NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ THẾ HỆ VI XỬ LÝ INTEL PENTIUM IV

MỤC LỤCI.HOÀN CẢNH RA ĐỜI VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.Công ty Intel Trang 4 2.Intel Pentium IV Trang 4 II.NỘI DUNG1.Giới thiệu Intel Pentium IV Trang 8 2.Các loại biến thể của Intel Pentium IV a.Intel Pentium 4 Extreme Edition Trang 13b.Intel Pentium 4 Prescott (2004) Trang 14c.Intel Pentium D (2005) Trang 14d.Intel Pentium Extreme Edition (2005) Trang 15III.CÔNG NGHỆ MỚI1.HyperPipelined Technology Công nghệ Siêu ống Trang 162.Execution TraceCache Trang 193.Rapid Execution Engine Trang 194.Advanced Transfer Cache (ATC) Trang 195.OutOfOrder Execution Trang 206.Branch Prediction (phỏng đoán nhánh) Trang 207.Rapid Execution Engine Trang 208.Quad Data Rate Trang 219.Enhanced Floating Point Multimedia Unit Trang 2110. Streaming SIMD Extension 2 (SSE2) Instructions Trang 2111. Hyper Threading (siêu phân luồng) Trang 22IV.TỔNG KẾT Trang 22V.NGUỒN TÀI LIỆU Trang 25I.HOÀN CẢNH RA ĐỜI VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN.1.Công ty Intel. Tập đoàn Intel (Intergrated Electronics) thành lập năm 1968 tại Santa Clara, California, Hoa Kỳ. Intel là nhà sản xuất các sản phẩm như chip vi xử lý cho máy tính, bo mạch chủ, USB, Card mạng ...Năm 1971, bộ vi xử lý đầu tiên của Intel là 4004 được phát hành 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 các hệ thống máy tính cá nhân.2. Intel Pentium IV.a, Hoàn cảnh ra đời:Pentium IV được sản xuất vào tháng 11 năm 2000 là bộ vi xử lý kiến trúc x86 thế hệ thứ 7 do Intel sản xuất và thiết kế CPU hoàn toàn mới đầu tiên của họ kể từ Pentium III năm 1995. Nếu bộ xử lý này được đặt số thay vì tên nó sẽ được gọi là 786 bởi vì nó đại diện cho một thế hệ sau, hệ sau của những bộ xử lý 686. Intel Pentium 4Thiết kế mới này được gọi là kiến trúc NetBurst. Không như Pentium II, Pentium III, và các loại Celeron khác nhau, kiến trúc này khác được tạo mới hoàn toàn và thừa kế rất ít từ thiết kế Pentium Pro P6.Một số công nghệ nổi bật được áp dụng trong vi kiến trúc NetBurst như Hyper Pipelined Technology mở rộng số hàng lệnh xử lý, Execution Trace Cache tránh tình trạng lệnh bị chậm trễ khi chuyển từ bộ nhớ đến CPU, Rapid Execution Engine tăng tốc độ xử lý toán học, bus hệ thống (system bus) 400 MHz và 533 MHz; các công nghệ Advanced Transfer Canche, Advanced Dynamic Execution, Enhanced Floating Point và Multimedia Unit, Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) cũng được cải tiến nhằm tạo ra những bộ xử lý tốc độ cao hơn, khả năng tính toán mạnh hơn, xử lý đa phương tiện tốt hơn. Vi kiến trúc NetBurstb, Lịch sử phát triển:Bộ vi xử lý Pentium IV đầu tiên, mã hiệu “Willamette” chạy với tốc độ 1.4 và 1.5 GHz và đã được phát hành vào tháng 11 năm 2000 trên nền Socket 423, sản xuất trên công nghệ 0.18 μm, có 42 triệu transistor (nhiều hơn gần 50% so với Pentium III), bus hệ thống (system bus) 400 MHz, bộ nhớ đệm tích hợp L2 256 KB, socket 423 và 478. P4 Willamette có một số tốc độ như 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0 GHz.So sánh hiệu năng Pentium 3 và Pentium 4Socket 423 chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn, từ tháng 11 năm 2000 đến tháng 8 năm 2001 và bị thay thế bởi socket 478. Xung thực (FSB) của Pentium 4 là 100 MHz nhưng với công nghệ Quad Data Rate cho phép BXL truyền 4 bit dữ liệu trong 1 chu kỳ, nên bus hệ thống của BXL là 400 MHz.P4 Northwood. Xuất hiện vào tháng 1 năm 2002, được sản xuất trên công nghệ 0,13 μm, có khoảng 55 triệu transistor, bộ nhớ đệm tích hợp L2 512 KB, socket 478. Northwood có 3 dòng gồm Northwood A (system bus 400 MHz), tốc độ 1,6, 1,8, 