Kiến trúc máy tính
So sánh giữa CPU AMD và Intel: I. Mainboard : - Điều đầu tiên phải ghi nhớ là cấu trúc bo mạch chủ của AMD hay là các hãng khác đều không có một nền tảng riêng nào, mà tất cả đều phát triển từ nền tảng là cấu trúc của Intel- ibm - Sự khác biệt khá căn bản có thể cho chip AMD một cái họ khác. Đó là cách mainboard hỗ trợ AMD giao tiếp với CPU và các thiết bị phần cứng khác có đôi chút khác biệt với cách mà mainboard Intel giao tiếp với các thiêt bị phần cứng khác. Trước hết nói sơ qua về 2 loại chipset là chipset cầu bắc và chipset cầu nam Chipset cầu bắc (Northbridge Chipset). (chipset cầu bắc của via) Còn gọi là Memory Controller Hub (MCH). Mch hay các chipset khác là các chip tích hợp được khai sinh trên các thế hệ máy ban đầu của Intel hay IBM cho đến bây giờ nó cũng còn rất thông dụng ngay cả trên các máy dùng CPU AMD. Nhiệm vụ của chipset cầu bắc là thực hiện điều khiển việc kết nối giữa CPU với ram và một số slot khác như PCI, PCIE, AGP(ngay chính tên gọi của nó cũng một phần nào thể hiện chức năng của nó) (điều này chỉ đúng cho CPU Intel). Một vài loại chipset cầu bắc có thể được tích hợp thêm chương trình điều khiển đồ họa – chúng được gọi là graphic and memory controller hub (gmch).Sức mạnh của MCH ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng xử lý của máy cũng như khả năng overclock của máy. hình dung đơn thuần , nếu ép xung fsb hay xung nhịp của CPU ( khi đó hệ quả là lượng thông tin xử lý được mà CPU truyền ra các thiết bị output cũng tăng lên) đó chính là lý do xảy ra hiện tượng “thắt cổ chai”(bottle neck) đối với một số model CPU Intel nhất là mấy model mở đầu thời kì dual core (ví dụ các model như: pentium d8xx ). Chip cầu nam ( southbridge chipset hay còn gọi là i/o controler hub - ich). Khác hẳn với chip cầu bắc, chip cầu nam không hề kết nối trực tiếp với CPU mà nó kết nối với CPU thông qua chip cầu bắc. Chip cầu nam được dùng để kết nối các thiết bị có tốc độ thấp với CPU, một cặp chipset cầu bắc- nam phải có thiết kế đặc biệt, tương thích với nhau thì mơi có thể làm việc được với nhau. Do trong các thế hệ trước, nhiệm vụ của chipset cầu nam là khá nhẹ nhàng cho nên nó không cần trang bị tấm tản nhiệt. Nhưng hiện tại do các thiết bị khác được chia sẻ sang cho CPU và hơn nữa chipset cầu nam có vai trò quan trọng trong cách giao tiếp với các thiết bị khác ở CPU AMD nên chip cầu nam hiện tại hoạt động đa tác vụ hơn và nó cũng có tấm tản nhiệt khá hoành tráng( tuy vẫn thua chip cầu bắc ở CPU Intel). Hiện tại chưa có giao tiếp chuẩn giữa hai chip cầu này, do đó hai chip này giao tiếp với nhau theo chuẩn nguyên thủy là PCI 1x ( tốc độ của nó rất chậm) do đó đôi lúc xảy ra hiện tượng thắt cổ chai. Phần lớn các giao tiếp hiện đại bây giờ giữa hai chip trên của các hãng sản xuất đều có hiệu năng cao hơn nhưng chúng đều là thiết kế độc quyền. Dòng CPU Intel hoàn toàn