BTL KTMT Nghiên cứu tìm hiểu về thế hệ vi xử lý Intel Core 2 Duo

Trái tim của một máy tính chính là bộ vi xử lý. Cho đến nay bộ vi xử lý được coi là sản phẩm nhân tạo phát triển nhanh nhất và có vai trò quan trọng nhất trong lịch sử loài ng¬ời. Bộ vi xử lý CPU là cốt lõi của một máy vi tính. Từ các bộ vi xử lý để chế tạo ra máy tính cá nhân và Intel đang h¬ớng cấu trúc máy vi tính cá nhân hiện đại.

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRUNG TÂM NGOẠI NGỮ TIN HỌC

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tìm hiểu về thế hệ vi xử lý

Intel Core 2 Duo

Nhóm sinh viên thực hiên: Nhóm 12

Lớp: Tin 1_K15

Hà Nội, Ngày 10/05/2014

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRUNG TÂM NGOẠI NGỮ TIN HỌC

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tìm hiểu về thế hệ vi xử lý

Intel Core 2 Duo

Nhóm sinh viên thực hiên: Nhóm 12

MỤC LỤC

I.Hoàn cảnh ra đời và lịch sử phát triển của VXL Intel Core 2 Duo……….….3

Một số thông số của Merom:……….…4

Các thông số chính Intel® Core™ 2 Duo Processor……… 5

II.Nội dung chính……….…5

A.Sơ đồ cấu trúc core……….…6

B,Cấu tạo phần cứng ……….… …9

Chíp cầu Bắc……….… 10

Chíp cầu Nam……… ………….11

C.Các đặc trưng công nghệ chung của VXL Intel Core 2 Duo………12

Công nghệ xử lý lệnh kiểu mới……… 13

Công nghệ tăng cường khả năng xử lý media……….… 13

Bộ nhớ đệm thông minh ……… 13

Công nghệ nạp dữ liệu thông minh ……… 14

Quản lý điện năng thông minh ……….14

D.Đặc trưng công nghệ từng loại biến thể (version) của VXL Core 2 Duo……….16

Series Core 2 Duo Processor E8000……….16

Series E7000……… 16

Series E6000……… ……… 17

Series E4000……….17

III.Kết luận……… …………18

Ưu điểm……….19

Khuyết điểm……… 19

cụ thể là bộ vi xử lý Intel Core 2 Duo của Intel.

Bố cục chung của bài tập lớn:

I Hoàn cảnh ra đời và lịch sử phát triển của bộ VXL Intel Core 2 Duo

Nền vi xử lý thế hệ mới của Intel ( Core 2 Duo) chính thức được hãng này công bố toàn cầu hôm 28/7/2006 với 10 loại chip cho máy tính để bàn và xách tay Tích hợp 291 triệu bóng bán dẫn, tiêu thụ điện năng ít hơn 40%, dòng chip được mong đợi từ lâu này có sự

hỗ trợ của hơn 550 thiết kế hệ thống - lớn nhất trong lịch sử của Intel

Vào tháng 1 năm 2006 AMD chính thức tung ra thị trường thế hệ CPU K8 sử dụng socket AM2( socket AM2 có 940 chân).Thế hệ CPU K8 này hỗ trợ Ram DDR2 và có thêm một số tính năng và công nghệ mới như: công nghệ máy tính ảo AMD virtualiation,công nghệ “ Integrated Memory Controller ” giúp bảo đảm độ trễ ngắn trong quá trình CPU xử lý dữ liệu Thời điểm đó vi sử lý K8 của AMD được xem là bộ xử lý với giải pháp tiến bộ nhất, hiển nhiên AMD hơn hẳn Intel về nhiều mặt : ít nhất là về mặt công nghệ Intel còn tỏ ra lạc hậu hơn so với AMD

