Bài giảng môn Kỹ thuật vi xử lý: Chương 6

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG MÔN

KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ

CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

Giảng viên:

TS. Hoàng Xuân Dậu

Điện thoại/E-mail:

dauhoang@vnn.vn

Bộ môn:

Khoa học máy tính - Khoa CNTT1

Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ 1 năm học 2009-2010

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

NỘI DUNG

A. Giới thiệu các VXL dựa trên kiến trúc IA-32 và Intel 64

1. Các vi xử lý x86 (8086, 80286, 80386, 80486) 2. Các vi xử lý dòng Intel Pentium (Pen I, II, III, M v à IV) 3. Các vi xử lý dòng Xeon, Core và Atom B. Các kiến trúc & công nghệ VXL tiên tiến

4. Vi kiến trúc P6 5. Mô tơ thực thi không theo trật tự (Out of Order Execution) 6. Vi kiến trúc Intel NetBurst 7. Vi kiến trúc Intel Core 8. Vi kiến trúc Intel Atom 9. Tập lệnh SIMD 10. Công nghệ Hyper-Threading 11. Kiến trúc Intel 64 12. Công nghệ ảo hoá

Trang 2 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

1. Các vi xử lý x86 - 8086

(cid:61558) 8086 là VXL đầu tiên của kiến

trúc IA-32

(cid:61558) Thanh ghi 16 bits (cid:61558) Bus: data bus 16-bit; address

bus 20-bit

(cid:61558) Không gian bộ nhớ max: 1MB (cid:61558) Bộ nhớ được phân đoạn

(segmentation): mỗi đoạn có kích thước 64KB. (cid:61558) Địa chỉ logic ô nhớ:

Segment : Offset Địa chỉ đoạn : địa chỉ lệch

Trang 3 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

1. Các vi xử lý x86 - 80286

(cid:61558) Data bus 16-bit, address bus

24-bit

(cid:61558) Không gian bộ nhớ max:

16MB

(cid:61558) Hỗ trợ quản lý bộ nhớ ảo (cid:61558) Hỗ trợ hoạt động ở chế độ bảo

vệ (protected mode). (cid:61558) Các cơ chế bảo vệ:

(cid:61607) Kiểm tra giới hạn đoạn (cid:61607) Lựa chọn Read-only và

Execute-only (cid:61607) 4 mức đặc quyền

Trang 4 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

1. Các vi xử lý x86 - 80386

(cid:61558) Là VXL 32-bit đầu tiên của dòng kiến trúc

IA-32

(cid:61558) Sử dụng các thanh ghi 32 bits (cid:61558) Data bus 32-bit, address bus 32-bit (cid:61558) Không gian bộ nhớ max: 4GB (cid:61558) Tương thích tốt với các VXL 8086 và 286 (cid:61558) Hỗ trợ thực hiện lệnh song song (cid:61558) Hỗ trợ các phương thức quản lý bộ nhớ: (cid:61607) Phân đoạn (Segment Memory Model) (cid:61607) Phân trang (Page Memory Model) (cid:61607) Tuyến tính (Flat Memory Model)

Trang 5 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

1. Các vi xử lý x86 - 80486

(cid:61558) Hỗ trợ thực hiện lệnh song song

tốt hơn 386.

(cid:61558) Việc thực hiện lệnh được chia thành 5 giai đoạn: 5 lệnh chạy song song trong pipeline (cid:61558) Tích hợp cache L1 8KB (cid:61558) Tích hợp đồng xử lý số thực 487 (cid:61558) Tích hợp khả năng quản lý nguồn

và quản lý hệ thống

Trang 6 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

2. Các vi xử lý Pentium I

(cid:61558) Hỗ trợ 2 ống lệnh: u và v pipes, có thể thực hiện 2 lệnh/1 chu kỳ đồng hồ

(cid:61558) Tích hợp 8KB cache L1 cho mã l ệnh

và 8KB cache L1 cho dữ liệu (cid:61558) Tích hợp khả năng dự đoán rẽ

nhánh

(cid:61558) Đường dữ liệu trong 128 và 256 bits (cid:61558) Bus dữ liệu ngoài có thể tăng lên 64

bits

(cid:61558) Hỗ trợ công nghệ MMX (sử dụng

SIMD)

