Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý - Chương 6: Các vi xử lý và công nghệ tiên tiến

 CNTT1
Trang 23
CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
6. Vi kiến trúc Intel NetBurst
 Kiến trúc siêu vô hướng tăng tốc xử lý song song tốt hơn
Mở rộng tập thanh ghi phần cứng sử dụng với kỹ thuật đổi
tên thanh ghi  giảm các hạn chế với không gian tên của
thanh ghi.
 NetBurst Out-Of-Order Execution Core
 Cung cấp khả năng thực hiện các lệnh không theo trật tự 
nâng cao khả năng xử lý song song
 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
 CPU sử dụng một số bộ đệm để lưu luồng các vi thao tác
 Có khả năng tiếp nhận để thực hiện đồng thời đến 6 vi thao
tác trong 1 CK đồng hồ.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
6. Vi kiến trúc Intel NetBurst
 Retirement Unit
 Retirement Unit tiếp nhận các kết quả từ các vi thao tác đã
được thực hiện
 Xử lý và cập nhật các kết quả theo trật tự ban đầu của
chương trình.
 Bộ phận Reorder Buffer lưu toàn bộ các vi thao tác đã được
thực thi và cập nhật trật tự của chúng.
 Retirement Unit cũng lưu vết các lệnh rẽ nhánh và gửi các
thông tin cập nhật về đích rẽ nhánh đến BTB.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
7. Vi kiến trúc Intel Core
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
7. Vi kiến trúc Intel Core
 Intel Wide Dynamic Execution
 Ống lệnh 14 giai đoạn
 3 ALU
 4 bộ giải mã có khả năng giải mã đến 5 lệnh/1 CK đồng hồ
 Macro-fusion và micro-fusion nhằm cải thiện thông lượng
 Có khả năng tiếp nhận thực thi đến 6 vi thao tác/1 CK đồng
hồ
 Retirement Unit có khả năng xử lý đến 4 vi thao tác/1 CK
đồng hồ
 Dự đoán rẽ nhánh tiên tiến
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
7. Vi kiến trúc Intel Core
 Intel Advanced Smart Cache
 Cache L2 có dung lượng đến 4MB với 16 đường kết hợp
 Tối ưu hoá truy nhập cho nhiều nhân và các môi trường thực
thi đơn luồng
 Sử dụng bus 256 bit cho trao đổi dữ liệu giữa cache L2 và L1
 Smart Memory Access
 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 phép nâng cao hiệu quả
của mô tơ thực thi speculative execution.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
7. Vi kiến trúc Intel Core
 Advanced Digital Media Boost
 Có khả năng thực hiện các lệnh hầu hết các lệnh SIMD 128
bits trong 1 CK đồng hồ
 Có khả năng thực hiện đến 8 thao tác dấu phảy động trong 1
CK đồng hồ
 Cung cấp 3 cổng tiếp nhận các lệnh SIMD để thực hiện.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
7. Vi kiến trúc Intel Core
 The Front-End:
 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
 Macrofusion kết nối phần chung của 2 lệnh thành một lệnh đã
giải mã tăng thông lượng giải mã
 Đơn vị đọc lệnh đọc trước lệnh vào hàng đợi  luôn cung cấp
đủ lệnh cho bộ giải mã
 Microfusion kết nối phần chung của 2 vi thao tác thành một vi
thao tác  tăng thông lượng của Retirement Unit
 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
 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.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
7. Vi kiến trúc Intel Core
 The Execution Core:
 Có khả năng tiếp nhận & thực thi đến 6 vi thao tác trong 1
CK đồng hồ
 Retirement Unit có khả năng xử lý đến 4 lệnh trong 1 CK
đồng hồ
 3 ALU
 3 cổng tiếp nhận các lệnh SIMD
 Có khả năng thực hiện các lệnh hầu hết các lệnh SIMD 128
bits trong 1 CK đồng hồ
 Có khả năng thực hiện đến 8 thao tác dấu phảy động trong
1 CK đồng hồ
 Giảm thời gian trễ truy nhập bộ nhớ sử dụng Smart Memory
Access
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
8. Vi kiến trúc Atom
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