Trước thời gian này Intel vẫn còn đang sử dụng kiến trúc NetBurst với thế hệ Pentium 4 chạy với tốc độ 1.5Ghz trên nền Socket 423 chân Tuy nhiên không muốn AMD vượt mặtquá lâu Intel đã đưa ra một chiến lược công nghệ mới cho riêng mình: công nghệ Dual core ( công nghệ 2 nhân) có tích hợp thêm công nghệ Hyper Threarding ( Công nghệ Siêuphân luồng ) đã ra đời vào năm 2002.Tiêu biểu với sản phẩm Core Duo (được biết đến với tên mã là Yonah), Core Duo là một tên thương mại cho Pentium M processor có hai lõi xử lý và được sản xuất dưới công nghệ 90 nm

Với sự ra đời của công nghệ Dual Core vị thế của Intel đã được lấy lại nhanh chóng Không chỉ dừng lại ở đó Intel đã cho ra đời thế hệ lõi kép thứ hai với sản phẩm tiêu biểu

là Core 2 Duo Core 2 Duo là tên thương mại cho bộ vi xử lý có tên mã là Merom (cho các máy laptop) hoặc Conroe (cho các máy desktop), sử dụng kiến trúc mới lõi siêu nhỏ

Ý tưởng và nền tảng cho Merom bắt đầu từ Banias, tên mã của chip Pentium M đầu tiên Sau đó, Dothan được giới thiệu là phiên bản Banias 90 nm Tháng 1 năm đó chip Yonah (Core Duo) 65 nm ra đời và đến tháng 3 thì được quảng bá rộng rãi như vi xử lý lõi đôi đầu tiên cho nền di động của Intel

Đội thiết kế tại Haifa (Israel) do Mooly Eden (hiện là Phó chủ tịch kiêm tổng giám đốc nền tảng di động của Intel) lãnh đạo là những người phát minh ra nền Banias và cũng là những người phát triển vi kiến trúc Core

Thực ra đây là kiến trúc tương tự như kiến trúc siêu nhỏ được sử dụng trong Pentium M nhưng có thêm nhiều tính năng mới được bổ sung, như hỗ trợ SIMD instructions, công nghệ Virtualization Technology cho phép chạy cùng lúc nhiều HĐH, tăng cường bảo vệ

hệ thống trước sự tấn công của virus (Execute Disable Bit), tối ưu tốc độ VXL nhằm tiết

kiệm điện năng (Enhanced Intel SpeedStep Technology), quản lý máy tính từ xa (Intel Active Management Technology)

Các chip mới có 291 triệu bóng bán dẫn, 2 lõi dùng bộ nhớ đệm L2 cache (4 MB cho Core 2 Duo E6000 và T7000; 2 MB cho T5000 và phiên bản E4000) Trong tổ hợp

"Core": Woodcrest (Xeon 5100) và 2 chip Core 2 Duo Merom và Conroe thì Merom cung cấp nền tảng công nghệ cho Conroe và Woodcrest

Core 2 Duo được phát hành dưới dạng các sản phẩm E6000 (trước đây mang tên mã Conroe) dành cho máy tính để bàn và dòng T5000/T7000 (tên mã trước đây là "Merom") dành cho máy xách tay Chữ "E" biểu thị mức tiêu thụ năng lượng 50 watt và cao hơn (dòng chip chủ đạo E6000 thuộc nhóm tiêu thụ 65 watt); chữ "T" được dùng cho các chiptiêu thụ từ 25 đến 49 watt

Core 2 Duo với tên mã Conroe có 291 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 4 MB, bus hệ thống 1066 MHz, socket 775LGA Một số BXL thuộc dòng này:E6600 (2,4 GHz), E6700(2,66 GHz)

Core 2 Duo với tên mã Allendale (hay Conroe-L) E6300 (1,86 GHz), E6400 (2,13 GHz)

có 167 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 2MB, bus hệ thống 1066 MHz, socket 775LGA Riêng E4300 (1,8 GHz) xuất hiện năm 2007 có bộ nhớ đệm L2 2 MB, bus 800 MHz, không hỗ trợ Virtualization Technology