2,0, 2,2, 2,4, 2,5, 2,6 và 2,8 GHz. Northwood B (system bus 533 MHz), tốc độ 2,26, 2,4, 2,53, 2,66, 2,8 và 3,06 GHz (riêng 3,06 GHz có hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng Hyper Threading HT). Northwood C (system bus 800 MHz, tất cả hỗ trợ HT), gồm 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,2, 3,4 GHz.P4 Prescott (năm 2004). Là BXL đầu tiên Intel sản xuất theo công nghệ 90 nm, kích thước vi mạch giảm 50% so với P4 Willamette. Điều này cho phép tích hợp nhiều transistor hơn trên cùng kích thước (125 triệu transistor so với 55 triệu transistor của P4 Northwood), tốc độ chuyển đổi của transistor nhanh hơn, tăng khả năng xử lý, tính toán. Dung lượng bộ nhớ đệm tích hợp L2 củaP4 Prescott gấp đôi so với P4 Northwood (1MB so với 512 KB). Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, Prescott được bổ sung tập lệnh SSE3 giúp các ứng dụng xử lý video và game chạy nhanh hơn. Đây là giai đoạn “giao thời” giữa socket 478 775LGA, system bus 533 MHz 800 MHz và mỗi sản phẩm được đặt tên riêng khiến người dùng càng bối rối khi chọn mua.Prescott A (FSB 533 MHz) có các tốc độ 2,26, 2,4, 2,66, 2,8 (socket 478), Prescott 505 (2,66 GHz), 505J (2,66 GHz), 506 (2,66 GHz), 511 (2,8 GHz),

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ THẾ HỆ VI XỬ LÝ INTEL PENTIUM IV GIÁO VIÊN: NGUYỄN THANH HẢI NHÓM 7: NGUYỄN XUÂN DŨNG TRẦN THẾ DUY NGUYỄN BÁ HOÀNG HỒ MẠNH NAM AN THỊ NGỌC MAI MỤC LỤC HOÀN CẢNH RA ĐỜI VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Công ty Intel Trang Intel Pentium IV Trang II NỘI DUNG Giới thiệu Intel Pentium IV Trang Các loại biến thể Intel Pentium IV I a b c d III I Trang 13 Trang 14 Trang 14 Trang 15 CÔNG NGHỆ MỚI IV V Intel Pentium Extreme Edition Intel Pentium Prescott (2004) Intel Pentium D (2005) Intel Pentium Extreme Edition (2005) Hyper-Pipelined Technology - Công nghệ Siêu ống Execution TraceCache Rapid Execution Engine Advanced Transfer Cache (ATC) Out-Of-Order Execution Branch Prediction (phỏng đoán nhánh) Rapid Execution Engine Quad Data Rate Enhanced Floating Point & Multimedia Unit Trang 16 Trang 19 Trang 19 Trang 19 Trang 20 Trang 20 Trang 20 Trang 21 Trang 21 10 Streaming SIMD Extension (SSE2) Instructions Trang 21 11 Hyper Threading (siêu phân luồng) Trang 22 TỔNG KẾT NGUỒN TÀI LIỆU Trang 22 Trang 25 HOÀN CẢNH RA ĐỜI VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Cơng ty Intel Tập đồn Intel (Intergrated Electronics) thành lập năm 1968 Santa Clara, California, Hoa Kỳ Intel nhà sản xuất sản phẩm chip vi xử lý cho máy tính, bo mạch chủ, USB, Card mạng Năm 1971, vi xử lý Intel 4004 phát hành cho máy tính Busicom dọn đường cho khả nhúng trí thông minh người vào thiết bị vơ tri hệ thống máy tính cá nhân Intel Pentium IV a, Hoàn cảnh đời: Pentium IV sản xuất vào tháng 11 năm 2000 vi xử lý kiến trúc x86 hệ thứ Intel sản xuất thiết kế CPU hoàn toàn họ kể từ Pentium III năm 1995 Nếu xử lý đặt số thay tên gọi 786 đại diện cho hệ sau, hệ sau xử lý 686 Intel Pentium 4 Thiết kế gọi kiến trúc NetBurst Không Pentium II, Pentium III, loại Celeron khác nhau, kiến trúc khác tạo hồn tồn thừa kế từ thiết kế Pentium Pro/ P6 Một số công nghệ bật áp dụng vi kiến trúc NetBurst Hyper Pipelined Technology mở rộng số hàng lệnh xử lý, Execution Trace Cache tránh tình trạng lệnh bị chậm trễ chuyển từ nhớ đến CPU, Rapid Execution Engine tăng tốc độ xử lý toán học, bus hệ thống (system bus) 400 MHz 533 MHz; công nghệ Advanced Transfer Canche, Advanced Dynamic Execution, Enhanced Floating Point Multimedia Unit, Streaming SIMD Extensions (SSE2) cải tiến nhằm tạo xử lý tốc độ cao hơn, khả tính tốn mạnh hơn, xử lý đa phương tiện