khảnãng tạo hình ảnh thật hon trên màn hình và hình video mịn. Công nghệ 3DNow! tuong tự nhu công nghệ SSE của Intel. Bus - đường truyền ðiện tử để truyền dữ liệu giữa các bộ phận trong máy tính. Khi đề cập tới CPU, bus hay bus hệ thống(system bus) ám chỉ mối liên kết giữa CPU hay bộ nhớ với các thành phần khác của PC. Cache - vùng nhớ mà CPU dùng để luu các phần của chuong trình, các tài liệu sắp được sử dụng. Khi cần, CPU sẽ tìmthông tin trên cache trước khi tìm trên bộ nhớ chính. Integrated cache (cache tích hợp) - cache được hợp nhất ngay trên CPU. Cache tích hợp tãng tốc độ CPU do thông tintruyền đến và truyền ði từ cache nhanh hon là phải chạy qua bus hệ thống. Các nhà chế tạo thường gọi cache này làon-die cache. Cache L1 - cache chính của CPU. CPU trước hết tìm thông tin cần thiết ở cache này. Ơở các chip Pentium thì cache L1là cache tích hợp. Cache L2 - cache thứ cấp. Thông tin tiếp tục được tìm trên cache L2 nếu không tìm thấy trên cache L1. Cache L2 có tốcđộ thấp hon cache L1 và cao hon tốc độ của các chip nhớ (memory chip). Trong một số trường hợp (nhu Pentium Pro),cache L2 cung là cache tích hợp. Megahertz - số ðo tốc độ tính toán của CPU. Một megahertz cho một triệu chu trình xử lý trong một giây. MMX (Multimedia Extensions) - tập gồm 57 lệnh multimedia do Intel phát triển nãm 1997. Mục ðích chính của MMX lànâng cao hiệu quả xử lý các lệnh lặp về âm thanh, hình ảnh và đồ họa. Máy đạt được ðiều này phần nào do một dòng lệnh ðon có thể xử lý đồng thời một số mục dữ liệu. Motherboard (bo mạch mẹ) - bo mạch chính trong máy PC. Tất cả các bo mạch khác đều cắm vào bo mạch chính và nhậnthông tin ðiều từ bo mạch này. SIMD (Single Instruction, Multiple Data) - phuong pháp xử lý thông tin, cho phép một lệnh xử lý một số mục dữ liệu đồngthời. Các tập lệnh MMX, 3DNow! và SSE được xây dựng xoay quanh khái niệm này. Slot 1 - khe cắm dài và mảnh nằm trên bo mạch chính. Nó dùng để cắm card chứa CPU vào bo mạch chính. Card chứaCPU gồm có CPU và cache L2. Thiết kế này dùng cho bộ xử lý Pentium II nhằm tãng tốc độ của cache L2. Slot 2 - cung là khe cắm dùng để cắm card CPU (gồm CPU và cache L2) vào bo mạch chính. Khác với thiết kế Slot 1, thiết kế Slot 2 cho phép CPU giao tiếp với cache L2 ở tốc độ của bộ xử lý. Socket L7 Connector - đế cắm hình chữ nhật nằm trên bo mạch chính dùng để cắm CPU vào. Trước ðây, các chipPentium và AMD dùng thiết kế này, sau ðó nó được thay dần bởi thiết kế Slot 1. Super 7 - bản cải tiến của thiết kế Socket 7. Super 7 thống nhất tốc độ bus hệ thống là 100MHz. Thay đổi thiết kế nàycho phép nâng cao 50% tốc độ truy cập tới cache L2 và bộ nhớ chính. SSE (Streaming SIMD Extension) - tập gồm 70 lệnh mà Intel ðua vào Pentium III để phục vụ việc xử lý dữ liệu. Các lệnhnày hỗ trợ cho xử lý ảnh, video, âm thanh và dữ liệu ba chiều. Thông tin cho bạn Để biết thêm chi tiết về các nhà sản xuất, công nghệ chip và các vấn đề về PSN của Intel, hãy thãm các Web site sau: Advanced Micro Devices (AMD)http://www.amd.com/ The Brotherhood of the CPUhttp://www.processor.org/ Electronic Privacy Information Center (EPIC)www.epic.orgBig Brother Insidehttp://www.bigbrotherinside.com/ Intel Corp.http://www.intel.com/ The PC Guidehttp://www.pcguide.com/ Tom's Hardware Guide www.tomshardware.com/chipset.html Webopediahttp://www.webopedia.com/ . L2 vào CPU tuy có làm tãnggiá thành của chip nhung ðã ðem lại khả nãng truyền thông tin với tốc độ của CPU. Để có thông tin về kết quả thử nghiệm CPU củaIntel,. chip đều ẩn chứa những bí mật riêng vềtính nãng, tên mã nhà sản xuất, chuẩn, cung nhu các thuật ngữ máy tính chung khác. Câu trả lời cho những vấn đề thường