(Tiểu luận) báo cáo bài tập lớn môn hệ điều hành đề tài tìm hiểu tổng quan họ các bộ xử lý intel

Bộ vi xử lý sửdụng các lệnh đó để thực hiện các tác vụ rất đơn giản, chẳng hạn như logic cơ bản,điều khiển và các thao tác nhập/xuất do nhà sản xuất hệ điều hành chỉ định.RISC, là từ viế

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Môn: Hệ điều hành

Đề tài: Tìm hiểu tổng quan họ các bộ xử lý Intel

GIẢNG VIÊN: Đinh Xuân Trường

NHÓM : 1

Hà Nội, 2022

MỤC LỤC

I Giới thiệu 3

1 Kiến trúc RISC và CISC 3

2 Chip Intel là gì 3

3 Lịch sử phát triển chip xử lý 3

4 Ưu điểm nổi bật của chip Intel 5

5 Các dòng chip Intel phổ biến nhất hiện nay 5

6 Thống kê thị trường 6

II Nội dung 8

1 Tổng quan về bộ xử lý Intel 8

2 Bộ xử lý Intel® Core™ i7 10

3 Bộ xử lý Intel® Atom™ 14

4 Kiến trúc CISC 15

4.1 Kiến trúc CISC 15

4.2 Đặc điểm của hệ thống CISC 16

4.3 Ưu điểm của CISC 16

4.4 Nhược điểm của CISC 17

5 Kiến trúc RISC 17

5.1 Kiến trúc RISC 17

5.2 Đặc điểm của hệ thống RISC 18

5.3 Ưu điểm của kiến túc RISC 19

5.4 Nhược điểm của kiến trúc RISC 19

6 Sự khác biệt giữa CISC và RISC 19

III Tổng kết 21

IV Tài liệu tham khảo 22

I Giới thiệu

1 Kiến trúc RISC và CISC

RISC và CISC đều là ví dụ về các thiết kế khác nhau cho bộ vi xử lý máytính Bộ vi xử lý, được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là bộ não của máy tính

Nó đọc các hướng dẫn từ bộ nhớ cho máy tính biết phải làm gì Bộ vi xử lý sửdụng các lệnh đó để thực hiện các tác vụ rất đơn giản, chẳng hạn như logic cơ bản,điều khiển và các thao tác nhập/xuất do nhà sản xuất hệ điều hành chỉ định.RISC, là từ viết tắt của Máy tính có tập lệnh giảm và CISC, viết tắt của Máytính có tập lệnh phức tạp, đề cập đến danh mục bộ xử lý, hay chính xác hơn là kiếntrúc tập lệnh (ISA) ISA là cách cụ thể mà bộ xử lý giao tiếp với người lập trình.Những máy tính đầu tiên có kiến trúc CISC, nhưng vào những năm 1980, kiến trúcRISC đã được phát triển để khắc phục sự phức tạp ngày càng tăng của bộ xử lýCISC

2 Chip Intel là gì

CPU Intel là loại CPU do hãng Intel thiết kế và sản xuất Tập đoàn Intel(Integrated Electronics) thành lập năm 1968 có trụ sở tại Santa Clara, California,Hoa Kỳ Chip Intel là thương hiệu chip máy tính lớn nhất thế giới Ngoài ra, Intelcòn là thương hiệu lớn chuyên sản xuất các thiết bị linh kiện điện tử và card đồhọa

3 Lịch sử phát triển chip xử lý

Năm 1971: Bộ vi xử lý đầu tiên Bộ vi xử lý 4004 là bộ vi xử lý đầu tiên của

Intel Phát minh đột phá này nhằm tăng sức mạnh cho máy tính Busicom và dọn

đường cho khả năng nhúng trí thông minh của con người vào trong các thiết bị vôtri cũng như các hệ thống máy tính cá nhân.