8. Vi kiến trúc Atom
 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:
 Advanced Micro-Ops Execution
 Intel Smart Cache
 Efficient Memory Access
 Intel Digital Media Boost
 Intel Virtual Technology
 Atom được sử dụng phổ biến trong các thiết bị “siêu di
động” như netbook.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
9. Tập lệnh SIMD
 SIMD – Single Instruction Multiple Data bắt đầu được sử
dụng trong các CPU kể từ Pentium II và Pentium II MMX
phục vụ các ứng dụng đồ hoạ
 SIMD có nhiều mở rộng: MMX, SSE (Streaming SIMD
Extensions), SSE2, SSE3, SSSE3 (Supplemental SSE3) và
SSE4
 Các lệnh SIMD với số nguyên sử dụng các thanh ghi 64-bit
MMX hoặc 128-bit XMM
 Các lệnh SIMD với số thực sử dụng các thanh ghi 128-bit
XMM.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
9. Tập lệnh SIMD
 Các lệnh MMX có thể xử lý hiệu quả các mảng hoặc các
luồng số nguyên
 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
 SSE2 mở rộng khả năng của SSE - hỗ trợ các lệnh số
nguyên với các thanh ghi XMM 128 bits.
 SSE3, SSE4 cung cấp các lệnh xử lý hiệu quả các số thực
dấu phảy động.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
10. Công nghệ Hyper-Threading
 Hyper-Threading Technology (HT Technology ) được phát
triển để cải thiện hiệu năng cho các VXL dựa trên kiến trúc
IA-32 khi sử dụng với:
 Các HĐH đa luồng (multi-threaded)
 Các ứng dụng đơn luồng chạy trong môi trường đa nhiệm
 HT Technology cho phép một CPU vật lý hai hay nhiều
luồng mã lệnh đồng thời sử dụng các tài nguyên chia sẻ.
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.
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 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
10. Công nghệ Hyper-Threading
10
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 37
CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
11. Kiến trúc Intel 64
 Không gian địa chỉ:
 64 bits không gian địa chỉ tuyến tính cho phần mềm
 40 bits không gian địa chỉ vật lý
 Hỗ trợ 2 chế độ hoạt động:
 Chế độ tương thích: cho phép HĐH 64-bit chạy các ứng
dụng 32 bit
 Chế độ 64 bits: cho phép HĐH 64-bit chạy các ứng dụng 64
bits
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 38
CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
12. Công nghệ ảo hoá
 Công nghệ ảo hoá (Virtualization Technology):
 Là sự kết hợp của các công nghệ phần cứng và phần mềm để tạo ra
các máy ảo (Virtual Machines (VMs));
 Cho phép trừu tượng hoá phần cứng để một máy tính có thể hoạt
động giống như có nhiều máy tính
Ưu điểm của công nghệ ảo hoá:
 Giảm số máy vật lý, nhưng vẫn đảm bảo số nền tảng đa dạng theo
yêu cầu;
 Tiết kiệm không gian vật lý, điện năng và các tiện ích phục vụ khác;
 Hữu ích trong việc phát triển và kiểm thử phần mềm – cần nhiều môi
trường để test;
 Hỗ trợ việc cân bằng tải động và khôi phục sau sự cố;
 Tạo nhiều desktops ảo trên một máy vật lý.
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 39
CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
12. Công nghệ ảo hoá
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 40
CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
12. Công nghệ ảo hoá
 Virtual Machine Monitor (VMM)
 VMM là thành phần trung tâm của công nghệ ảo hoá
 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
 Hỗ trợ ảo hoá của Intel CPU giúp cho:
 Giảm tải cho các thao tác của VMM
 Tăng tốc và năng lực của VMM
 Giảm độ phức tạp khi phát triển VMM
11
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 41
CHƯƠNG 6 – CÁC VI XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
12. Công nghệ ảo hoá - VMWare