bìa giảng kỹ thuật vi xử lý

Mục đích • Giúp sinh viên nắm cơ bản về kiến trúc bên trong của các bộ vi xử lý • Hiểu được nguyên lý, các kỹ thuật để nâng cao tốc độ của vi xử lý • Các công nghệ tiên tiến về kỹ thuật

Trường Đại học Khoa học Huế

Khoa Công nghệ thông tin

Bài giảng: Kỹ thuật Vi xử lý

-Biên sọan: Võ Thanh Tú

Mục đích

• Giúp sinh viên nắm cơ bản về kiến trúc bên trong của các bộ vi xử lý

• Hiểu được nguyên lý, các kỹ thuật để nâng cao tốc độ của vi xử lý

• Các công nghệ tiên tiến về kỹ thuật vi xử lý từ đơn giản đến phức tạp

Nội dung chính

• Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

• Chương 2: TỔ CHỨC BÊN TRONG MÁY VI TÍNH

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

• I Giới thiệu vài nét về qui trình công nghệ sản xuất :Sơ lược qua từ vật liệu Silic, các lớp bên trong ->Sơ đồ mạch bên trong vi xử lý

• II Hoạt động cơ bản của Vi xử lý

• III Quá trình phát triển vi xử lý

Intel 8086 - 8088 (1978)

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

• IV Mô hình cấu trúc máy tính

- Mô hình cấu trúc Von Neuman

- Mô hình cấu trúc Harvard

• V.Giới thiệu về hệ thống xử lý song song

SISD SIMD MISD MIMD

Các kiểu của bộ xử lý song song

VI Siêu máy tính

1 Hệ thống Hitachi SR2201

2 Hệ thống Hitachi SR8000

Chương 2: TỔ CHỨC BÊN TRONG MÁY VI TÍNH

II Bộ xử lý trung tâm (CPU:Central Processing Unit)

Bộ điều khiển Bộ số học-logic Các thanh ghi

• Họat động chung của Bộ vi xử lý:

• - Giai đọan nạp chương trình- Giải mã chương trình,

• - Thực thi chương trình - Hòan tất chương trình

• III.Bộ nhớ - IV Các mạch ghép nối và điều khiển vào ra

• Mạch đkhiển ngắt PIC 8259 Mạch đkhiển DMAC 8237 - USART

V Hệ thống vận chuyển thông tin Bus

11

Bus đồng bộ (Synchronous bus)

Các bus mở rộng :

Bus ISA(Industry Standard Architecture),

MCA (Micro Channel Architecture) VESA Local bus (Video Electronics

Standard Association local bus) Bus PCI(Peripheral Component Interface) AGP (Accelerated Graphics Port).

VI Sự phát triển của Chipsets và Mainboard:

• Bộ chipset mới giới thiệu hai cải tiến quan trọng về cấu trúc là :

• Công nghệ Tăng tốc hiệu suất (PAT - Performance Accelaration

Technology) của Intel và Cấu trúc truyền thông liên tục (CSA -

Communications Streaming Architecture)

• Điều chỉnh linh hoạt điện thế CPU

• Mainboard

Chương 3: BỘ VI XỬ LÝ PENTIUM

I Cấu trúc bộ xử lý CISC so với RISC

II Kiến trúc Pentium

Bảng so sánh tổng quan của họ vi xử lý Pentium I

Ví dụ: Vi xử lý Pentium với công nghệ MMX/166/200/233

Bộ vi xử lý Xeon Pentium II

Họ vi xử lý Pentium IV

Bộ nhớ cache và đơn vị tiền đọc lệnh

Giải mã -Lập lịch- Đơn vị thực hiện

II Tập các thanh ghi:

Cách dùng thanh ghi đoạn trong mô hình bộ nhớ phân đoạn

III Chức năng và sự phát triển của Cache :

Với những máy PIII, PIV được phát triển Cache L3, người ta cố găng đưa dần các bộ nhớ Cache vào bên trong càng nhiều càng tốt

Dữ liệu lưu trữ được truyền tới CPU

VI Cấu trúc và nguyên tắc họat động của Cache

1 Cấu trúc của Cache - Sắp xếp địa chỉ

• Trong đa số các hệ thống hiện nay Cache được chia thành các tập hợp (Sets) Mỗi tập hợp có một số dòng (lines) Sự sắp xếp địa chỉ giữa bộ nhớ chính và Cahe với k tập hợp

• VD: Set 0 Line 0 Set 1 Line 1 Set 2 Line 2 Line k-1.Line k.Line k+1.Line k+2Set k-1 Line 2k-1Line 2k

• Ví dụ: Nếu SET 1= 00005FFh, ta chuyển sang dạng nhị phân:

• SET 1= 0000 0000 0000 0000 0101 1111 1111 Từ đó ta có: Tag = 0000 0000 0000

0000 010 = 2(10)

• Tag_Valid = 1, do đó những dòng trong Line_Valid_Bit = 1111 1111 sẽ hữu hiệu Tức

là tất cả 8 dòng trong Cache đều hữu hiệu.