tốt Vi kiến trúc NetBurst b, Lịch sử phát triển: Bộ vi xử lý Pentium IV đầu tiên, mã hiệu “Willamette” chạy với tốc độ 1.4 1.5 GHz phát hành vào tháng 11 năm 2000 Socket 423, sản xuất cơng nghệ 0.18 μm, có 42 triệu transistor (nhiều gần 50% so với Pentium III), bus hệ thống (system bus) 400 MHz, nhớ đệm tích hợp L2 256 KB, socket 423 478 P4 Willamette có số tốc độ 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0 GHz So sánh hiệu Pentium Pentium Socket 423 xuất khoảng thời gian ngắn, từ tháng 11 năm 2000 đến tháng năm 2001 bị thay socket 478 Xung thực (FSB) Pentium 100 MHz với công nghệ Quad Data Rate cho phép BXL truyền bit liệu chu kỳ, nên bus hệ thống BXL 400 MHz.P4 Northwood Xuất vào tháng năm 2002, sản xuất công nghệ 0,13 μm, có khoảng 55 triệu transistor, nhớ đệm tích hợp L2 512 KB, socket 478 Northwood có dòng gồm Northwood A (system bus 400 MHz), tốc độ 1,6, 1,8, 2,0, 2,2, 2,4, 2,5, 2,6 2,8 GHz Northwood B (system bus 533 MHz), tốc độ 2,26, 2,4, 2,53, 2,66, 2,8 3,06 GHz (riêng 3,06 GHz có hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng Hyper Threading - HT) Northwood C (system bus 800 MHz, tất hỗ trợ HT), gồm 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,2, 3,4 GHz P4 Prescott (năm 2004) Là BXL Intel sản xuất theo cơng nghệ 90 nm, kích thước vi mạch giảm 50% so với P4 Willamette Điều cho phép tích hợp nhiều transistor kích thước (125 triệu transistor so với 55 triệu transistor P4 Northwood), tốc độ chuyển đổi transistor nhanh hơn, tăng khả xử lý, tính tốn Dung lượng nhớ đệm tích hợp L2 củaP4 Prescott gấp đơi so với P4 Northwood (1MB so với 512 KB) Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, Prescott bổ sung tập lệnh SSE3 giúp ứng dụng xử lý video game chạy nhanh Đây giai đoạn “giao thời” socket 478 - 775LGA, system bus 533 MHz - 800 MHz sản phẩm đặt tên riêng khiến người dùng bối rối chọn mua.Prescott A (FSB 533 MHz) có tốc độ 2,26, 2,4, 2,66, 2,8 (socket 478), Prescott 505 (2,66 GHz), 505J (2,66 GHz), 506 (2,66 GHz), 511 (2,8 GHz), 515 (2,93 GHz), 515J (2,93 GHz), 516 (2,93 GHz), 519J (3,06 GHz), 519K (3,06 GHz) sử dụng socket 775LGA.Prescott E, F (năm 2004) có nhớ đệm L2 MB (các phiên sau mở rộng MB), bus hệ thống 800 MHz Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3 tích hợp, Prescott E, F cịn hỗ trợ cơng nghệ siêu phân luồng, số phiên sau có hỗ trợ tính tốn 64 bit.Dịng sử dụng socket 478 gồm Pentium HT 2.8E (2,8 GHz), 3.0E (3,0 GHz), 3.2E (3,2 GHz), 3.4E (3,4 GHz) Dòng sử dụng socket 775LGA gồm Pentium HT 3.2F, 3.4F, 3.6F, 3.8F với tốc độ tương ứng từ 3,2 GHz đến 3,8 GHz, Pentium HT 517, 520, 520J, 521, 524, 530, 530J, 531, 540, 540J, 541, 550, 550J, 551, 560, 560J, 561, 570J, 571 với tốc độ từ 2,8 GHz đến 3,8 GHz Pentium® processor microarchitecture II NỘI DUNG Giới thiệu Intel Pentium IV: a Các chi tiết kỹ thuật Pentium bao gồm: + Tốc độ từ 1.3 GHz đến 3.8 GHz + 42 triệu bóng bán dẫn, quy trình 0,18 micron, khuôn 217 mm vuông (Willamette) + 55 triệu bóng bán dẫn, quy trình 0,13 micron, khn khổ 131 mm vng (Northwood) + 125 triệu bóng bán dẫn, quy trình 0,09 micron, đường kính 112 mm vng (Prescott) + Phần mềm tương thích với vi xử lý Intel 32-bit trước + Một số phiên Prescott hỗ trợ EM64T (phần mở rộng 64-bit) Bit vô hiệu hóa thực thi (bảo vệ chống tràn đệm) + Bus xử lý (phía trước) chạy 400MHz, 533MHz, 800MHz 1066MHz + Đơn vị logic số học (ALU) chạy với tần số gấp đôi tần số lõi xử lý + Công nghệ siêu đường ống (20 giai đoạn 31 giai đoạn) + Hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng tất xử lý 2,4 GHz nhanh chạy bus 800MHz tất xử lý 3.06 GHz nhanh chạy bus 533 MHz + Thực lệnh khơng theo thứ tự sâu + Dự đốn nâng cao + Bộ nhớ đệm 8KB 16KB L1 cộng với nhớ đệm theo dõi thực thi vi-op 12K + 256KB, 512KB 1MB nhớ đệm L2 tốc độ đầy đủ, tốc độ toàn lõi 256KB với khả kết hợp tám chiều + Bộ nhớ đệm L2 xử lý đến 4GB RAM hỗ trợ ECC + 2MB nhớ đệm L3 tốc độ đầy đủ, sẵn sàng (Extreme Edition) + SSE2 – SSE cộng với 144 hướng dẫn xử lý đồ họa âm (Williamette Northwood) + SSE3 – SSE2 cộng với 13 hướng dẫn xử lý đồ họa âm (Prescott) + Đơn vị dấu phẩy động nâng cao + Nhiều trạng thái công suất thấp b Công nghệ Intel Pentium IV: + Intel bỏ chữ số La Mã cho ký hiệu số Ả Rập tiêu chuẩn để xác định Pentium Bên trong, Pentium giới thiệu kiến trúc mà Intel gọi vi kiến trúc NetBurst, thuật ngữ tiếp thị thuật ngữ kỹ thuật Intel sử dụng NetBurst để mô tả công nghệ siêu phân luồng, công cụ thực thi nhanh chóng, bus hệ thống tốc độ cao (400MHz, 533MHz, 800MHz 1066MHz) nhớ đệm theo dõi thực thi Công nghệ siêu đường ống dẫn tăng gấp đôi gấp ba độ sâu đường ống dẫn lệnh so với Pentium III (hoặc Athlon / Athlon 64), có nghĩa cần có nhiều bước nhỏ để thực lệnh Mặc dù điều hiệu hơn, cho phép dễ dàng đạt tốc độ xung nhịp cao nhiều Cơng cụ thực thi nhanh chóng cho phép hai đơn vị logic số nguyên (ALU) chạy với tần số gấp đôi tần số lõi xử lý, có nghĩa lệnh thực thi nửa chu kỳ đồng hồ Bus hệ thống 400MHz / 533MHz / 800MHz / 1066MHz bus bốn bơm chạy đồng hồ hệ thống 100MHz / 133MHz / 200MHz / 266MHz truyền liệu bốn lần chu kỳ xung nhịp Bộ nhớ đệm theo dõi thực thi đệm cấp hiệu suất cao lưu trữ khoảng 12K hoạt động vi mô giải mã Điều loại bỏ giải mã lệnh khỏi đường dẫn thực thi chính, tăng hiệu suất Bộ nhớ đệm theo dõi thực thi đệm cấp hiệu suất cao lưu trữ khoảng 12K hoạt động vi mô giải mã Điều loại bỏ giải mã lệnh khỏi đường dẫn thực thi chính, tăng hiệu suất Bộ nhớ đệm theo dõi thực thi đệm cấp hiệu suất cao lưu trữ khoảng 12K hoạt động vi mô giải mã Điều loại bỏ giải mã lệnh khỏi đường dẫn thực thi chính, tăng hiệu suất + Trong vấn đề đáng ý bus xử lý tốc độ cao Về mặt kỹ thuật, bus xử lý bus bơm bốn lần 100MHz, 133MHz, 200MHz 266MHz, truyền bốn lần chu kỳ (4x), cho tốc độ hiệu dụng 400MHz, 533MHz, 800MHz 1066MHz Bởi bus rộng 64 bit (8 byte), điều dẫn đến tốc độ thông lượng 3200MBps, 4266MBps, 6400MBps 8532MBps + Trong kiến trúc nội đường ống 20 giai đoạn 31 giai đoạn Pentium 4, lệnh riêng lẻ chia thành nhiều phần so với vi xử lý trước Pentium III, làm cho điều gần giống xử lý RISC Thật khơng may, điều thêm vào số chu để thực lệnh chúng khơng tối ưu hóa cho xử lý Các điểm chuẩn ban đầu chạy phần mềm có cho thấy vi xử lý Pentium III AMD Athlon có dễ dàng bắt kịp chí vượt Pentium tác vụ cụ thể; nhiên, điều thay đổi ứng dụng biên dịch lại để hoạt động trơn tru với kiến trúc đường ống sâu Pentium 10 + Một lợi kiến trúc quan trọng khác công nghệ siêu phân luồng, tìm thấy tất vi xử lý Pentium 2,4GHz nhanh chạy bus 800MHz tất xử lý 3.06GHz nhanh chạy bus 533MHz Siêu phân luồng cho phép xử lý chạy đồng thời hai luồng, hoạt động thể hai xử lý thay + Pentium ban đầu sử dụng Socket 423, có 423 chân theo cách xếp SPGA 39x39 Các phiên sau sử dụng Socket 478; phiên gần sử dụng Socket T (LGA775), có thêm chân để hỗ trợ tính EM64T (phần mở rộng 64bit), Execute Disable Bit (bảo vệ chống lại cơng tràn đệm), Cơng nghệ ảo hóa Intel tính nâng cao khác Celeron chưa thiết kế để hoạt động Socket 423, phiên Celeron Celeron D có sẵn cho Socket 478 Socket T (LGA775), cho phép hệ thống chi phí thấp tương thích với Pentium Việc lựa chọn điện áp thực thông qua điều chỉnh điện áp tự động cài đặt bo mạch chủ có dây vào ổ cắm 11 Thông tin xử lý Intel Pentium Các loại biến thể Intel Pentium IV: a Intel Pentium Extreme Edition 