giao tiếp với ram và các thiết bị khác thông qua chip cầu bắc. Dòng AMD từ thế hệ k7 (cùng thời kì với pentium 3) trở về trước việc điều khiển ram là do chíp cầu bắc đảm nhận, nhiệm vụ chính của chip cầu bắc cũng tương tự như của dòng Intel tức là kết nối CPU với ram thông qua đường truyền fsb (front side bus) do đó bus của ram sẽ bị giới hạn bới bus của CPU và bus của hệ thống (bus của ram thông thường được xác định bằng cách lấy bus của CPU chia đôi, đó thông thường là bus tối ưu của một số model cũ nhất là của chuẩn ram ddr i). Tuy nhiên từ dòng k8- athlon 64 trở đi đã có sự thay đổi, AMD đã tích hợp luôn bộ điều khiển bộ nhớ vào trong CPU, tức là cũng không còn chip cầu bắc. Khi đó dù cho bus bộ nhớ cao CPU vẫn có thể đáp ứng được, chính vì thế co thể thấy rằng fsb của CPU AMD có giá thành cao (nhưng với CPU AMD không còn dùng tới khái niệm fsb nữa mà là tên bus mới là ht bus ), điều này giúp cho bộ nhớ ddr i chưa ngừng hẳn khi mà ddr ii ra đời. Việc tích hợp bộ điều khiển bộ nhớ vào trong CPU cũng đem lại một số hệ quả rất tốt như giảm thiểu độ trễ của dữ liệu gửi tới CPU và từ CPU gửi đi do không còn phải đi qua chíp cầu bắc và ngược lại, việc này giúp cho CPU AMD xử lý các khối thông tin lớn và nhanh chóng như việc xử lý đồ họa nhanh hơn CPU Intel cùng xung nhịp. Do không còn dùng tới chíp cầu bắc nên chip cầu nam của CPU AMD đóng vai trò quan trọng hơn trong việc kết nối các thiết bị khác tới CPU. Chip cầu Bắc RD790 được sản xuất trên quy trình 65nm và có công suất TDP chỉ 10W so với 26W của Intel X38 Trên thị trường có rất nhiều chipset, mỗi loại đáp ứng một yêu cầu riêng, chipset dùng với CPU Intel có Intel 845, 845E, 845G, 845PE, 848P, 865P, 865PE, 865G, 875P; SiS 645, 648, 650, 655; VIA P4X333, P4X400, PT800, PT880 . Chipset dùng CPU AMD có VIA KT333, KT400, KT600, K8T800; SiS 746FX, SiS 755; nVidia nForce2, NVidia nForce3 150 . và còn nhiều loại khác. Số lượng chipset nhiều và một số có tính năng gần giống nhau. II. Công nghệ 1. Intel a. Công nghệ hyper threading technology (tạm dịch là công nghệ siêu phân luồng- ht): là phát minh của Intel ban đầu được trang bị cho dòng pentium 4 extreme edition (pentium iv ee), tuy nhiên hiện nay hầu hết các chip xử lý pentium 4 đều được trang bị công nghệ này(vì một lý do dễ hiểu là AMD cũng có một công nghệ khác rất ưu việt trang bị cho dòng chip của họ ). Công nghệ này được phát triển nhằm cải thiện hiệu suất làm việc của CPU, cho phép chạy đa ứng dụng một lúc mà không gây ra nghẽn thông tin. Nội dung cơ bản của công nghệ này là khả năng khiến cho hệ điều hành nhận ra là có hai CPU đang chạy đồng thời (1 physical, 1 logical). Tuy nhiên đừng nghĩ là giống như hình thái dual, vì thực chất nó vẫn chỉ là 1 CPU, và vẫn chỉ có thể xử lý được 1 tập lệnh một lúc. Tuy nhiên chính vì việc ảo hóa thành 2 CPU mà công nghệ này cho phép chạy hai loại chuỗi hoặc