 Số lượng bóng bán dẫn: 2.300

 Tốc độ: 108KHz

Năm 1972: Bộ vi xử lý 8008 mạnh gấp đôi bộ vi xử lý 4004 Thiết bị Mark-8

được biết đến như là một trong những hệ thống máy tính đầu tiên dành cho người

sử dụng gia đình – một hệ thống mà theo các tiêu chuẩn ngày nay thì rất khó đểxây dựng, bảo trì và vận hành

 Số lượng bóng bán dẫn: 3.500

 Tốc độ: 200KHz

Năm 1974: Bộ vi xử lý 8080 đã trở thành bộ não của hệ thống máy tính cá nhân

đầu tiên – Altair

 Số lượng bóng bán dẫn: 6.000

 Tốc độ: 2 MHz

Năm 1978: Một hợp đồng cung cấp sản phẩm quan trọng cho bộ phận máy tính

cá nhân mới thành lập của IBM đã biến bộ vi xử lý 8088 trở thành bộ não của sảnphẩm chủ đạo mới của IBM—máy tính IBM PC

 Số lượng bóng bán dẫn: 29.000

 Tốc độ: 5 MHz, 8 MHz, 10 MHz

Năm 1982: Bộ vi xử lý 286, còn được biết đến với cái tên là 80286, là bộ vi xử

lý Intel đầu tiên có thể chạy tất cả các phần mềm được viết cho những bộ vi xử lýtrước đó Tính tương thích về phần mềm này vẫn luôn là một tiêu chuẩn bắt buộctrong họ các bộ vi xử lý của Intel

 Số lượng bóng bán dẫn: 134.000

 Tốc độ: 6 MHz, 8 MHz, 10 MHz, 12,5 MHz

Và từ đó cho đến nay thì Intel đã phát triển rất nhiều các dòng chip hiện đại đểphục vụ cho các nhu cầu ngày càng lớn của người dùng.

4 Ưu điểm nổi bật của chip Intel

CPU Intel phổ biến ở mọi công ty máy tính và laptop với rất nhiều ưu điểm đemđến cho người dùng nhưng nổi bật nhất là:

 Khả năng ép xung của Chip Intel mạnh nhưng hoạt động ở mức vừa phải, do

đó CPU hoạt động ít sinh ra nhiệt lượng nên máy ít bị nóng Ngoài ra, chipIntel ít tiêu tốn điện năng

 Chip Intel tối ưu tốt hơn cho việc chơi game nặng CPU Intel ưu tiên hiệusuất xử lý và dễ kết hợp nhiều card đồ họa rời thích hợp cho các công việc

đồ họa, thiết kế video,…

 Đối với chip CPU, bạn dễ dàng nâng cấp đời máy Máy tính có CPU Intel ítgặp các lỗi liên quan đến xung đột phần mềm khiến cho máy tụt pin nhanh

5 Các dòng chip Intel phổ biến nhất hiện nay

Hiện nay, chip Intel sở hữu rất nhiều dòng chip vi xử lý dành cho máy tính

và laptop Các dòng chip có cấu tạo và hiệu năng khác nhau phục vụ cho các nhucầu khác nhau của khách hàng

Dưới đây là các dòng chip Intel sắp xếp theo sức mạnh tăng dần:

CPU Intel Pentium: Pentium là dòng chip xử lý với hiệu năng ổn định

cùng mức giá bình dân Intel Pentium thông thường có 2 nhân xử lý (một số

ít có 4 nhân) với xung nhịp dao động từ 1.1 GHz đến 3.5 GHz Hiện tại CPUPentium đã được Intel nâng cấp lên thế hệ Haswell và được sản xuất ở quytrình 22nm cho khả năng siêu tiết kiệm điện TDP 15W và hiệu năng xử lí tốthơn CPU Core i thế hệ cũ

Chip Intel Celeron: CPU Intel Celeron là bộ xử lý cấp cơ bản của Intel

cho các công việc tính toán cơ bản được phát triển sau Pentium, là phiên bảnrút gọn hơn để nhằm giảm giá thành và được sử dụng trên các mẫu máy tính

giá rẻ phù hợp với các thao tác soạn thảo văn bản, gửi email, hoặc trên cácmáy tra cứu dữ liệu tại các trung tâm thương mại.