12 Được giới thiệu lần đầu vào tháng 10 năm 2003, Pentium extreme edition ghi nhận xử lý máy để bàn có nhớ đệm L3 Đây phiên tân trang lại xử lý sever/workstation Xeon nhân Prestonia sử dụng nhớ đệm L3 từ tháng 10 năm 2002 Pentium 4EE có nhớ đệm L2 512Kb nhớ đệm L3 2MB, tăng số lượng bóng bán dẫn lên đến 178 triệu bóng Thơng số Bus speed 800MHz FSB (200MHz) 1066 MHz FSB (266MHz) Khn rộng làm quy trình 130 nanometer (0.13 mcron) 90 nanometer (0.09 micron) Loại chip tốn chi phí cao để sản xuất với giá bán cao ngất ngưởng thời minh chứng rõ ràng P4EE tạo nhằm mục đích hướng tới thị trường người tiêu dùng sẵn sàng chi khoản tiền thừa cho tốc độ cộng thêm phiên Bộ nhớ đệm bổ sung không hỗ trợ ứng dụng kinh doanh tiêu chuẩn hay trò chơi với mức đồ họa yêu cầu tiêu hao nhiều lượng b Intel Pentium Prescott (2004) Chỉ sau năm mắt P4EE, intel tung thị trường phiên Pentium prescott Được ví sửa đổi bổ sung P4EE Những vi xử lý tạo dựa quy trình 90 nanometer (0.09 micron) Pentium sử dụng nhân Prescott với nhớ đệm L2 từ - MB khơng cịn hỗ trợ nhớ đệm L3 cũ, số lượng bóng bán dẫn 125 triệu bóng Bus speed 533MHz FSB (133MHz) Có hai dạng socket 478 T với tốc độ xung nhịp từ 3.2GHz đến 3.4GHz socket 478 từ 3.4GHz đến 3.73GHz socket T (LGA 775) 13 c Intel Pentium D (2005) Nhãn hiệu Pentium D dùng để hai dòng chip xử lý hai nhân 64bit x86 với vi kiến trúc NetBurst Mỗi CPU bao gồm khuôn, khuôn chứa nhân đơn (CPU) – hai khn nằm kế bên – đóng gói đa xử lý Bộ xử lý mang nhãn hiệu này, có tên mã Smithfield, Intel phát hành vào ngày 25 tháng năm 2005 Chín tháng sau, Intel giới thiệu hệ cận, có tên mã Presler, khơng đưa nâng cấp đáng kể mặt thiết kế, hao tốn nhiều điện Đến năm 2005, xử lý NetBurst đạt đến ngưỡng xung đồng hồ GHz giới hạn độ nóng (và lượng) TPD 130 W Presler’s (TDP cao cần giải nhiệt nhiều ồn đắt tiền Tương lai phụ thuộc vào CPU hai nhân nhiều hơn, có tốc độ xung đồng hồ chậm lại hiệu đặt khn thay hai Khn đơi Presler’s phát hành lần cuối vào ngày tháng năm 2008 đánh dấu kết thúc nhãn Pentium D vi xử lý NetBurst d Intel Pentium Extreme Edition (2005) Pentium Extreme Edition phiên cao cấp Pentium D, với khác biệt Công nghệ HT hỗ trợ, cho phép nhân hai nhân xử lý cho tốc độ tốt với 14 ứng dụng đa luồng Không hỗ trợ công nghệ bước tốc độ Intel nâng cao (Enhanced Intel Speed Step Technology) Bao gồm hệ số nhân khơng khóa, cho phép vượt xung dễ dàng Kết thử nghiệm phần mền đồ họa 3D Alias WaveFront Maya 6.5 III CÔNG NGHỆ MỚI Hyper-Pipelined Technology - Công nghệ Siêu ống Là công nghệ giới thiệu Vi kiến trúc Netburst™ Intel Nó tăng gấp đơi "độ sâu" "ống" xử lý lệnh CPU so sánh với mơ hình Vi kiến trúc P6 sử dụng hệ CPU Pentium III Lệnh thực 20 giai đoạn (20 stages) vi kiến trúc Netburst, so với 10 giai đoạn vi kiến trúc P6 Ống lệnh dài giúp chip Pentium đạt mức xung nhịp cao Với CPU Pentium sử dụng 400Mhz System bus, tốc độ truyền nhận liệu vào-ra CPU 3.2GB giây so với tốc độ tương ứng 1.06GB/ Giây với hệ Pentium III sử dụng kênh truyền hệ thống 133Mhz (133Mhz system bus) 15 Trong CPU Pentium III pipeline có 10 stage (giai đoạn) Pentium IV có 20 stages Pentium IV với tên mã “Prescott” 90nm chí cịn có tới 31 stage Intel gọi công nghệ siêu ống lệnh (Hyper Pipelined Technology) Việc tăng độ dài pipeline hướng đến mục tiêu tăng xung nhịp Có nhiều giai đoạn đồng nghĩa với đơn vị chức cấu thành với số lượng transitor Và với transistor dễ dàng nâng cao xung nhịp 20 stage (giai đoạn) Pipeline Pentium IV: • Stage & - Trace cache next instruction pointer: tìm vi lệnh thực BTB (Branch Target Buffer) • Stage & - Trace cache fetch: nạp vi lệnh từ Trace Cache • Stage - Drive: gửi vi lệnh đến resource