luồng lệnh trong một thời điểm nhằm hạn chế thời gian “rảnh” của CPU trong khi chờ đợi tín hiệu output được vận chuyển đi và thay bằng cái mới. Hai luồng lệnh mà CPU nhận để xử lý có thể từ hai chương trình ứng dụng trở lên, đó chính là bản chất của việc máy có hỗ trợ ht có thể xử lý đa tác vụ một lúc. Mặt trái cuả HT: Đối với một số tác vụ cơ bản thì chính công nghệ ht này lại làm chậm quá trình xử lý, nguyên nhân là CPU thực hiện quá nhiều chuỗi lệnh đơn giản, trùng lặp với nhau. Thêm vào đó để đáp ứng cho công nghệ này, CPU cần có nhiều transitor hơn tức là nó sẽ nóng hơn và ngốn nhiều điện hơn… Để khắc phục những khuyết điểm đó thay vì phải thay đổi công nghệ Intel đã chuyển hướng qua việc tối ưu hóa công nghệ này. Chẳng hạn họ sử dụng lệnh dừng (halt). Một trong các CPU logic sẽ tối đa hoạt động cho những ứng dụng không được sử dụng công nghệ ht, CPU còn lại sẽ hoạt động như là hệ thống gồm một CPU. Nếu một tác vụ sau đó có thể sử dụng ht thì bộ xử lý logic thứ hai được huy động. b. Công nghệ EM64T : Intel đưa ra thị trường công nghệ 64 bit để cạnh tranh với công nghệ 64 bit của AMD (AMD64). Công nghệ này gọi là EM64T (extended memory 64 technology) hay còn được gọi lntel 64, nó được sử dụng trong pentium 4 6xx, 5xx, pentium ee, một số CPU dòng celeron d, celeron dual core, pentium d, pentium dual core exxx, một số CPU trong dòng pentium dual core txxx, và hầu như tất cả các CPU dòng core 2 duo (trừ e4700), core 2 extreme và core 2 quad. Chú ý rằng các CPU dành cho máy laptop đều không hỗ trợ EM64T. CPU sử dụng công nghệ EM64T có một kiểu hoạt động mới gọi là ia32e mà trong đó lại có hai kiểu : • Kiểu tương thích (compatibility mode) cho phép hệ điều hành 64bit chạy những phần mềm 32 bit và 16 bit. Hệ điều hành 64 bit có thể chạy 64bit và các chương trình ứng dụng 32 bit, 16 bit cùng một lúc. Đối với các chương trình 32 bit CPU sẽ truy cập được 4gb ram chương trình chạy 16 bit sẽ chỉ truy cập được 1mb ram. • Kiểu 64 bit (64-bit mode): cho phép hệ thống hoạt động 64 bit có nghĩa là công nghệ này có thể dùng 64 bit địa chỉ. Công nghệ EM64T có thể sử dụng hệ điều hành 64 bit như windows 64bit, có thể dùng hệ điều hành 32 bit như windows xp 32bit, lúc này nó sẽ chạy kiểu ia32 thông thường và truy cập được 32 bit địa chỉ - 4gb ram. Những đặc điểm của kiểu 64-bit. 64-bit địa chỉ có nghĩa là ứng dụng có thể sử dụng 16eb (exabytes) bộ nhớ (2^64). Trong khi đó bộ vi xử lí celeron d, pentium 4 và xeon hỗ trợ EM64T chỉ có 36 bit địa chỉ, có nghĩa là chỉ có thể sử dụng được 65gb ram (2^36). Xeon dp hỗ trợ EM64T chỉ có 40 đường địa chỉ tức là có thể truy cập bộ nhớ 1tb (2^40). Giới hạn này sẽ được thay đổi trong tương lai , do đó trong tương lai Intel sẽ phát hành bộ vi xử lí có thể truy cập bộ nhớ tới 16eb. Thêm 8 thanh ghi: trong kiểu 64 bit, CPU có tất cả 16 thanh ghi 64 bit. Những thanh ghi mới này có tên là r8 tới r15. R được hiểu là thanh ghi 64 bit. Hình dưới đây bạn có thể xem thanh ghi 64 bit. Thêm 8 thanh ghi sử dụng cho tập lệnh simd (mmx, sse, sse2, sse3 ). Trong kiểu EM64T bộ vi xử lí có tất cả 16 thanh ghi mmx 64 bit. Thanh ghi xmm có độ dài 128 bit , số của thành ghi xmm từ 8 lên 16 thanh ghi. Những thanh ghi xmm được sử dụng trong những phép tính dấu phảy động sse.Tất cả register pointer và instruction pointer có độ rộng 64 bit. Thanh ghi trong fpu có độ rộng 80 bit. Tất cả thanh ghi 64 bit được chia thành những thanh ghi nhỏ 8 bit như hình trên. Sơ đồ như hình trên gọi là “uniform byte-register addressing”. • sử dụng kỹ thuật fast interrupt-priorization. • có instruction pointer mới liên quan tới EM64T gọi là địa chỉ rip-relative. c.Enhanced Intel speedstep® technology (eist) là công nghệ đặc biệt của Intel được áp dụng cho các sản phẩm vi xử lý của họ, eist sẽ giúp các vi xử lý chạy với tốc độ phù hợp nhất trong các thời điểm khác nhau tuỳ theo trạng thái các ứng dụng đang chạy. Ta hãy hình dung một CPU có tốc độ 3.06ghz với công suất 110w có thể chạy chỉ với tốc độ 2.8ghz khi máy tính ở trạng thái nhàn rỗi và mức tiêu hao điện năng cũng như độ ồn hệ thống suy giảm đáng kể. Thực tế ta thấy trong suốt một buổi làm việc, các máy tính thường xuyên hoạt động dưới mức công suất tối đa vì thế nếu eist được ứng dụng sẽ tiết kiệm được một lượng điện năng đáng kể, đặc biệt là với các nhà máy công sở có sử dụng máy vi tính với số lượng lớn. d. Intel Intelligent power capability: là một bộ các khả năng được thiết kế nhằm giảm mức tiêu thụ điện năng và những yêu cầu về thiết kế. Tính năng này quản lý lượng tiêu thụ điện năng thời gian hoạt động của tất cả các nhân của CPU. e.Virtualization technology : cho phép bạn sử dụng nhiều hệ điều hành cùng một lần. Điều này có nghĩa là bạn có thể chạy ứng dụng windows trong 1 “cửa sổ” và ứng dụng linux trong “cửa sổ” khác cùng lúc. Vt đặc biệt phù hợp cho đối tượng khách hàng có nhu cầu sử dụng 2 hệ điều hành windows và linux. f.Công nghệ dual core: công nghệ hai nhân, khác với ht, dual core có hai nhân thực sự nên hiệu năng đạt rất cao. Công nghệ này chỉ áp dụng cho các dòng pentium d và core 2 duo. Khác với ht, dual core không đòi hỏi sự hỗ trợ của hệ điều hành. g. Công nghệ xd :(excute disable bit): công nghệ này cho phép CPU chống lại được lỗi tràn bộ đệm, ví dụ đơn giản là các virus blaster, sasser hoạt động trên nguyên lý tràn bộ đệm sẽ bất lực trước CPU loại này. 2.AMD a. Công nghệ 3dnow! Cùng một lúc với phát hành phiên bản k6-2 , vào tháng 5 năm 1998 , AMD đã lấy một phần tương tự như công nghệ katmai của Intel mà được phát hành cho tới cuối năm sau. Vào cuối tháng 3 năm 1999 , AMD đã tích hợp công nghệ 3dnow! Vào k6- 2 , làm tăng hiệu quả của pc và đã bán được 14 triệu đơn vị trên toàn thế giới. Bằng việc cải tiến bộ vi xử lí có khả năng tính toán dấu phảy