Cache tổ chức theo 2 dạng sau: Cache trực tiếp và cache 2

đường.

x(B) x(A)

Bank A

x(2) x(1)

Hoạt động của bộ nhớ Cache.

• Giả sử CPU đọc 1 khối nhớ k lần

• Nếu không có cache:

– CPU đọc khối trên bộ nhớ k lần

• Nếu có cache:

– Lần 1: CPU đọc khối trên bộ nhớ và ghi khối vào cache

– k-1 lần còn lại: CPU đọc khối trên cache

• Khi CPU cần truy xuất 1 khối nhớ, CPU tìm khối trên cache

• Nếu khối có trên cache:

– CPU truy xuất khối trên cache

• Nếu khối chưa có trên cache:

– CPU truy xuất khối trên bộ nhớ

– CPU ghi khối vào cache

Ánh xạ trực tiếp

Quá trình chuyển dữ liệu giữa các nhân trong bộ xử lý K10

Chương 5: CÁC CÔNG NGHỆ VI XỬ LÝ TIÊN TIẾN

• Đa nhân: nghĩa là có nhiều CPU trên 1 chip

• Dual core (“công nghệ 2 nhân” hay “công nghệ lõi kép”): là 2 CPU

được gắn kết trên 1 con chip để tăng tốc độ

• Core 2 duo: CPU Core 2 Duo được sản xuất trên công nghệ xử lý

silicon siêu nhỏ của Intel 65nm, tích hợp 291 triệu bóng bán dẫn (transistor), có đường ống dẫn ngắn chỉ 14 giai đoạn, với 2 nhân

vật lý được đóng trong 1 gói (package), Bộ nhớ Cache L1 cho lệnh

32 KB và dữ liệu 32KB cho mỗi lõi, hoạt động độc lập ở cùng một

tốc độ và chia sẻ cache L2

• Công nghệ siêu phân luồng (hyper-threading):

II Vi cấu trúc P5:

Cấu trúc Superscalar: Pentium có hai đường dữ liệu (Pipeline), cho phép

hoàn thành nhiều hơn một lệnh trong một chu kì xung nhịp Clock

Đường dữ liệu 64-bit

III Họ Vi cấu trúc P6

Cơ chế thực hiện lệnh trong kiến trúc họ P6

Ví dụ: Sơ đồ kiến trúc PIII

Quản Lý Điện Năng Thông Minh

(Intelligent Power Capability)

Đệm Thông Minh Tiên Tiến

(Advanced Smart Cache)

Truy Xuất Bộ Nhớ Thông Minh

(Smart Memory Access)

Tăng Tốc Phương Tiện Số Tiên Tiến (Advanced Digital Media

Boost).

Mỗi nhân có thể xử lý đồng thời 4 hàng lệnh

Vi kiến trúc Intel Core xử lý lệnh SIMD 128bit trong một xung nhịp

Thank you

• TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Cấu trúc máy tính, Trần Quang Vinh

• Tổ chức và cấu trúc máy tính, W Stallings, Prentice Hall, 2000.

• Cấu trúc máy tính, Các hệ thống đơn và song song, M R Zargham, Prentice Hall, 1996

• Kỹ thuật vi xử lý và máy vi tính, Đỗ Xuân Thụ, Hồ Khánh Lâm

• Computer Architecture: A Quantitative Approach, A Patterson and J Hennesy, Morgan Kaufmann Publishers, 2nd Edition, 1996

• Computer Otganization and Architecture: Designing for Performance, Sixth

Edtion, William Stallings, Prentice Hall

• IA-32 Intel® Architecture Software Developer’s Manual - Volumn1

• Intel® Pentium® 4 Processor

• Intel® Pentium® III Processor

• Pentium® II Processor Developer's Manual

• PENTIUM® PROCESSOR WITH MMX® TECHNOLOGY

• Intel® Pentium® 4 Processor Supporting Hyper-Threading Technology