allocator mạch RAT • Stage - Allocate: kiểm tra tài nguyên CPU cần thiết cho việc thực lệnh Ví dụ nhớ dùng làm đệm • Stages & - Rename: chương trình sử dụng tám ghi chuẩn x86 đổi tên thành 128 ghi Pentium IV • Stage - Queue: vi lệnh đưa vào hàng đợi dành riêng cho loại (ví dụ: truy cập nhớ, xử lý số nguyên hay dấu 16 chấm động …) Lệnh nằm yên hàng đợi có chỗ trống tương ứng xuất scheduler • Stages 10, 11, 12 - Schedule: scheduler xếp lại lệnh nhằm giữ cho execution unit hoạt động Ví dụ, đơn vị xử lý dấu chấm động rảnh rỗi, scheduler lấy lệnh xử lý dấu chấm động để gửi cho đơn vị đó, lệnh chương trình lệnh xử lý số nguyên • Stages 13 & 14 - Dispatch: gửi vi lệnh tới Execution Unit tương ứng • Stages 15 & 16 - Register Files: đọc register file • Stage 17 - Execute: vi lệnh thực • Stage 18 - Flags: cờ vi lệnh cập nhật • Stage 19 - Branch Check: kiểm tra nhánh chương trình có với suy đốn mạch dự đốn rẽ nhánh hay khơng • Stage 20 - Drive: gửi kết việc kiểm tra tới Branch Target Buffer (BTB) Mặc dù lý thuyết, pipeline dài làm tăng hiệu năng, nhiên, bất chấp điều này, có nhiều stage khiến cho thời gian thực lệnh dài Thứ hai pipeline dài trở nên hiệu trường hợp đoán nhánh sai (branch prediction error) Sẽ nhiều thời gian để lấp đầy pipeline lần Intel triển khai vài biện pháp để bù lại mát hiệu trường hợp này, Execution Trace Cache Dynamic Execution Engine Thực tế Pentium IV nhanh Pentium III nhờ hoạt động mức xung nhịp cao Với mức xung nhịp, CPU Pentium III nhanh CPU Pentium IV nhờ kích thước pipeline Bởi hiệu pipeline kiến trúc Netburst, hệ vi xử lý thứ Intel (vi kiến trúc Core) quay trở lại với 17 kiến trúc Pentium M, kiến trúc dựa tảng kiến trúc hệ thứ thay tiếp tục phát triển hệ thứ (Netburst) Execution TraceCache Là nhớ đệm cấp (Level Execution Trace Cache) Bên cạnh 8KB nhớ đệm dùng để chứa liệu (data cache), Pentium có khả lưu trữ đến 12K vi lệnh giải mã (decoded microops) nhằm giúp tăng cường tốc độ thực thi lệnh CPU Rapid Execution Engine - Cơ chế thực thi (lệnh) nhanh chóng Điều thực dựa hai Đơn vị Luận lý Số học (Arithmetic Logical Unit - ALU) thiết kế bên Pentium Nó cho phép Pentium thực lệnh số học (cộng, trừ, nhân chia) luận lý (Và-And, Hoặc-Or ) với tốc độ gấp lần tần số xử lý xử lý Như CPU Pentium - 2.0Ghz (bus 400Mhz) có khả thực lệnh với tốc độ 4.0Ghz CPU Pentium - 2.53Ghz (bus533Mhz) thực với tốc độ 5.1Ghz Advanced Transfer Cache (ATC) Là nhớ nội cấp (L2 Cache) thiết kế bên Pentium ATC có hai loại: 512 KB L2 ATC với tốc độ CPU 2.8Ghz - 2.53Ghz - 2.40Ghz - 2.40(B)Ghz - 2.26Ghz - 2.20Ghz 2.0(A)Ghz 1.6(A)Ghz; 256 KB L2 ATC với tốc độ từ 1.2Ghz 2.0Ghz ATC cung cấp kênh truyền có thơng lượng cao (high data throughput channel) với "nhân CPU" (CPU core) ATC bao gồm giao diện 256-bit (32 byte) để truyền liệu đồng hồ nhân (core clock) Điều cho phép ATC (L2 Cache) hỗ trợ tốc độ cao gấp lần tốc độ truyền liệu L2 Cache sử dụng CPU Pentium III Ví dụ: CPU Pentium - 2.53Ghz có tốc độ truyền liệu lên tới 81GB/giây, so với tốc độ truyền liệu 16GB/giây Pentium III - 1.0 Ghz Out-Of-Order Execution 18 Nhân hỗ trợ Out-of-Order Execution xếp lại vi lệnh, cho phép lệnh (cùng với đầu vào tài nguyên hệ thống cần thiết) để thực thi tránh lãng phí thời gian Khi vi lệnh chờ cấp phát tài nguyên liệu, lệnh khác (thường buffer) chen vào thực thi Nhờ thực thi lệnh song song, khoảng trễ pipeline bị loại bỏ Nhân thực thi nhiều lệnh giai đoạn pipeline Sau in-order retirement unit tìm lệnh thực xong khơng cịn phụ thuộc liệu liên quan đến lệnh rẽ nhánh chưa hoàn tất để xử lý lưu kết nhớ theo trật tự ban đầu Branch Prediction (phỏng đốn nhánh) Kiến trúc NetBurst nhớ nhánh chương trình