Chip Intel core 2 duo: Dòng Intel Core 2 Duo có nguồn gốc từ Core 2.

Dòng Intel Core 2 Duo sử dụng vi kiến trúc core, nâng cao tới 40% hiệu suấthoạt động và tiết kiệm 40% điện năng, có 291 triệu bóng bán dẫn Intel Core

2 Duo phục vụ cho doanh nghiệp, gia đình và những người yêu điện toán tốc

độ như giới game thủ

Chip Intel Core I: Intel Core I là dòng vi xử lý phổ biến nhất của Intel.

Hiện nay CPU Intel Core i có 4 dòng sản phẩm với hiệu năng tăng dần là:

 Chip Intel Core i3

 Chip Intel Core i5

 Chip Intel Core i7

 Chip Intel Core i9

Đến nay dòng CPU core i đã cho ra đời sản phẩm thế hệ thứ 10

CPU Intel Xeon: Vi xử lý Intel Xeon hướng tới các đối tượng các

doanh nghiệp sử dụng các máy trạm để quản lý hoặc cá nhân yêu cầu hiệunăng ổn định cao CPU Xeon cho phép một máy tính dùng nhiều CPU từ 1hoặc 2 CPU cùng một máy, cũng có loại dùng nhiều CPU 4-8 CPU IntelXeon dùng càng nhiều CPU thì giá thành sẽ càng cao Intel Xeon phù hợpvới các hoạt động xử lý đa luồng nhiều tác vụ và quản lý các máy tính liênkết ở mức thấp hơn trong thời gian dài mà không cần tạm ngưng

6 Thống kê thị trường

Theo Intel công bố doanh thu trong quý 4/2021 đã đạt mức 19,5 tỷ USD, con

số cao nhất mà họ có thể đạt được trong một quý và tăng trưởng khoảng 4% so vớicùng kỳ năm ngoái Đồng thời, cú nước rút vô cùng ấn tượng trong 3 tháng cuốinăm cũng giúp cho Intel kết thúc năm 2021 với tổng doanh thu lên tới 74,7 tỷ

Hệ điều

hành 97% (31)

183

Trắc nghiệm hệ điều hành

Hệ điều

hành 100% (12)

17

BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

Hệ điều

hành 100% (3)

11

Giáo trình hệ điều hành Từ Minh…

USD Đây là mức doanh thu cao nhất mà Intel đạt được trong một năm tài chính,đánh dấu một năm thành công rực rỡ của đế chế xanh.

Theo thống kê đến năm 2109, thị phần của CPU trên máy tính của Intel đanggiảm dần do sự tăng trưởng mạnh của đế chế AMD

Tuy nhiên theo thống kê của Steam, thị phần của Intel trong tháng 1 năm nayđạt 66,41% so với 33,49% của AMD Số liệu này cho thấy Intel đã lấy đi của AMD5% thị phần Qua đó đánh dấu cho việc phát triển và dần chiếm lại thị trường từ taycác đối thủ cạnh tranh của CPU Intel

Hệ điềuhành 100% (2)

Hệ điều hành - abc

Hệ điềuhành 83% (6)

39

II Nội dung

1 Tổng quan về bộ xử lý Intel

Yêu cầu phần cứng của mỗi khách hàng là khác nhau, nhưng tất cả đều dựatrên kiến trúc cơ bản của intel Bản thân các bộ vi xử lý thường có một số điếmkhác nhau, bộ xử lý không không hoạt động một mình, nó hoạt động với các chip

hỗ trợ tương thích khác Sự khác nhau Bộ xử lý kiến trúc Intel hoạt động với chip

hỗ trợ khác nhau, 2 ví dụ điển hình của intel là bộ xử lý Intel® Core™ i7 hiệu suấtcao kết hợp với hiệu suất cao tương tự logic hỗ trợ (xem Hình 1) Thứ hai ví dụ vềchíp intel nhỏ hơn, chi phí thấp là hệ thống dựa trên bộ xử lý Atom (xem Hình 2)

