Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý - Chương 1: Tổng quan về vi xử lý và hệ vi xử lý

ng suất vi xử lý:
 Độ dài từ dữ liệu (data word length):
• Phụ thuộc vào thế hệ vi xử lý: 4, 8, 16, 32 và 64 bits
• Độ rộng của các thanh ghi, bus trong, bus ngoài thường bằng độ dài của
từ dữ liệu
• Độ dài từ xử lý lớn -> tăng khả năng biểu diễn dữ liệu, tăng tốc độ tính
toán.
 Khả năng đánh địa chỉ (addressing capacity):
• Quyết định dung lượng bộ nhớ mà vi xử lý có thể đánh địa chỉ
• Khả năng đánh địa chỉ của vi xử lý theo số bit địa chỉ
• Ví dụ:
– Hệ thống có 8 bít địa chỉ có thể quản lý được 28 = 256 ô nhớ
– Hệ thống có 16 bít địa chỉ có thể quản lý được 216 = 65536 = 64K ô nhớ
– Hệ thống có 32 bít địa chỉ có thể quản lý được 232 = 4GB ô nhớ
5BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 17
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Các đặc điểm cấu trúc của vi xử lý
 Công suất vi xử lý:
 Tốc độ xử lý lệnh (instruction execution speed):
• Thường được đo bằng tốc độ thực hiện :
– Triệu lệnh dấu phẩy động (MFLOPS – Millions of Floating Point Operations
Per Second, hoặc
– Triệu lệnh/giây (MIPS - Millions of Instructions Per Second).
• MIPS được tính theo kiến trúc von-Neumann:
MIPS = (f x N) / (M + T)
Trong đó:
f- tần số làm việc của bộ vi xử lý
N- số lượng các bộ ALU độc lập trong vi xử lý
M- số lượng các vi lệnh (microinstructions) trung bình của một lệnh của vi
xử lý (thông thường 4-7 vi lệnh/lệnh)
T- hệ số thời gian truy cập bộ nhớ
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 18
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Các đặc điểm cấu trúc của vi xử lý
 Các đặc tính nâng cao:
 Xử lý song song (parallel processing):
• Kết hợp nhiều vi xử lý trong một máy tính
• Tăng tốc độ xử lý dữ liệu, đặc biệt với các hệ thống máy chủ
 Đồng xử lý (co-processing):
• Sử dụng bộ đồng xử lý để tăng tốc độ: chuyên tính toán số dấu phảy
động (đến 386). Các bộ đồng xử lý kết nối với vi xử lý thông qua bus hệ
thống
• Các module xử lý dấu phảy động được tích hợp vào vi xử lý trong các vi
xử lý hiện đại
 Kỹ thuật lưu khay (cache)
• Bộ nhớ được tổ chức theo mô hình phân cấp
• Tăng được tốc độ, giảm giá thành
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 19
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Các đặc điểm cấu trúc của vi xử lý
 Các đặc tính nâng cao:
 Kỹ thuật đường ống (pipelining): là khả năng xử lý đồng thời
nhiều lệnh.
• Một lệnh được chia làm nhiều bước
• Các bước của nhiều lệnh được thực hiện xen kẽ nhau tại các bộ phận
khác nhau của vi xử lý
• Siêu đường ống: hyper-pipelining: nhiều đường ống
 Bus rộng: tăng tốc độ xử lý nhờ tăng độ dài từ dữ liệu xử lý
Kỹ thuật đường ống
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 20
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1970, Intel cho ra đời
chip vi xử lý đầu tiên 4004:
 Độ dài từ xử lý: 4 bit
 Bus dữ liệu 4 bit, bus địa
chỉ 12 bit (dùng chung với
bus dữ liệu)
 Kích thước 24mm2, 16
chân, chứa 2250 transitors
6BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 21
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1972, Intel cho ra đời
chip vi xử lý 8008:
 Độ dài từ xử lý: 8 bit
 Bus dữ liệu 8 bit, bus địa
chỉ 14 bit (dùng chung với
bus dữ liệu)
 Tần số làm việc 300KHz,
18 chân, chứa 3300
transitors
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 22
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1976, Zilog cho ra
đời chip vi xử lý Z80:
 Độ dài từ xử lý: 8 bit
 Bus dữ liệu 8 bit, bus địa
chỉ 16 bit (dùng chung
với bus dữ liệu)
 Tần số làm việc 2.5, 4,
6, 8 và 10MHz; 40 chân
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 23
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1978, Intel cho ra
đời chip vi xử lý 8086:
 Độ dài từ xử lý: 16 bit
 Bus dữ liệu 16 bit, bus
địa chỉ 20 bit (dùng
chung với bus dữ liệu)
 Tần số làm việc 5-
10MHz, 40 chân
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 24
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1982, Motorola cho
ra đời chip vi xử lý
MC68020:
 Độ dài từ xử lý: 32 bit
 Bus dữ liệu 32 bit, bus
địa chỉ 32 bit
 Tần số làm việc 16.67-
33.33 MHz
7BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 25
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1982, Intel cho ra
đời chip vi xử lý 80286:
 Độ dài từ xử lý: 16 bit
 Bus dữ liệu 16 bit, bus
địa chỉ 24 bit (dùng
chung với bus dữ liệu)
 Bộ nhớ max: 16MB
 Tần số làm việc 6-
25MHz
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 26
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1985, Intel cho ra
đời chip vi xử lý 80386:
 Độ dài từ xử lý: 32 bit
 Bus dữ liệu 32 bit, bus
địa chỉ 32 bit (dùng
chung với bus dữ liệu)
 Bộ nhớ max: 4GB
 Tần số làm việc 16-
33MHz
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 27
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1989, Intel cho ra
đời chip vi xử lý 80486:
 Độ dài từ xử lý: 32 bit
 Bus dữ liệu 32 bit, bus
địa chỉ 32 bit (dùng
chung với bus dữ liệu)
 Bộ nhớ max: 4GB
 Tần số làm việc 25-
100MHz
 Tích hợp cache L1 8K
 Tích hợp đồng xử lý số
thực 80487.
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 28
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1993, Intel cho ra
đời chip vi xử lý Pentium:
 Độ dài từ xử lý: 32 bit
 Bus dữ liệu 32 bit, bus
địa chỉ 32 bit (dùng
chung với bus dữ liệu)
 Bộ nhớ max: 4GB
 Tần số làm việc 60, 75,
90, 120MHz
 Tích hợp cache I-L1 8K
và D-L1 8K
 Hỗ trợ tập lệnh xử lý
multimedia MMX.
8BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 29
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1997, Intel cho ra
đời chip vi xử lý Pentium
II:
 Tần số làm việc 233-
450MHz
 Tích hợp cache I-L1 16-
32K và D-L1 16-32K
 Tích hợp cache L2 256-
512K
 Sử dụng khe cắm kiểu
slot I.
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 30
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 1999, Intel cho ra
đời chip vi xử lý Pentium
III:
 Tần số làm việc
450MHz-1.4GHz
 Tích hợp cache L1, L2
 Giới thiệu tập lệnh SSE
(Streaming SIMD
Extensions)
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 31
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 2000, Intel cho ra đời chip vi xử lý Pentium IV:
 Tần số làm việc 1.5-3.8GHz, công nghệ 180-130nm
 Hỗ trợ các tập lệnh tiên tiến SSE, SSE2, SSE3
 Một số phiên bản mới nhất hỗ trợ công nghệ siêu phân
luồng và ảo hoá.
Pentium IV
socket 478
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 32
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
Pentium IV socket 775
9BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 33
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 2003, Intel cho ra đời
chip vi xử lý Pentium M:
 Công nghệ 130-90nm
 Tần số làm việc 900MHz-
2.26GHz
 Thiết kế dành riêng cho máy
xách tay
 Cache L1 32K, L2 đến 2MB
 Hỗ trợ các tập lệnh tiên tiến
MMX, SSE, SSE2
 Công nghệ quản lý nguồn
tiên tiến Intel Speedstep
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 34
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 2006, Intel cho ra đời
các chip vi xử lý dựa trên vi
kiến trúc Core và Core 2:
 Công nghệ 65nm
 Hỗ trợ các tập lệnh tiên tiến
MMX, SSE, SSE2, SSE3,
SSE4
 Cache lớn và thông minh
 Nhiều nhân/lõi
 Công nghệ tiết kiệm điện
năng Dynamic Power
Coordination và Enhanced
Intel Deeper Sleep
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 35
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Năm 2008, Intel cho ra đời vi
xử lý Atom:
 Công nghệ 45nm
 Vi kiến trúc Atom tối ưu hoá
cho các thiết bị có kích thước
nhỏ và tiêu thụ ít năng lượng
 Enhanced SpeedStep
Technology
 Deep Power Down
Technology with Dynamic
Cache Sizing
 Intel Virutalization
Technology
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU
BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
Trang 36
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ
Lịch sử phát triển VXL
 Tháng 11.2008, Intel cho ra
đời vi xử lý dựa trên vi kiến
trúc Intel Core i7:
 Công nghệ 45nm
 Kiến trúc 64 bít
 Tích hợp 4 nhân, hỗ trợ 2
luồng ảo/nhân
 8MB Smart Cache L2
 Tần số làm việc: 1.6-3.47GHz