Trang 7 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

2. Các vi xử lý Pentium II

(cid:61558) Hỗ trợ công nghệ MMX

cải tiến

(cid:61558) Tích hợp 16KB cache L1 cho mã lệnh và 16KB cache L1 cho dữ liệu (cid:61558) Tích hợp cache L2 với

nhiều lựa chọn: 256, 512 và 1MB

(cid:61558) Hỗ trợ tính năng quản lý

nguồn nâng cao

(cid:61558) Sử dụng khe cắm kiểu

Slot 1

Trang 8 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

2. Các vi xử lý Pentium III

(cid:61558) Giới thiệu tập lệnh SSE

(Streaming SIMD Extensions): (cid:61607) Hỗ trợ tập các thanh ghi

128 bit

(cid:61607) Tăng tốc các lệnh đồ

hoạ 3D

(cid:61558) Tần số làm việc từ 450MHz – 1.4GHz (cid:61558) Tích hợp 2 mức cache (cid:61558) Sử dụng khe cắm kiểu

Socket 370

Trang 9 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

2. Các vi xử lý Pentium IV

(cid:61558) Dựa trên vi kiến trúc Intel

NetBurst

(cid:61558) Hỗ trợ các tập lệnh tiên tiến

SSE, SSE2, SSE3

(cid:61558) Một số phiên bản Pentium 4 mới hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng (hyper- threading)

(cid:61558) Các phiên bản Pentium 4 672 và 662 hỗ trợ công nghệ ảo hoá (Virtualization Technology).

Trang 10 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

2. Các vi xử lý Pentium M

(cid:61558) Là VXL được thiết kế cho các

máy tính xách tay: tiêu thụ điện năng thấp, hiệu cao

(cid:61558) Các tính năng tiên tiến của

Pentium M: (cid:61607) Thực thi động (Dynamic

execution)

(cid:61607) On-chip 32K data L1 cache, 32K instruction L1 cache (cid:61607) On-chip L2 cache - đến 2MB (cid:61607) Advanced Branch Prediction and Data Prefetch Logic (cid:61607) Hỗ trợ các tập lệnh MMX,

SSE và SSE2

(cid:61607) Công nghệ quản lý nguồn tiên

tiến Intel Speedstep

Trang 11 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

3. Các vi xử lý dòng Xeon

(cid:61558) Được thiết kế riêng cho các máy chủ nhiều CPU có hiệu năng cao

(cid:61558) Các VXL Intel Xeon dựa trên vi kiến trúc Intel P6, NetBurst và Core

(cid:61558) Dòng Intel Xeon MP hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng (hyper- threading)

(cid:61558) Dòng Intel Xeon 5100 dựa trên vi kiến trúc Core và Intel 64 tiết kiệm năng lượng và cho hiệu năng cao. Đồng thời nó cũng hỗ trợ công nghệ ảo hoá (Virtualization Technology).

Trang 12 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

3. Các vi xử lý dòng Core Duo & Core Solo

(cid:61558) Dựa trên vi kiến trúc Core. Core Solo đơn nhân có nhiều cải tiến so với Pentium M. (cid:61558) Các tính năng tiên tiến:

(cid:61607) Smart Cache cho phép chia sẻ

dữ liệu giữa 2 nhân

(cid:61607) Cải tiến pha giải mã và thực

hiện các lệnh SIMD

(cid:61607) Các công nghệ giảm tiêu hao

điện: Dynamic Power Coordination và Enhanced Intel Deeper Sleep

(cid:61607) Intel Advanced Thermal

Manager sử dụng các sensor số

Trang 13 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

3. Các vi xử lý dòng Atom

(cid:61558) Dựa trên vi kiến trúc Atom và

công nghệ 45nm.