Hình 1: Cấu trúc hệ thống bộ vi xử lý Intel® Core™ i7

Hình 2: Cấu trúc hệ thống của bộ vi xử lý ATOM

Các bộ vi xử lý của Intel thường được cấu tạo bở 2 thành phần cơ bản: chíp

xử lý và trung tâm điều khiển nền tảng Còn được gọi là cây cầu bắc và cây cầunam Ngày nay các chức năng của cây cầu bắc thường được bao gồm trong chính

bộ vi xử lý Trong khi cây cầu nam được thay bằng nhiều PCH-Platform ControllerHub (Trung tâm điều khiển nền tảng) Trước kia thì bộ vi xử lý Atom không cótrung tâm điều khiển nền tảng mà chỉ có chíp xử lý

Ngoài 2 thành phần này thì bộ vi xử lý còn có các thành phần khác như:DRAM, ROM, nguồn điện, các thiết bị ngoại vi cho hệ thống chẳng hạn như mạngcảm biến Hầu hết các hệ thống cũng bao gồm một số bộ nhớ cố định (VD: Flashhoặc E2PROM) và một số “glue logic”-logic liên kết khác

Hai ví dụ cho thấy Intel® Core™ i7 là hệ thống với bộ 2 chíp(bộ xử lý vàPCH), trong khi Intel Atom chỉ sử dụng 1 chíp duy nhất(bộ xử lý) với bộ điềukhiến tích hợp cái cũ được thiết kế cho hiệu suất cao hơn và khả năng mở rộng

nhiều hơn, trong khi sau này được tối ưu hóa cho kích thước nhỏ và chi phí thấp.Hai ví dụ trên chỉ là 2 ví dụ nổi bật trong rất nhiều các bộ vi xử lý của nhà Intel

2 Bộ xử lý Intel® Core™ i7

Ví dụ trong Hình 1 minh họa một hệ thống hiệu suất cao dựa trên bộ vi xử lýIntel Core i7 lõi tứ, Chipset Intel® Q87 (Intel® DH82Q87 PCH), hai dải DRAMDDR3 bên ngoài và một số thiết bị ngoại vi và giao diện Cấu hình này đại diệncho một hệ thống cao cấp với hiệu suất tối đa với khả năng tối đa và khả năng mởrộng

Trọng tâm của thiết kế hệ thống này là bộ xử lý Intel® Core™ i7-4770S, mộttriển khai 64-bit cao cấp của Kiến trúc Intel Cụ thể thế hệ thứ 4, hoặc “Haswell,”Intel Core i7 bộ xử lý thể hiện trong sơ đồ có một số tính năng đáng chú ý, baogồm:

 Bốn lõi CPU độc lập

 Đa luồng hai chiều trên mỗi lõi CPU

 DRAM DDR3 hai kênh tích hợp bộ điều khiển

 Bộ nhớ đệm L1, L2 và L3 tích hợp

 Kết nối Giao diện Phương tiện Trực tiếp (DMI)

 giữa bộ xử lý và PCH

Bộ xử lý Intel Core i7 đạt được hiệu suất cao thông qua nhiều lõi CPU của nó

và chạy đồng thời đa luồng các tính năng Giữa bốn lõi (trong ví dụ này) và haichiều đa luồng trên mỗi lõi, Intel Core i7 bộ xử lý xuất hiện với phần mềm là 8CPU 64-bit độc lập

Hình 3 cho thấy bên trong của bộ xử lý Intel Core i7, với bốn lõi CPU độc lậpcủa nó và các lõi khác các tính năng nổi bật

Hình 3: Cấu trúc bên trong của Intel® Core™ i7

Hình 4 cho thấy một sơ đồ khái niệm của cùng một bộ xử lý, minh họa cáchbốn CPU mỗi cái có bộ đệm L1 và L2 của riêng nó và bộ đệm được chia sẻ bộ đệmL3

Hình 4: Sơ đồ của Intel® Core™ i7

Bộ điều khiển DRAM trên chip của bộ xử lý chịu trách nhiệm về sự gắn kết

bộ đệm Nếu dữ liệu tại địa chỉ được yêu cầu không có trong một bộ nhớ cache của

bộ xử lý hoặc nếu dữ liệu trong bộ nhớ ngoài mới hơn bản sao lưu trong bộ nhớcache, bộ điều khiển bộ nhớ là yêu cầu lấy dữ liệu theo yêu cầu địa chỉ Truyền dữliệu giữa các bộ xử lý và bộ nhớ luôn là 64 rộng bit, toàn bộ chiều rộng của bộ đệmL2 trên bộ xử lý Nếu chỉ có một byte dữ liệu được yêu cầu, toàn bộ 64 bit đượctruy xuất nhưng bộ xử lý chỉ có thể sử dụng 8 trong số đó Bộ điều khiển bộ nhớ cóthể cấu hình thông qua BIOS để hỗ trợ về tốc độ và/hoặc kích thước của bộ nhớ.Làm mới DRAM là cũng được xử lý bởi bộ điều khiển bộ nhớ, sau khi nó đượccấu hình ban đầu Các loại, kích thước và tốc độ cụ thể của bộ nhớ được hỗ trợkhác nhau tùy theo bộ xử lý

Giao diện PCI Express (PCIe): là giao diện I/O băng thông cao nhất trong

Hệ thống kiến trúc Intel Số làn PCIe có thể thay đổi tùy thuộc vào bộ xử lý được

sử dụng, nhưng thường sẽ ở trong bội số của bốn Chiều rộng chung cho PCIe là

16 làn, vì đây là mức tối đa chiều rộng cho card đồ họa PCIe rời Giao diện PCIe

sử dụng cùng tín hiệu khác biệt như DMI, mặc dù PCIe hỗ trợ tốc độ truyền tải caohơn Các thông số kỹ thuật PCIe ban đầu chỉ định dữ liệu tốc độ 2,5 GT/giây (250MB/giây) mỗi làn, Tương tự với DMI Thế hệ thứ hai của PCIe tăng gấp đôi tốc độ

dữ liệu lên 5 GT/giây (500 MB/giây)

Intel’s Direct Media Interface (DMI) - Giao diện phương tiện trực tiếp của Intel:

DMI là tên được đặt cho liên kết giữa bộ xử lý Intel Core i7 và chip đồnghành, chipset Intel Q87 (Intel® DH82Q87 PCH) DMI tương tự giao diệnđược sử dụng bởi một số bộ xử lý được triển khai khác nhau và PCH, baogồm Intel Core i7-4770S, Intel® Core™ i5-4570S, Intel® Core™ i3-4330

bộ xử lý, bộ xử lý Intel® Pentium® G3420, bộ vi xử lý Intel Q87, Intel®H81 Chipset Express và chipset Intel® C226 Bus DMI là một liên kết điểm-

điểm, tốc độ cao giữa hai chip, như minh họa trong sơ đồ Nó khác vớiIntel® QuickPath Interconnect (Intel® QPI) trong đó nó chỉ hỗ trợ hai conchip: một bộ xử lý và PCH, trong khi Intel QPI được sử dụng trong cấu hìnhnhiều ổ cắm với hai hoặc nhiều bộ xử lý hơn DMI hỗ trợ chuyển tốc độ 2GB/giây trên mỗi hai làn đường một chiều

DMI được triển khai dưới dạng bốn liên kết nối tiếp với các chântruyền và nhận chuyên dụng Các liên kết nối tiếp này được gọi là "làn" vàtất cả đều sử dụng tín hiệu vi sai Như vậy, các DMI là 4 làn × Truyền vàNhận (2) × tín hiệu vi sai (2) = 16 chân DMI hỗ trợ báo hiệu 2,5 tỷ lầnchuyển/ giây (Các chip khác triển khai DMI 2.0 có thể đạt được 5 GT/giây.) DMI cũng tích hợp dịch vụ dựa trên mức độ ưu tiên nâng cao, chophép thực hiện đồng thời lưu lượng và truyền đồng thời khả năng cải thiệnhiệu suất trên giao diện QPI trước đó Điều này đảm bảo rằng hệ thống conI/O (PCI Express, âm thanh, SATA, USB, v.v.) nhận băng thông cần thiếtcho hiệu suất cao nhất

Platform Controller Hub (PCH) - Trung tâm điều khiển nền tảng (PCH)

Chip Trung tâm Bộ điều khiển Nền tảng (PCH) là một thiết bị tíchhợp cao nhằm thực hiện tất cả các tính năng có giá trị cao và giao diện cầnthiết cho một hệ thống tầm trung đến hệ thống cao cấp Tùy thuộc vào môhình cụ thể của chip PCH, nó có thể cung cấp một bộ điều khiển cho nhiềungân hàng của DRAM, bộ điều khiển cho nhiều đồ họa hiển thị (một máygia tốc có thể là có mặt trên chính bộ xử lý), một số Giao diện USB, bộ điềukhiển SATA cho ổ đĩa và phương tiện lưu trữ khác, một Cổng Ethernet LAN,

Âm thanh độ phân giải cao(Intel® HD Audio), v.v

Như sơ đồ trong Hình 5 cho thấy, PCH kết nối trực tiếp với DMI của

bộ xử lý giao diện, không có kỹ thuật bổ sung yêu cầu từ nhà phát triển Đơngiản kết nối các chân thích hợp và đi Bản thân PCH là một thành phần phức

tạp và có thể lập trình bằng phần mềm với một số Các tính năng nâng caohiệu suất hệ thống và độ tin cậy Đứng đầu trong số đó là:

 Bộ điều khiển cổng gốc PCI Express Trong trường hợp của chipsetIntel Q87 (Intel® DH82Q87 PCH), PCH hỗ trợ lên đến tám cổng gốcPCI Express 2.0 hỗ trợ lên đến 5 GT/giây (năm tỷ lần chuyển mỗigiây)

 Lên đến sáu cổng SATA, tích hợp Bộ điều khiển AHCI và tốc độ dữliệu là 6.0, 3.0 và 1,5 Gb/giây trên tất cả các cổng

 MAC LAN Ethernet IEEE 802.3 hỗ trợ dữ liệu 10/100/1000Mbit/giây tỷ lệ và khung jumbo

 Công nghệ ảo hóa Intel® (Intel® VT) cho I/O được hướng dẫn(Intel® VT-d); Intel® Công nghệ chống trộm (Intel® AT); Intel®Công nghệ thực thi tin cậy (Intel® TXT)

 Bộ điều khiển đồng hồ, bộ điều khiển DMA, sự kiện bộ hẹn giờ, đồng

hồ thời gian thực, ranh giới JTAG quét, giao diện đếm pin thấp chomột mô-đun nền tảng đáng tin cậy (TPM), giao diện ngoại vi nối tiếp(SPI) và nhiều hơn nữa

PCH đóng vai trò là cầu nối hoặc bộ điều khiển cho một nhiều giaodiện tiêu chuẩn công nghiệp cho phép người thiết kế hệ thống lựa chọn từmột loạt các thiết bị ngoại vi khác nhau

3 Bộ xử lý Intel® Atom™

So với Intel Core i7 hệ thống dựa trên bộ xử lý được mô tả ở trên, một bộ xử

lý dựa trên Intel Atom hệ thống gần như đơn giản

Bộ xử lý Intel Atom là một bộ xử lý khá gần đây bổ sung cho họ kiến trúcIntel của bộ vi xử lý 32-bit Nó được dành cho hệ thống nhúng có kích thước nhỏ,