chạy, giúp làm giảm độ trễ trình nhảy nạp đầy ống lệnh, Các nhánh lưu giữ sở địa lệnh bên Branch Target Buffer (BTB) Bộ vi xử lý dự đốn nhánh tới trước lệnh rẽ nhánh thực Rapid Execution Engine Trong Pentium 4, có ALU (Arithmetic Logic Unit) hai AGU (Address Generation Unit) chạy với mức xung gấp đôi xung clock Rapid execution engine giới thiệu làm giảm độ trễ việc thực phép toán đơn giản Điều thực có ý nghĩa hiệu tốc độ vi xử lý phụ thuộc nhiều vào tính toán số nguyên ALU Quad Data Rate FSB Pentium truyền bốn lần liệu xung clock Công nghệ Quad Pumped hay gọi Quad Data Rate (QDR) QDR khiến cho xung nhịp hiệu dụng tăng lên gấp lần so với xung thực Nhờ CPU Pentium đạt đến 400Mhz System bus, tốc độ truyền nhận liệu vào-ra CPU 19 3.2GBps so với tốc độ tương ứng 1.06GBps Pentium III (133Mhz system bus) Enhanced Floating Point & Multimedia Unit Bộ xử lý Pentium mở rộng ghi dấu chấm động (floating-point register) lên tới 128-bit tạo thêm ghi mở rộng nhằm phục vụ việc di chuyển liệu Do vậy, khả xử lý ứng dụng dấu chấm động (tính tốn kết cấu, số liệu tài chính, số liệu khoa học…) truyền thơng đa phương tiện (dựng xử lý phim video, xử lý hình ảnh đồ họa…) tăng cường nhiều 10 Streaming SIMD Extension (SSE2) Instructions Là tập lệnh hỗ trợ đồ họa mở rộng thiết kế cho Pentium Vi kiến trúc Netburst (Netburst™ Microarchitecture) mở rộng khả xử lý theo kiểu cấu trúc SIMD cơng nghệ Intel® MMX™ SSE cách thêm vào 144 lệnh Các lệnh bao gồm tác vụ số nguyên SIMD 128-bit (128-bit SIMD integer arithmetic operations) tác vụ dấu chấm động (128-bit SIMD double-precision floating point operations) Các lệnh làm tối ưu hóa khả thực hịên ứng dụng phim video, xử lý âm - hình ảnh, mã hóa, tính tốn khoa học, kết nối mạng trực tuyến 11 Hyper Threading (siêu phân luồng) 20 Hyper threading công nghệ cho phép CPU vật lý hoạt động hệ điều hành hai CPU logic hoạt động song song Nó dựa nguyên tắc vào thời điểm có phần tài nguyên CPU sử dụng để thực thi lệnh tiến trình, phần chưa sử dụng dùng để thực thi tiến trình khác Trong CPU sử dụng công nghệ Hyper-Threading, CPU logic sở hữu tập ghi, kể ghi đếm chương trình PC riêng (separate program counter), CPU vật lý luân phiên giai đoạn tìm/giải mã hai CPU logic cố gắng thực thi thao tác từ hai chuỗi lệnh đồng thời theo cách hướng tới đơn vị thực thi sử dụng TỔNG KẾT IV Quá trình phát triển phiên CPU Intel Pentium trải qua giai đoạn sau: • • • • • CPU Intel Pentium I (1993-1997; 60-200 MHz) CPU Intel Pentium II (1997-1999; 233-450 MHz) CPU Intel Pentium III (1999-2001; 500 MHz-1,13 GHz) CPU Intel Pentium - giới thiệu vào năm 2000 (1,4-3,4 GHz) CPU Intel Pentium Extreme Edition - Intel giới thiệu vào năm 2003 dành cho game thủ người dùng cao cấp • CPU Intel Pentium D - Intel giới thiệu vào năm 2005, chip Pentium lõi kép Intel • Năm 2006, Intel cho mắt dịng CPU Intel Core làm chủ lực thay dòng CPU Intel Pentium Từ năm 2007 đến 2017, Intel cho nâng cấp phiên Intel Pentium có để phục vụ tệp khách hàng có nhu cầu sử dụng máy tính • Từ năm 2017 đến 2021, định hướng Intel dành cho CPU Intel Pentium tập trung phát triển cung cấp tới thị trường dòng chip Pentium Gold Pentium Silver Pentium Silver nhắm đến thiết bị 21 lượng thấp chia sẻ kiến trúc với dòng CPU Atom Celeron Trong Pentium Gold nhắm đến máy tính có câus hình tầm trung sử dụng kiến trúc có, dịng CPU Kaby Lake Coffee Lake • Trong năm 2021, bạn có nhu cầu sử dụng máy tính trang bị chip Intel Pentinum, bạn tìm mua sản phẩm thuộc dòng Intel Pentium Gold Intel Pentium Silver - hai dòng thuộc Intel Pentium Intel phát triển hỗ trợ thị trường Ưu điểm : CPU Intel Pentium có giá thành rẻ hiệu ổn định, có khả tương thích