(cid:61558) Vi kiến trúc Atom tối ưu hoá cho các thiết bị có kích thước nhỏ và tiêu thụ ít năng lượng (cid:61558) Các đặc điểm tiên tiến:

(cid:61607) Enhanced SpeedStep

Technology

(cid:61607) Deep Power Down

Technology with Dynamic Cache Sizing

(cid:61607) Intel Virutalization Technology (cid:61607) Intel 64 architechure

Trang 14 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

4. Vi kiến trúc P6

Trang 15 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

4. Vi kiến trúc P6

(cid:61558) Vi kiến trúc P6 đầu tiên được sử dụng trong Pentium Pro (sau Pen I). Sau đó kiến trúc này được tích hợp thêm cache L2 (còn gọi là Advanced Transfer Cache)

(cid:61558) Vi kiến trúc P6 hỗ trợ ống lệnh siêu vô hướng có khả

năng thực hiện trung bình 3 lệnh/CK đồng hồ.

(cid:61558) Ống lệnh của P6 gồm 12 giai đoạn có hỗ trợ thực hiện

lệnh không theo trật tự (out-of-order execution).

(cid:61558) P6 hỗ trợ 2 mức cache:

(cid:61607) Cache L1 gồm 2 phần: 8K cache lệnh và 8K cache dữ liệu

được kết nối trực tiếp với ống lệnh

(cid:61607) Cache L2 có thể là 256K, 512K hoặc 1MB kết nối với nhân

CPU nhờ bus 64 bits

Trang 16 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

4. Vi kiến trúc P6

(cid:61558) Hạt nhân của vi kiến trúc P6 là cơ chế thực hiện lệnh

không theo trật tự (out-of-order execution) hay còn g ọi là thực thi động (dynamic execution). (cid:61558) Cơ chế thực thi động gồm 3 phần:

1. Deep Branch Prediction: cho ph ép VXL giải mã các lệnh bên ngoài cách lệnh rẽ nhánh giúp cho ống lệnh luôn được điền đầy. P6 được tích hợp các thuật toán dự đoán rẽ nhánh được tối ưu hoá ở mức cao để dự đoán hướng thực hiện của lệnh;

2. Dynamic data flow analysis: yêu c ầu phân tích luồng dữ liệu chuyển qua VXL theo thời gian thực để xác định các phụ thuộc và khả năng thực hiện các lệnh không theo trật tự;

Trang 17 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

4. Vi kiến trúc P6

(cid:61558) Cơ chế thực thi động gồm 3 phần:

3. Speculative execution:

• VXL có khả năng thực hiện các lệnh bên ngoài một lệnh rẽ nhánh

có điều kiện chưa được thực hiện xong;

• Sau đó hệ thống sẽ lưu kết quả của lệnh theo trật tự ban đầu của

các lệnh

• P6 thực hiện Speculative execution b ằng cách: – Tách việc thực hiện lệnh khỏi việc xử lý kết quả – Sử dụng kết quả phân tích luồng dữ liệu để thực hiện tất cả các lệnh

sắn có và lưu kết quả vào các thanh ghi tạm thời

– Khối Retirement Unit sẽ tìm các lệnh đã thực hiện xong và không còn phụ thuộc dữ liệu cũng như liên quan đến các lệnh rẽ nhánh chưa hoàn thất để xử lý và lưu kết quả ra bộ nhớ theo trật tự ban đầu của nó.

Trang 18 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

5. Mô tơ thực thi không theo trật tự

Trang 19 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

6. Vi kiến trúc Intel NetBurst

Trang 20 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

6. Vi kiến trúc Intel NetBurst

(cid:61558) The Rapid Execution Engine

(cid:61607) Các ALU chạy với tốc độ gấp đôi tần số của CPU (cid:61607) Các lệnh cơ sở với số nguyên có thể được thực hiện trong ½ CK

đồng hồ

(cid:61558) Hyper-Pipelined Technology

(cid:61607) Ống lệnh dài cho phép CPU hoạt động với xung nhịp rất cao (cid:61607) Có khả năng mở rộng tốt trong tương lai

(cid:61558) Advanced Dynamic Execution

(cid:61607) Deep, out-of-order, speculative execution engine

• Tối đa 126 lệnh được xử lý đồng thời • Tối đa nạp đồng thời 48 lệnh, lưu được 24 lệnh (cid:61607) Khả năng dự đoán rẽ nhánh được cải tiến