Core 2 Duo tên mã Merom dành cho MTXT có công suất tiêu thụ chuẩn TDP là 35W và gây ấn tượng sâu sắc với công suất 5W khi chạy kiểu ULV (Ultra Low Voltage) Intel tuyên bố bộ vi xử lí mới Core 2 của họ chạy nhanh hơn 20% khi cùng với mức tiêu thụ điện năng so với bộ vi xử lí Core Duo

*Một số thông số của Merom:

- Công nghệ sản xuất: 65 nm

- Kích thước nhân: 143 mm2

- Transistors: 291 triệu

Các thông số chính Intel® Core™ 2 Duo Processor

- Kiểu chân: Soket LGA775

- Sản xuất dựa trên xử lí 65 nm

- Tốc độ xử lý từ 1,8GHz đến >= 3,16GHz

- Tốc độ FSB: 800MHz, 1066MHz và 1333MHz

- Bộ nhớ Cache L1 cho lệnh 32 KB và dữ liệu 32KB cho mỗi lõi

- Cache L2 từ 2MB đến 6MB dùng chung cho cả 2 nhân

- Tương thích với Memory là DDR2

- Chipset hỗ trợ là Intel 945GC, 945GT, 946PL, 946GZ, Q963, Q965, P965,G965 - Tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3

- Hỗ trợ công nghệ Intel Virtualization (trừ Core 2 Duo E4300)

- Hỗ trợ côngnghệ Intel EM64T

- Hỗ trợ Execute Disable Bit

- Khả năng quản lí nguồn thông minh

- Intelligent Power Capability

- Hỗ trợ công nghệ Enhanced SpeedStep

II Nội dung chính

A.Sơ đồ cấu trúc core

Để hiểu về các vi cấu trúc core chúng ta trở về lịch sử các dòng core của intel ,dòng core

2 nhân đầu tiên của Intel là Dual core Nó có 2 CPU thật, hoàn chỉnh bên trong 1 con chip Core Duo được sản xuất bằng công nghệ 65nm (tên mã là Yonah) Core Duo dùng kiến trúc lõi siêu nhỏ gần giống với Pentium nhưng được bổ sung thêm nhiều tính năng mới Bộ nhớ đệm cấp 2 (Cache L2) của Core Duo được chia đều cho mỗi nhân Nghĩa là nếu Cache L2 là 2 MB thì nhân 1 và nhân 2 được sử dụng tối đa là 1 MB dù dư dù

thiếu ,chính vì điều này giải thích vì sao dòng dual core hao tốn điện năng và tốc độ

Cấu trúc dual core

Khắc phục nhược điểm của dòng dual core intel cho ra đòi dòng Core 2 duo Core 2 duo ngoài những tính năng mới thì cải tiến tiêu biểu nhất là việc Share dung lượng Cache L2 của 2 nhân Nghĩa là nếu Cache L2 là 2 MB thì nhân 1 không phải dùng cố định 1 MB nữa mà nếu có thiếu thì lấy phần dung lượng dư của nhân 2 dùng tiếp (điều này đối với

Core Duo là không thể) nên việc xử lý sẽ nhanh hơn (vì khi Core Duo xài hết 1 MB L2 Cache mà vẫn còn thiếu thì sẽ truy xuất vào RAM để lấy dữ liệu, mà RAM thì có tốc độ truy xuất chậm hơn Cache L2) Các bộ vi xử lý Core 2 Duo từ E7200 trở về sau đã được sản xuất theo công nghệ 45nm

Cấu trúc Core 2 Duo

Như vậy vi cấu trúc core đươc hiểu theo cách nôm na là sư cải tiến về mặt số lượng nhân

và cache

Kiến trúc Core có 5 cổng gửi đi nhưng ba trong số chúng được sử dụng cho việc gửi các chỉ lệnh nối micro-ops đến các khối thựcthi Điều đó có nghĩa rằng các CPU đang sử dụng kiến trúc Core đó có thể gửi ba địa chỉ lệnh micro-ops đến khối thực thi trên một chu kỳ clock.