động mạnh , công nghệ 3dnow! Kèm theo làm tăng hiệu quả tính toán của CPU với những phép tính đồ hoạ và những chương trình multimedia. Quá trình xử lí đồ hoạ sử dụng pipeline có 04 tầng bao gồm : * physics : CPU thực hiện những tính toán tập trung liên quan đến dấu phảy động để tạo nên những mô phỏng của thế giới thực và những vật thể bên trong nó. * geometry - hình học : nó là sự tính toán những thuộc tính cơ bản của mỗi điểm của vật thể trong không gian 3 chiều. Những thuộc tính bao gồm : toạ độ xyz , giá trị màu rgb , hêk số phản chiếu. . * setup : CPU bắt đầu xử lí để tạo nên những hình ảnh 3d theo luật phối cảnh. Những lệnh bao gồm liên quan đến hình dáng , kích cỡ , vị trí. * rendering : cuối cùng , bộ phận tăng tốc đồ hoạ cung cấp hình ảnh thực để pc đưa lên màn hình ,tính toán từng pixel : màu sắc , độ sáng tối , vị trí. mỗi một lệnh 3dnow! Điều khiển hai phép toán liên quan đến dấu phảy động và vi cấu trúc k6-2 cho phép thực hiện 02 lệnh 3dnow! Trong một chu kì xung nhịp đồng hồ như vậy tổng cộng nó thực hiện được 04 lệnh liên quan đến dấu phảy động trong một chu kì xung nhịp đồng hồ. Trong thiết kế bên trong k6-2 có những thành phần multimedia để tính toán những lệnh mmx , cùng với 3dnow! Cả hai kiểu có thể thực hiện công việc tính toán một cách liên tục. Tất nhiên trong card đồ hoạ đã có phần cứng để tăng tốc quá trình tính toán nhưng đối với những phép tính liên quan đến dấu phảy động còn phải tính toán rất nặng nề. Trong cấu trúc của Intel dùng pentium ii và celeron cũng có những phép tính hỗ trợ đến phần trangle setup và AMD , cyrix , ibm còn phải đi sau. Những lệnh 3dnow! Mới cũng cần bằng một phần nào của những phép toán dấu phảy động single instruction multiple data (simd) để tăng hiệu quả tính toán hình học 3d và mã hoá mpeg. Ứng dụng rộng rãi của công nghệ 3dnow! Cho phép cyrix và idt/centaur sử dụg trong những bộ vi xử lí của họ. b. Hypertransport giúp việc truyền thông tin giữa các chip (cầu nam, cầu bắc, bxl, bộ nhớ, .) Nhanh hơn, điều này không có nghĩa tốc độ của chip sẽ nhanh hơn mà chỉ là khả năng 'nói chuyện' với một chip hoặc thiết bị khác nhanh hơn với lượng dữ liệu nhiều hơn. Bạn có thể hình dung, nếu tuyến đường cao tốc giữa hai thành phố là hai chiều cho hai làn xe thì sẽ dễ xảy ra tai nạn và tắc nghẽn. Hypertransport làm cho tuyến đường này rộng hơn, do đó xe có thể chạy nhanh và nhiều hơn. Công nghệ này có thể áp dụng cho tất cả băng thông của bo mạch chủ, từ chipset đến bxl, bộ nhớ, agp, pci, . Cung cấp tốc độ cực nhanh theo kiểu điểm đến điểm kết nối các thành phần trên mainboard, được phát minh bởi AMD và được ứng dụng trong những lĩnh vực đòi hỏi dữ liệu được truyền đi với tốc độ cao, tốc độ lớn và đỗ trễ nhỏ. Ứng dụng công nghệ hypertrasport trong kiến trúc hệ thống nhằm vào các lưọi ích sau: - tăng cường đáng kể độ rộng dải băng tần so với các ứng dụng khác - thời