• Giảm được penalty khi đoán sai - điều thường gặp với các ống lệnh dài

(nhiều giai đoạn)

• Sử dụng thuật toán dự đoán rẽ nhánh tiên tiến • Mảng lưu các đích rẽ nhánh chứa được 4K phần tử

Trang 21 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

6. Vi kiến trúc Intel NetBurst

(cid:61558) Hệ thống cache mới

(cid:61607) Cache L1 (64 bytes/line)

• Advanced Execution Trace Cache lưu c ác lệnh đã giải mã • Execution Trace Cache tri ệt tiêu trễ giải mã trong vòng lặp thực hiện

lệnh

• Độ trễ rất thấp

(cid:61607) Cache L2 (64 bytes/line)

• Cache L2 còn gọi là Advance Transfer Cache 8 đường được tích hợp

trên chip

• Băng thông và hiệu năng tăng theo tần số làm việc của CPU

(cid:61558) Hệ thống bus mới

(cid:61607) Hỗ trợ quad-pumped, cho phép đạt tốc độ truyền dẫn đến 4

lần tốc độ hiệu dụng

(cid:61607) Có khả năng đạt băng thông 8,5GB/s

Trang 22 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

6. Vi kiến trúc Intel NetBurst

(cid:61558) Kiến trúc siêu vô hướng tăng tốc xử lý song song tốt hơn (cid:61558) Mở rộng tập thanh ghi phần cứng sử dụng với kỹ thuật đổi tên thanh ghi (cid:61664) giảm các hạn chế với không gian tên của thanh ghi.

(cid:61558) NetBurst Out-Of-Order Execution Core

(cid:61607) Cung cấp khả năng thực hiện các lệnh không theo trật tự (cid:61664)

nâng cao khả năng xử lý song song

(cid:61607) Các lệnh có thể được sắp xếp lại sao cho nếu một vi thao tác

bị trễ thì các vi thao tác khác sẽ được thay thế thực hiện (cid:61607) CPU sử dụng một số bộ đệm để lưu luồng các vi thao tác (cid:61607) Có khả năng tiếp nhận để thực hiện đồng thời đến 6 vi thao

tác trong 1 CK đồng hồ.

Trang 23 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

6. Vi kiến trúc Intel NetBurst

(cid:61558) Retirement Unit

(cid:61607) Retirement Unit tiếp nhận các kết quả từ các vi thao tác đã

được thực hiện

(cid:61607) Xử lý và cập nhật các kết quả theo trật tự ban đầu của

chương trình.

(cid:61607) Bộ phận Reorder Buffer lưu to àn bộ các vi thao tác đã được

thực thi và cập nhật trật tự của chúng.

(cid:61607) Retirement Unit cũng lưu vết các lệnh rẽ nhánh và gửi các

thông tin cập nhật về đích rẽ nhánh đến BTB.

Trang 24 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

7. Vi kiến trúc Intel Core

Trang 25 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

7. Vi kiến trúc Intel Core

(cid:61558) Intel Wide Dynamic Execution

(cid:61607) Ống lệnh 14 giai đoạn (cid:61607) 3 ALU (cid:61607) 4 bộ giải mã có khả năng giải mã đến 5 lệnh/1 CK đồng hồ (cid:61607) Macro-fusion và micro-fusion nhằm cải thiện thông lượng (cid:61607) Có khả năng tiếp nhận thực thi đến 6 vi thao tác/1 CK đồng

hồ

(cid:61607) Retirement Unit có khả năng xử lý đến 4 vi thao tác/1 CK

đồng hồ

(cid:61607) Dự đoán rẽ nhánh tiên tiến

Trang 26 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

7. Vi kiến trúc Intel Core

(cid:61558) Intel Advanced Smart Cache

(cid:61607) Cache L2 có dung lượng đến 4MB với 16 đường kết hợp (cid:61607) Tối ưu hoá truy nhập cho nhiều nhân và các môi trường thực

thi đơn luồng

(cid:61607) Sử dụng bus 256 bit cho trao đổi dữ liệu giữa cache L2 và L1

(cid:61558) Smart Memory Access

(cid:61607) Sử dụng các kỹ thuật đọc trước từ bộ nhớ để giảm miss cho

cache khi lệnh được thực thi không theo trật tự:

• Đọc trước sử dụng phần cứng để giảm trễ trong trường hợp gặp miss ở

cache L2

• Đọc trước sử dụng phần cứng để giảm trễ trong trường hợp gặp miss ở

cache L1

• Sử dụng kỹ thuật Memory disambiguation cho ph ép nâng cao hiệu quả

của mô tơ thực thi speculative execution.