Kiến trúc Core cung cấp một FPU mở rộng và một IEU mở rộng (ALU) khi chúngta mang ra so với kiến trúc Pentium M Điều này có nghĩa rằng kiến trúc Core có thể xử lý đến ba chỉ lệnh số nguyên trên một chu kỳ clock,trong khi Pentium M chỉ có hai

Sơ đồ khối chính của các khối thực thi trong kiến trúc Core

IEU: Instruction ExecutionUnit là nơi các chỉ lệnh được thực thi Khối này cũng được biết đến là khối ALU (Arithmetic and Logic Unit) Các chỉ lệnh thông thường cũng được biết là các chỉ lệnh số nguyên

JEU: Jump Execution Unit xử lý rẽ nhánh và cũng được biết đến với tên Branch Unit FPU:Floating-Point Unit Khối này chịu trách nhiệm cho việc thực thi các biểu thức toánhọc floating-point và cũng cả các chỉ lệnh MMX và SSE.Trong CPU này, các FPU không

“hoàn thiện” vì một số kiểu chỉ lệnh(FPmov, FPadd và FPmul) chỉ được thực thi trên các FPU nào đó:

FPadd: Chỉ có FPU này mới có thể xử lý các chỉ lệnh cộng floating-point như ADDPS FPmul: Chỉ có FPU này mới có thể xử lý các chỉ lệnh nhân floating-point như MULPS FPmov:Các chỉ lệnh cho việc nạp hoặc copy một thanh ghi FPU, như MOVAPS

(đượcdùng để truyền tải dữ liệu đến thanh ghi SSE 128-bit XMM) Kiểu chỉ lệnh này có thể được thực thi trên các FPU, nhưng chỉ trên các FPU thứ hai và thứ ba nếu các chỉ lệnhFpadd hay Fpmul không có trong Reservation Station

Load: khối này dùng để xử lý các chỉ lệnh yêu cầu dữ liệu được đọc từbộ nhớ RAM Store Data: Khối này xử lý các chỉ lệnh yêu cầu dữ liệu được ghi vào bộ nhớ RAM

B.Cấu tạo phần cứng CPU( Core 2 Duo)

Nhìn một cách tổng thể hệ thống trên chúng ta có thế thấy rằng vi sử lý core 2 duo bao gồm ba thành phần chính đó là:

+ CPU là bộ sử lý trung tâm của hệ thống và nằm ở vị trí trên cùng.Các thành phần chính của CPU gồm khối tính toán ALU , bộ sử lý trung tâm CU và các BUS hệ thống có băng thông lớn Chức năng chính của CPU là tiến hành các thao tác tính toán xử lý, đưa ra cáctín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều khiển nhằm thực hiện một nhiệm vụ nào đó do người lập trình đưa ra thông qua các lệnh

+ Chip Cầu Bắc(North Bridge) là IC quan trọng nhất trên Mainboard, nó quyết định độ mạnh và giá thành của Main Chip Cầu Bắc điều khiển trực tiếp các thành phần như :

o Điều khiển CPU

o Điều khiển bộ nhớ RAM

o Điều khiển Video Card

o Và trao đổi dữ liệu với Chip Cầu Nam

Các thành phần do Chip Cầu Bắc thực hiện (CPU, RAM, Video Card) phải đồng bộ với nhau và thuộc phạm vi của Chip Cầu Bắc hỗ trợ thì chúng mới doạt động được.

Trong thực tế, mỗi loại Chip Cầu Bắc chỉ hỗ trợ khoảng 2 loại CPU, 2 loại RAM và 2 loại Video Card, nếu bạn sử dụng CPU hay RAM hay Video Card mà Chip Cầu Bắc không hỗ trợ thì nó sẽ không hoạt động được

+ Chíp Cầu Nam(South Bridge) còn gọi là I/O Controller Hud (ICH), là một chip đảm nhiệm những việc có tốc độ chậm của Mainboard trong Chipset Khác với Chip Cầu Bắc,Chip Cầu Nam không được kết nối trực tiếp với CPU, chính xác hơn Chíp Cầu Nam kết nối với CPU thông qua Chíp Cầu Bắc

Vì Chíp Cầu Nam được đặt xa CPU hơn, nó được giao trách nhiệm liên lạc với các thiết

bị có tốc độ chậm hơn Một Chip Cầu Nam điển hình thường có thể làm việc được với vài loại Chip Cầu Bắc khác nhau Trước đây cổng giao tiếp chung giữa Chip Cầu Bắc và Chip Cầu Nam đơn giản là BUS PCI, hiện nay phần lớn các Chipset hiện thời sử dụng giao các giao tiếp chung được thiết kế độc quyền có hiệu năng cao hơn

Tên gọi “Chip Cầu Nam” bắt nguồn từ việc vẽ một kiến trúc trên sơ đồ.Nhiệm vụ chính của Chip cầu Nam là kết nối :

o Với Chip cầu bắc

Một số tính năng mới:

Công nghệ xử lý lệnh kiểu mới - Intel Wide Dynamic Excution:

Bằng cách thêm vào một khối giải mã lệnh (decoder) và khối thực thi lệnh (excution) vào mỗi core, công nghệ Wide Dynamic Excution cho phép Core Microarchitecture hoàn tất 4 lệnh cùng lúc trong 1 chu kỳ đồng hồ(nhanh hơn bất kỳ dòng CPU hiện tại nào của Intel và AMD vốn chỉ có khả năng xử lý tối đa 3 lệnh trong 1 chu kỳ đồng hồ)

Tính năng macrofusion giúp tăng tốc độ hoạt động bằng cách kết hợp 2 lệnh vào làm 1 trong quá trình giải mã, nhờ đó chip có thể xử lý giải mã 2 lệnh cùng lúc

Công nghệ tăng cường khả năng xử lý media - Intel Advanced Digital Media Boost:

Các software hiện tại như image, video, audio editing, data encryption, dùng rất nhiều các khối lệnh SSE hỗ trợ các phép toán 128 bit Các CPU đời trước của Intel với bộ nhớ 64bit cho mỗi chu trình nên để thực hiện một khối lệnh SSE phải cần đến 2 chu trình (một khối lệnh SSE 128 bit) Kiến trúc mới Core Microarchitecture có khả năng xử lý SSE 128 bit chỉ trong một chu trình Việc này sẽ giúp tăng tốc các ứng dụng dùng nhiều khối lệnh SSE

Bộ nhớ đệm thông minh - Intel Advanced Smart Cache:

Không như các CPU dual core dòng Pentium D 800, 900 có cache L2 riêng cho từng core, CPU dựa trên Core Microarchitecture sẽ có Cache L2 chia sẽ cho cả 2 core, cho phép điều chỉnh tự động dung lượng cache L2 cho từng core tùy vào tần suất truy xuất Cache L2 của từng core Đặc biệt, nếu cả 2 core cùng làm việc một cách đồng bộ trên cùng một dữ liệu thì dữ liệu này sẽ được lưu một lần tại một nơi trên Cache L2 Thiết kế này đem lại hiệu quả cao hơn so với thiết kế dành riêng cho mỗi core một cache L2 riêng Một điểm mạnh khác khi chia sẽ bộ nhớ Cache L2 là giảm tải cho bộ nhớ và bus hệ thống Giả sử tại một thời điểm nào đó, cả 2 core đều làm việc trên cùng một data Với thiết kế dual core có cache L2 riêng cho từng core thì sau 1 quá trình truy xuất sẽ có 2 bản sao của data này trên cache L2 của từng core Trước khi mỗi core truy xuất bản sao của data trên Cache L2 của mình, nó phải đảm bảo đó là bản sao mới nhất của data tại thời điểm đó (vì có thể data đã được cập nhật bởi core còn lại), do đó sẽ có một quá trình update bản sao này diễn ra và quá trình này phải thông qua bộ nhớ và bus hệ thống Với thiết kế Cache L2 chia sẻ thì không cần phải update vì data được lưu một lần tại một nơi trên Cache L2 chia sẻ giữa 2 core Khi một core truy xuất data trên Cache L2 chia sẻ thì data đó là mới nhất tại thời điểm đó

Công nghệ nạp dữ liệu thông minh - Intel Smart Memory Access:

Công nghệ Smart Memory Access cải tiến việc nạp trước dữ liệu Kiến trúc Core

Microarchitecture có 6 đơn vị nạp trước dữ liệu, 2 đơn vị cho việc nạp trước dữ liệu từ bộnhớ vào Cache L2 chia sẻ, 2 đơn vị cho việc nạp trước dữ liệu vào Cache L1 của mỗi core Các đơn vị này hoạt động độc lập và theo dõi các hoạt động truy xuất bộ nhớ của các khối lệnh, cố gắng nạp trước dữ liệu vào cache thậm chí trước khi có yêu cầu truy xuất tương ứng và dữ liệu được truy xuất trực tiếp từ cache (L1, L2) dĩ nhiên sẽ nhanh hơn so với từ bộ nhớ

Smart Memory Access cũng bao gồm công nghệ kết hợp bộ nhớ - memory

disambiguation, giúp nâng cao hiệu quả của việc truy xuất bộ nhớ Trong đa số trường hợp, các lệnh truy xuất bộ nhớ được thực thi theo thứ tự như khi các lệnh được đưa vào hàng đợi Tuy nhiên trong số các lệnh truy xuất bộ nhớ đó có những lệnh hoàn toàn độc lập với nhau và công nghệ memory disambiguation sẽ phát hiện các lệnh như vậy và sắp xếp lại thứ tự thực thi của các lệnh này sao cho tối ưu, qua đó nâng cao hiệu quả truy xuất

bộ nhớ

Quản lý điện năng thông minh - Intel Intelligent Power Capability:

Mục tiêu ra đời cấu trúc Core của Intel chủ yếu để cạnh tranh với K8 của AMD (được xem là bộ xử lý với giải pháp tiến bộ nhất vào thời điểm đó) Các bộ xử lý với vi cấu trúc Core có cấu trúc “rộng hơn” cho phép xử lý nhiều lệnh trong 1 chu trình hơn là các CPU với vi cấu trúc K8 Mặc dù các đơn vị thi hành lệnh của hai cấu trúc xử lý này có thể giải quyết được cả 3 lệnh x86 và x87 trong một chu trình đồng hồ, nhưng vi cấu trúc Core đã chứng tỏ được thế mạnh của mình với việc bổ sung số lượng thực thi các lệnh SSE Trong khi các bộ xử lý của K8 chỉ có thể thực hiện các lệnh 128bit trong một chu trình đồng hồ, Core có thể thi hành được gấp 3 lần số lệnh như vậy

Ngoài ra, vi cấu trúc Core còn chứng tỏ thêm một điểm mạnh khác: đó là hệ thống giải

mã cao cấp hơn Cùng với 4 bộ giải mã, công nghệ marcofusion đã cho phép giải mã lên đến 5 lệnh trong một chu trình đồng hồ (trong trường hợp lý tưởng) Bộ xử lý K8 chỉ có thể giải mã 3 lệnh đồng thời Tất cả điều này cho thấy rằng bộ giải mã của CPU trên nền

vi cấu trúc Core sẽ có khả năng load các đơn vị thi hành lệnh của bộ xử lý tốt hơn bằng cách thực hiện 4 lệnh trên một chu trình trong những điều kiện tốt nhất Trong trường hợp này tốc độ thực thi lệnh tổng thể sẽ nhanh hơn bộ xử lý K8 AMD đến 33% Điểm mạnh của bộ vi cấu trúc này thể hiện rõ nhất trong hệ thống bộ nhớ đệm dữ liệu Mặc dù

bộ nhớ đệm L1 của bộ xử lý Core là nhỏ hơn, nhưng nó lại có tính liên kết cao hơn Còn

về bộ nhớ đệm L2, nó không những lớn hơn mà còn có bandwidth (băng thông) rộng