gian trờ thực thi chỉ lệnh ngắn, giảm thiểu mọi hạn chế đối với xung nhịp bộ xử lý. - xử lý giao thức dạng biểu kiến đối với hệ điều hành, không tạo xung đột trên các trình điều khiển thiết bị ngoại vi. c.Phòng trống virus ( enhanced virus protection): được kích hoạt khi sử dụng winxp2 trở lên, tự động cô lập, tiêu diệt virus, ngoài ra còn giúp ngăn ngừa hiện tượng tràn bộ đệm(buffer overflow) d. Tích hợp cảm ứng nhiệt (intergrated heat spreader): bảo vệ an toàn cho CPU, tự động tắt hệ thống khi nhiệt độ vựot quá mức cho phép. e.Công nghệ AMD-v (AMD virtualization technology). Công nghệ máy tính ảo giúp người sử dụng tại 1 thời điểm có thể dùng đồng thời song song nhiều hệ điều hành (hđh) trong cùng 1 máy tính.trước khi có công nghệ này, máy tính muốn dùng nhiều hệ điều hành thì sử dụng 1 trong 2 cách sau: -sử dụng nhiều hđh cùng 1 lúc nhưng chỉ có 1 hđh khai thác trực tiếp tài nguyên hệ thống , các hđh còn lại được xem như 1 ứng dụng của hđh đầu tiên, chúng vẫn khai thác được tài nguyên của máy nhưng gián tiếp, tức là các hđh này không nhận diện được hệ thống phần cứng, chúng chỉ nhận diện được 1 hệ thống giả lập (không có thật, do phần mềm quản lí các hđh ảo tạo ra). -cài nhiều hđh trong 1 máy nhưng tại 1 thời điểm chỉ có thể sử dụng được 1 hđh, hđh được sử dụng có thể khai thác trực tiếp tài nguyên hệ thống. AMD virtualization giúp người dùng có thể cùng 1 lúc dùng nhiều hđh, các hđh đó đều khai thác trực tiếp tài nguyên hệ thống. Công nghệ này còn có tên mã là pacifica. f.Energy efficient . Thế hệ CPU AMD dùng socket 939 đã nổi tiếng về lượng điện năng tiêu thụ ít. Thế hệ CPU AMD sử dụng socket am2 đã có bước tiến lớn lớn hơn nữa về công suất tiêu thụ. Công suất tiêu thụ của các CPU dùng socket am2 thấp hơn thế hệ 939 từ 10% đến hơn 30%. Đây thực sự là 1 cải tiến hữu ích cho ocer và. Các phòng net. (công suất tiêu thụ điện thấp -> mát -> dễ oc cao). g. Công nghệ tính toán 64 bit(AMD64 ): chạy tốt cho hệ điều hành 32bit hiện nay và sẵn sàng tương thích cho hđh 64 bit trong tưong lai. Cấu trúc nền của AMD đã được thiết kế để tương thích và thực thi hiệu quả không những đối với các ứng dụng 32bit mà cả 64bit. h. Bộ điều khiển bộ nhớ (memory control): tích hợp vào trong nhân của CPU (core) nên cho dù bus bộ nhớ cao đến máy thì CPU đều đáp ứng được. Đồng thời giúp giảm đáng kể "độ trễ của dữ liệu do không phải truyền qua chípet cầu bắc và ngược lại, giúp "vứt bỏ" nút thắt dữ liệu và gia tăng băng thông giữa CPU với bộ nhớ ram. i. Bộ nhớ ddr2. Thế hệ CPU sử dụng socket am2 hỗ trợ ram ddr2 ở chế độ dual channel. Ram ddr2 có tốc độ cao hơn ddr1 , tiêu thụ điện năng ít hơn và hiện nay, ddr2 là chuẩn ram phổ biến nhất. Bộ xử lí AMD hỗ trợ các loại ram ddr2 sau : AMD sempron : ddr2-400/533/667. AMD athlon 64 : ddr2-400/533/667. AMD athlon 64 x2 : ddr2-400/533/667/800. AMD athlon 64 fx : ddr2-400/533/667/800.