Trang 27 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

7. Vi kiến trúc Intel Core

(cid:61558) Advanced Digital Media Boost

(cid:61607) Có khả năng thực hiện các lệnh hầu hết các lệnh SIMD 128

bits trong 1 CK đồng hồ

(cid:61607) Có khả năng thực hiện đến 8 thao tác dấu phảy động trong 1

CK đồng hồ

(cid:61607) Cung cấp 3 cổng tiếp nhận các lệnh SIMD để thực hiện.

Trang 28 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

7. Vi kiến trúc Intel Core

(cid:61558) The Front-End:

(cid:61607) Khối giải mã có khả năng giải mã 4 lệnh trong 1 CK đồng hồ

hoặc lệnh trong 1 CK đồng hồ sử dụng macrofusion

(cid:61607) Macrofusion kết nối phần chung của 2 lệnh thành một lệnh đã

giải mã(cid:61664) tăng thông lượng giải mã

(cid:61607) Đơn vị đọc lệnh đọc trước lệnh vào hàng đợi (cid:61664) luôn cung cấp

đủ lệnh cho bộ giải mã

(cid:61607) Microfusion kết nối phần chung của 2 vi thao tác thành một vi

thao tác (cid:61664) tăng thông lượng của Retirement Unit

(cid:61607) Bộ phận dự đoán rẽ nhánh sử dụng phần cứng cho phép xử

lý nhiều dạng rẽ nhánh và nâng cáo hiệu quả dự đoán

(cid:61607) Thuật toán dự đoán rẽ nhánh hướng dẫn đơn vị đọc lệnh đọc

các lệnh có khả năng được thực hiện cao để giải mã.

Trang 29 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

7. Vi kiến trúc Intel Core

(cid:61558) The Execution Core:

(cid:61607) Có khả năng tiếp nhận & thực thi đến 6 vi thao tác trong 1

CK đồng hồ

(cid:61607) Retirement Unit có khả năng xử lý đến 4 lệnh trong 1 CK

đồng hồ

(cid:61607) 3 ALU (cid:61607) 3 cổng tiếp nhận các lệnh SIMD (cid:61607) Có khả năng thực hiện các lệnh hầu hết các lệnh SIMD 128

bits trong 1 CK đồng hồ

(cid:61607) Có khả năng thực hiện đến 8 thao tác dấu phảy động trong

1 CK đồng hồ

(cid:61607) Giảm thời gian trễ truy nhập bộ nhớ sử dụng Smart Memory

Access

Trang 30 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

8. Vi kiến trúc Atom

Trang 31 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

8. Vi kiến trúc Atom

(cid:61558) Vi kiến trúc Atom được tối ưu hoá cho hiệu năng và tiết kiệm điện năng cho các hệ thống đơn và đa luồng sử dụng các kỹ thuật: (cid:61607) Advanced Micro-Ops Execution (cid:61607) Intel Smart Cache (cid:61607) Efficient Memory Access (cid:61607) Intel Digital Media Boost (cid:61607) Intel Virtual Technology

(cid:61558) Atom được sử dụng phổ biến trong các thiết bị “siêu di

động” như netbook.

Trang 32 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

9. Tập lệnh SIMD

(cid:61558) SIMD – Single Instruction Multiple Data b ắt đầu được sử dụng trong các CPU kể từ Pentium II và Pentium II MMX phục vụ các ứng dụng đồ hoạ

(cid:61558) SIMD có nhiều mở rộng: MMX, SSE (Streaming SIMD

Extensions), SSE2, SSE3, SSSE3 (Supplemental SSE3) v à SSE4

(cid:61558) Các lệnh SIMD với số nguyên sử dụng các thanh ghi 64-bit

MMX hoặc 128-bit XMM

(cid:61558) Các lệnh SIMD với số thực sử dụng các thanh ghi 128-bit

XMM.