với nhiều board mạch chủ từ hãng khác Tuy nhiên Pentium giá thành rẻ nên dịng CPU khơng hỗ trợ số công nghệ đại Turbo Boost hay Hype Threading CPU Intel bước tăng tốc hiệu giữ mức giá phù hợp với việc nâng cấp Pentium lên hệ Haswell sản xuất quy trình 22 nm cho khả siêu tiết kiệm pin TDP 15 W hiệu xử lí tốt CPU Core i hệ cũ.Các phiên CPU Intel Pentium có hiệu ổn định Intel Pentium I (1993), Intel Pentium II (1997), Intel Pentium III (1999), Intel Pentium IV (2000), Pentium MMX (năm 1996) phiên cải tiến Pentium I với công nghệ MMX Intel phát triển để đáp ứng nhu cầu ứng dụng đa phương tiện truyền thông MMX kết hợp với SIMD (Single Instruction Multiple Data) cho phép xử lý nhiều liệu lệnh, làm tăng khả xử lý tác vụ đồ họa, đa phương tiện.Pentium II (năm 1997), phiên cải tiến từ Pentium Pro sử dụng dịng máy tính cao cấp, máy trạm (workstation) máy chủ (server) Pentium II có nhớ đệm L1 32KB, L2 512KB, tích hợp cơng nghệ MMX cải tiến giúp việc xử lý liệu video, audio đồ họa hiệu Pentium III (năm 1999) bổ sung 70 lệnh 22 (Streaming SIMD Extensions - SSE) giúp tăng hiệu suất hoạt động BXL tác vụ xử lý hình ảnh, audio, video nhận dạng giọng nói Ngồi Intel Pentium Extreme Edition với hiệu mạnh mẽ trang bị laptop cao cấp laptop gaming giúp người dùng yên tâm hiệu dòng CPU Hiện nay, phiên Intel Pentium Gold Intel Pentium Silver phiên phổ biến dòng CPU Nhược điểm: Giá so với hiệu suất vi xử lý Pentium đắt tiền P4s có tốc độ xung nhịp từ 1,3 GHz đến 1,8 GHz giá chúng từ $188 USD đến $562 USD Máy tính sử dụng vi xử lý P4 yêu cầu nhớ RAMBUS RDRAM có giá cao so với SDRAM thông thường (được sử dụng Pentium II, Pentium III, Celeron, Duron Athlon) Bộ vi xử lý Pentium tiêu thụ nhiều điện vi xử lý khác có hiệu tương tự Điều có nghĩa phải thực biện pháp đặc biệt để loại bỏ nhiệu xử lý tạo từ chip khỏi vỏ Ngoài ra, hệ thống máy tính sử dụng vi xử lý P4 yêu cầu nguồn lớn Các nguồn lớn làm tăng thêm chi phí cho hệ thống sở P4 Khi nhiệt tích tụ nhiệt độ khuôn tăng lên, cảm biến nhiệt độ giảm tốc độ xung nhịp để bảo vệ vi xử lý Trong hệ thống mà xử lý không làm mát thích hợp, xử lý khơng chạy xung nhịp thiết kế cao Để giữ cho xử lý mát mẻ, tản nhiệt lớn với quạt tích hợp thường sử dụng Trong ứng dụng nhỏ gọn máy tính di động điều khiển nhúng, quạt tản nhiệt lớn không phù hợp không gian hạn chế cần có vỏ kín Trong trường hợp này, cần đến ống dẫn nhiệt chí làm mát nén Cả hai có giá cao tản nhiệt Yêu cầu nguồn vi xử lý Pentium gây cố phía nguồn cung cấp Khi nguồn điện khơng 23 thể đáp ứng nhu cầu vi xử lý, mức điện áp giảm xuống Điều gây lỗi máy tính bị khóa Trong máy tính xách tay, pin khơng sử dụng lâu Các hệ thống máy tính có nguồn điện liên tục khơng có thời gian để hồn tất q trình tắt trước hết pin V • • • • NGUỒN TÀI LIỆU Những xử lý Intel Pentium (tranlegroup.com) Pentium – Wikipedia tiếng Việt Prescott trước sản phẩm (intel.com) Intel Pentium (Seventh-Generation) Processors | Microprocessor Types and Specifications | InformIT • The Microarchitecture of the Pentium Processor - Intel Corp 24 ... KẾT IV Quá trình phát triển phiên CPU Intel Pentium trải qua giai đoạn sau: • • • • • CPU Intel Pentium I (199 3-1 9 97; 6 0-2 00 MHz) CPU Intel Pentium II (19 9 7- 1999; 23 3-4 50 MHz) CPU Intel Pentium. .. 15 W hiệu xử lí tốt CPU Core i hệ cũ.Các phiên CPU Intel Pentium có hiệu ổn định Intel Pentium I (1993), Intel Pentium II (19 97) , Intel Pentium III (1999), Intel Pentium IV (2000), Pentium MMX... CPU Intel Pentium D - Intel giới thiệu vào năm 2005, chip Pentium lõi kép Intel • Năm 2006, Intel cho mắt dòng CPU Intel Core làm chủ lực thay dòng CPU Intel Pentium Từ năm 20 07 đến 20 17, Intel