Trang 33 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

9. Tập lệnh SIMD

(cid:61558) Các lệnh MMX có thể xử lý hiệu quả các mảng hoặc các

luồng số nguyên

(cid:61558) Các lệnh SSE có thể xử lý cả số nguyên và số thực. Chúng có thể được sử dụng hiệu quả trong các ứng dụng 3-D hoặc nén và giải nén hình ảnh

(cid:61558) SSE2 mở rộng khả năng của SSE - hỗ trợ các lệnh số

nguyên với các thanh ghi XMM 128 bits.

(cid:61558) SSE3, SSE4 cung cấp các lệnh xử lý hiệu quả các số thực

dấu phảy động.

Trang 34 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

10. Công nghệ Hyper-Threading

(cid:61558) Hyper-Threading Technology (HT Techn ology ) được phát triển để cải thiện hiệu năng cho các VXL dựa trên kiến trúc IA-32 khi sử dụng với: (cid:61607) Các HĐH đa luồng (multi-threaded) (cid:61607) Các ứng dụng đơn luồng chạy trong môi trường đa nhiệm (cid:61558) HT Technology cho phép một CPU vật lý hai hay nhiều

luồng mã lệnh đồng thời sử dụng các tài nguyên chia sẻ. (cid:61558) Mỗi luồng có thể coi như 1 CPU logic với đầy đủ tập các thanh ghi của nó: thanh ghi dữ liệu, đoạn, điều khiển và debug.

Trang 35 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

10. Công nghệ Hyper-Threading

Trang 36 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

11. Kiến trúc Intel 64

(cid:61558) Không gian địa chỉ:

(cid:61607) 64 bits không gian địa chỉ tuyến tính cho phần mềm (cid:61607) 40 bits không gian địa chỉ vật lý

(cid:61558) Hỗ trợ 2 chế độ hoạt động:

(cid:61607) Chế độ tương thích: cho phép HĐH 64-bit chạy các ứng

dụng 32 bit

(cid:61607) Chế độ 64 bits: cho phép HĐH 64-bit chạy các ứng dụng 64

bits

Trang 37 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

12. Công nghệ ảo hoá

(cid:61558) Công nghệ ảo hoá (Virtualization Technology):

(cid:61607) Là sự kết hợp của các công nghệ phần cứng và phần mềm để tạo ra

các máy ảo (Virtual Machines (VMs));

(cid:61607) Cho phép trừu tượng hoá phần cứng để một máy tính có thể hoạt

động giống như có nhiều máy tính (cid:61558) Ưu điểm của công nghệ ảo hoá:

(cid:61607) Giảm số máy vật lý, nhưng vẫn đảm bảo số nền tảng đa dạng theo

yêu cầu;

(cid:61607) Tiết kiệm không gian vật lý, điện năng và các tiện ích phục vụ khác; (cid:61607) Hữu ích trong việc phát triển và kiểm thử phần mềm – cần nhiều môi

trường để test;

(cid:61607) Hỗ trợ việc cân bằng tải động và khôi phục sau sự cố; (cid:61607) Tạo nhiều desktops ảo trên một máy vật lý.

Trang 38 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

12. Công nghệ ảo hoá

Trang 39 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

12. Công nghệ ảo hoá

(cid:61558) Virtual Machine Monitor (VMM)

(cid:61607) VMM là thành phần trung tâm của công nghệ ảo hoá (cid:61607) Điểm khó khăn nhất trong thiết kế VMM là vấn đề điểu khiển

sử dụng tài nguyên vật lý một cách hiệu quả:

• Vấn đề ánh xạ bộ nhớ • Vấn đề ánh xạ các thiết bị vào ra (cid:61558) Hỗ trợ ảo hoá của Intel CPU giúp cho: (cid:61607) Giảm tải cho các thao tác của VMM (cid:61607) Tăng tốc và năng lực của VMM (cid:61607) Giảm độ phức tạp khi phát triển VMM

Trang 40 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN