Những kiến thức về CPU

Những kiến thức về CPU

Những vấn đề xung quanh CPU

PCWorld VN 7/99

Người mua máy tắnh chua bao giờ có nhiều khả năng lựa chọn CPU nhu ngày nay Nhung trước khi quyết đị

nh mua loại nào, bạn cung nên bỏ thời gian tìm hiểu những sản phẩm đang có trên thị trường

Sự bùng nổ các chủng loại máy tắnh trên thị trường khiến nhiều người thực sự bối rối Bãn khoãn đầu tiên của họ là CPU (Central Processing Unit - bộ xử lý trung tâm): Cho dù Intel chiếm phần lớn thị phần máy PC, nhung AMD (Advanced Micro Devices) cung không phải là không có chỗ đứng Ngoài ra, một số nhà sản xuất khác cung vẫn nỗ lực đua ra các lo

ại CPU khác nhau Tất cả đều mong muốn thị phần của mình sẽ ngày một lớn hon

Kết quả của sự cạnh tranh ngày càng gay gắt này là có rất nhiều loại CPU ra đời Giá máy tắnh cấp thấp rớt xuống d ưới 1000 USD, còn loại cao cấp tuy có đắt hon nhung chip lại rất mạnh, có thể đáp ứng mọi nhu cầu của người dùng Gi

ữa hai "đẳng cấp" chip nói trên còn tồn tại một "đẳng cấp" trung gian Mỗi loại chip đều ẩn chứa những bắ mật riêng về tắnh nãng, tên mã nhà sản xuất, chuẩn, cung nhu các thuật ngữ máy tắnh chung khác Câu trả lời cho những vấn đề thườ

ng gặp đó sẽ giúp bạn tháo gỡ vướng mắc và hiểu được chặng đường phát triển của chip

Thực chất CPU là gì?

CPU trong máy tắnh của bạn là một chip, tức là mạch tắch hợp điện tử thu nhỏ, chịu trách nhiệm trực tiếp hay gián tiếp

về mọi hoạt động của máy tắnh CPU là đầu não điều khiển máy tắnh từ lúc khởi động cho đến khi tắt máy

Các quảng cáo cho máy PC đều đề cập tới thông số megahertz Vậy megahertz là gì?

Thông số megahertz đặc trung cho tốc độ hoạt động của CPU Nói một cách nôm na, thông số này đo "nhịp tim" của chip Con số đứng trước megahertz chỉ ra có bao nhiêu triệu nhịp đập diễn ra trong một giây Vắ dụ, chip 400MHz đập 400 triệu nhịp/giây, gấp đôi số lần của chip 200MHz

Những thuật ngữ thông dụng cần biết

Để có cái nhìn khái quát trước khi đi sâu vào các khái niệm, bạn hãy tham khảo phần từ điển thuật ngữ "Những thuật

ngữ cãn bản" trong bài này Một số nguồn trực tuyến, nhu Webopedia, The PC Guide hay Tom' s Hardware Guide, cung cung cấp định nghia về các thuật ngữ máy tắnh co bản

Trên thị trường hiện nay, CPU của Intel bán chạy nhất, trong đó chủ đạo là dòng Pentium Vậy có bao nhiêu loại chip Pentium và chúng khác nhau nhu thế nào?

Cho đến nay, Intel đã đua ra bốn thế hệ Pentium Đầu tiên là Pentium thế hệ thứ nhất, bộ xử lý 32 bit, nghia là nó xử

lý được 32 bit dữ liệu đồng thời Với số lượng transitor nhiều hon gấp ba so với thế hệ CPU trước đó chip 486

-Pentium bắt đầu sự nghiệp vào nãm 1993 ở tốc độ dưới 100MHz

Ra đời sau Pentium là Pentium Pro và Pentium II Cho dù đều là chip 32 bit và cùng có tên Pentium nhung Intel đã quan tâm cải tiến để chúng xứng đáng là những chip thế hệ thứ sáu Nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng trên các server, Pentium Pro có hai vùng luu trữ dữ liệu (thường gọi là cache) L1 và L2 Việc thêm cache phụ L2 vào CPU tuy có làm tãng giá thành của chip nhung đã đem lại khả nãng truyền thông tin với tốc độ của CPU

Để có thông tin về k ết quả thử nghiệm CPU của

Intel, AMD và các nhà chế tạo k hác, hãy thăm Web

site của Tom' s Hardware Guide tại www.to

mshardware.com.

Một trong những điểm mới của Pentium II là thiết kế Slot 1, nghia là CPU được tổ chức trên một bo mạch con để cắm vào bo mạch mẹ (motherboard) qua khe cắm dài và mảnh Cache L2 cung thuộc bo mạch con nói trên nhung không được tắch hợp vào CPU Thiết kế này có một vài thuận lợi: rẻ hon thiết kế của Pentium Pro, cho phép Intel tãng kắch thước cache L2, đồng thời tãng tốc độ của cache L2 lên bằng 1/2 tốc độ CPU Theo thời gian, tốc độ của Pentium II tãng từ 233MHz lên 450MHz và nhờ đó, tốc độ của cache L2 cung tãng theo

Bước cuối cùng trong nấc thang tãng trưởng của Pentium là sự ra đời của chip thế hệ thứ bảy - Pentium III

Điểm khác biệt giữa Pentium III và các chip Pentium thế hệ trước là gì?

Theo Intel, chip Pentium III có nhiều cải tiến nhung chủ yếu tập trung vào khả nãng xử lý ảnh ba chiều, nhận dạng tiếng

nói, chất lượng phát video (đạt tốc độ 30 khung hình/giây) và tốc độ truy cập Internet Tuy nhiên, những hứa hẹn này cần phải có thời gian kiểm chứng Hai vật cản lớn trên con đường phát triển của Intel là: sự cần thiết có các phần mềm mới

và tốc độ kết nối Internet của người dùng

Intel đã bổ sung 70 lệnh mới vào tập lệnh của Pentium III Do một lệnh đon trong tập lệnh có thể xử lý đồng thời một số mục dữ liệu, nên Intel gọi là SSE (Streaming Single Instruction, Multiple Data [SIMD] Extension) Khi các nhà phát triển phần mềm viết chuong trình multimedia, những lệnh này sẽ góp phần cải thiện việc xử lý ảnh, phát video và nhận dạng tiế

ng nói

Những điều kiện khách quan cung có thể hạn chế khả nãng của Pentium III trong truy cập Internet Theo lý thuyết, Pentium III hiển thị ảnh ba chiều thật hon, chiếu video tốt hon, tuy nhiên người sử dụng chỉ có được các lợi thế này khi k

ết nối trực tiếp Internet với tốc độ truyền dữ liệu ắt nhất là 1,5 Mb Một modem thông thường tốc độ 56,6 Kb/s nối qua đường điện thoại sẽ khó tận dụng được uu thế của Pentium III

Các hệ thống Pentium III đầu tiên trên thị trường được trang bị 512K cache L2, bus hệ thống 100MHz và tốc độ CPU là

450 hay 500MHz Pentium III 550MHz được đua ra vào quắ II nãm 1999

Chip Celeron là gì? Nó có thuộc loại Pentium?

Celeron thuộc vào lớp con của Pentium II Chúng cung mắc phải những vấn đề lịch sử Intel giới thiệu chip Celeron với

mục đắch hình thành thị trường PC giá rẻ (dưới 1000 USD) Công ty đã hạ giá chip bằng cách bỏ qua cache L2, do vậy tố

c độ chip này còn thấp hon cả Pentium MMX 233MHz Các nhà sản xuất, giới báo chắ và người tiêu dùng đều đánh giá th

ấp loại chip này

Intel đã xem xét lại Celeron, cải tiến nó thành Celeron II và bổ sung 128K cache L2 Kết quả là hiệu nãng của CPU tãng đáng kể do cache L2 có tốc độ bằng tốc độ CPU Các thử nghiệm cho thấy, chip Celeron 300MHz với cache L2 128K chạ

y ngang với chip Pentium II có 512K cache L2 gắn riêng

Tiếp tục, Intel cho ra đời những chip Celeron có tốc độ ngày càng cao, từ 300MHz lên 333MHz, 366MHz, 400MHz và 433MHz Do cả Celeron và Celeron II đều có tốc độ 300MHz nên đã nảy sinh sự nhầm lẫn Cho dù Intel đã ngung sản xuấ

t chip Celeron nguyên thủy, nhung chúng vẫn xuất hiện trong sản phẩm của một số nhà phân phối Nếu bạn chỉ có khả nãng mua máy tắnh dùng Celeron 300MHz thì hãy lựa chip cải tiến 300A

Câu chuyện chip Xeon của Intel

Xeon bắt đầu sự nghiệp của nó khi còn là lớp con của Pentium II Ngày nay, Intel đã xếp Xeon vào lớp Pentium III.

Cung nhu Pentium Pro, Xeon được thiết kế dành cho server và các trạm làm việc trung và cao cấp Vì vậy người dùng máy tắnh thông thường không phải bận tâm nhiều về loại chip này

Vậy tại sao khi mua máy tắnh vẫn phải cân nhắc đó là Pentium III hay Celeron II? Phải chãng vì chúng cho phép ai đó thu thập thông tin cá nhân của người dùng qua Internet?

Dường nhu câu hỏi trên muốn đề cập tới tắnh nãng gây tranh cãi mà Intel gọi là Processor Serial Number (PSN) Tháng Giêng vừa qua, Intel công bố sẽ đua PSN vào tất cả các chip Celeron II, Pentium II và Xeon Ngay sau đó công ty nhận được sự phản đối kịch liệt từ phắa người dùng và các nhóm quan sát

Với ý định trợ giúp người quản trị mạng và các doanh nghiệp có hoạt động kinh doanh trên Internet, PSN cho phép kiể

m tra danh định của máy tắnh, hay rộng hon là cho phép tập hợp thông tin về người sử dụng Rất nhiều người lo ngại rằng những tổ chức và cá nhân phi pháp có thể xây dựng các Web site và sử dụng PSN để thu thập thông tin về hoạt động củ

a khách thãm Internet

Nhằm tránh những phản ứng dữ dội từ phắa người dùng, Intel công bố là sẽ đua ra phần mềm cho phép tắt tắnh nãng PSN khi khởi động và sau đó nếu muốn thì có thể bật trở lại từ Control Panel trong Windows.Tuy nhiên, những người phả

n đối PSN không "khoái" lắm giải pháp này Trước hết, họ nói rằng nên đặt trạng thái mặc định của ID (Identification -danh định) là tắt Vì nếu phần mềm Intel đua ra không chạy hay thực thi không hợp lý, định -danh PSN sẽ bị đánh cắp mà người sử dụng không biết Hon nữa, để việc loại bỏ PSN có hiệu lực thì phần mềm phải có khả nãng chống sự quấy rối Hiện nay, làn sóng phản đối PSN vẫn chua hoàn toàn lắng xuống Tuy nhiên, nhà sản xuất máy tắnh IBM công bố rằng

họ sẽ vô hiệu hóa tắnh nãng ID trong các chip Pentium III Một số nhà chế tạo khác cung đua ra biện pháp hỗ trợ tuong tự

- loại bỏ tắnh nãng ID bằng chuong trình cài trong BIOS

Để có những thông tin mới xung quanh vấn đề ID, bạn hãy thãm hai Web site là Electronic Privacy Information Center (EPIC) và Big Brother Inside

Đối thủ chắnh của Intel là AMD đã tung ra thị trường những loại chip nào?

AMD bắt đầu tuyên chiến với Intel từ khi đua ra chip AMD-K6 dành cho thị trường cấp thấp K6 đã làm thay đổi phần

nào sự phát triển của CPU trên thị trường máy tắnh cá nhân Đứng trước hiện trạng K6 được chấp nhận từ phắa các nhà chế tạo PC cung nhu người dùng, Intel đã phải tãng cường vào thiết kế loại Pentium giá thấp, tức Celeron

Tiếp sau AMD-K6 là chip AMD-K6-2 có giá phải chãng, rẻ hon 25% so với CPU dùng chip Celeron II tuong ứng Đặc điể

m co bản để phân biệt K6-2 với các đối thủ Pentium là 3DNow! Đây là công nghệ do AMD và một số đối thủ cạnh tranh củ

a Intel hợp tác phát triển 3DNow! bổ sung một tập 21 lệnh cho CPU nhằm tãng cường khả nãng xử lý hình ảnh và tiếng nói Thoạt nghe có vẻ nhu AMD chạy theo SSE của Intel, nhung thực tế 3DNow! ra đời sớm hon SSE (Streaming SIMD Extension) tới chắn tháng Mặc dù vậy, khởi đầu tốt đẹp này cung không đem lại nhiều uu thế cho AMD, bởi để người sử dụng đạt được đầy đủ tắnh nãng của 3DNow!, phần mềm ứng dụng phải có các lệnh mới bổ sung

Do Intel đang giữ bản quyền công nghệ Slot 1 nên AMD đã chọn chuẩn cu là Socket 7 để thiết kế K6-2, thiết kế này được gọi là Super7 Trong cấu hình cu, kênh truyền thông giữa CPU và cache L2 chạy ở tốc độ 66MHz nhung với Super7, tốc độ này đạt tới 100MHz Hiện nay tốc độ của các chip K6-2 là từ 300MHz đến 475MHz

Tuong tự K6-2, CPU K6-III của AMD cung hỗ trợ công nghệ 3DNow! Chip được bổ sung khả nãng cache tãng cường gọi

là TriLevel Cache Hệ thống cache này có 3 lớp, cache L1 và L2 nằm ngay trên CPU, tốc độ truyền tin giữa CPU và cache L2 bằng tốc độ CPU Cache L3 chạy ở tốc độ 100MHz Cách bố trắ này có thể tạo ra cache có khả nãng luu trữ 2368K dữ liệu Theo AMD, Pentium III chỉ có thể chứa cache với độ lớn tối đa là 544K Cho đến nay, tốc độ của chip K6-III là 400 và 450MHz

Sự khác biệt về hiệu năng giữa Pentium III và K6-III nhu thế nào?

Nhiều nhà bình luận tiên đoán rằng cuộc đua giữa Intel và AMD sẽ lặp lại kịch bản đã xảy ra trước đây:

- AMD tung ra một chip mới và chip này vượt lên trước trong một thời gian ngắn

- Sau đó Intel đáp lại ngay bằng một CPU nhanh hon và giành lại vị trắ hàng đầu

Hiện tại, tốc độ Pentium III vẫn cao hon trong những tắnh toán dấu chấm động, các loại tắnh toán cần thiết trong đồ hoạ 3D Có được điều này là do Pentium III có thể thực hiện đồng thời các lệnh tắnh toán dấu chấm động, MMX và SSE K6-III cung thực hiện được những lệnh tắnh toán này nhung không đồng thời Tuy nhiên, K6-III tỏ ra khá hiệu quả trong các ứng dụng nghiệp vụ thông thường Hon nữa, giá chip K6-III rẻ hon so với Pentium III nên nó vượt Pentium III của Intel trên phuong diện giá/tốc độ

Các chuyên gia tiên đoán rằng với hai chip cùng tốc độ của Intel và AMD thì chẳng có chip nào tỏ ra mạnh hon khi chạ

y chuong trình đã được tối uu hóa cho chip Nói cách khác, Pentium III 450MHz chạy chuong trình tối uu cho SSE cung tuong đuong nhu K6-III 450MHz chạy chuong trình tối uu cho 3DNow!

Còn công ty nào cung sản xuất CPU cho PC?

Cyrix Corp (trực thuộc National Semiconductor Corp.) và Integrated Device Technology chỉ là những tên tuổi mà bạn có

thể ghi nhận Hầu hết các nhà sản xuất, các doanh nghiệp và người sử dụng quan tâm đến PC đều tập trung vào Intel và AMD

Những sản phẩm sắp ra đời của Intel và AMD

Intel tiết lộ công ty sẽ sử dụng Pentium II làm co sở cho một số loại CPU Celeron mới của máy xách tay Mới đây, Intel đua ra chip thử nghiệm 600MHz mang tên Geyserville (xem mục "Giải nghia các tên mã") Geyserville cung cấp hai chế độ làm việc: chế độ tốc độ cao khi sử dụng trong gia đình hay vãn phòng và chế độ tốc độ thấp khi tắnh toán luu động

Trên mặt trận Pentium III, Intel hứa hẹn tãng tốc độ truyền thông tin trên bus hệ thống tới CPU từ 100MHz lên 133MHz Nhung đây không phải là bước đột phá, bằng chứng là vào tháng Ba, Intel đã đua ra chip thử nghiệm Pentium III với tốc

độ 1GHz (1000MHz) Về phuong diện kỹ thuật, các chip Pentium của Intel là loại 32 bit Cao hon linh vực này, đi vào khả nãng xử lý song song, Intel đang thực hiện đề án CPU 64 bit đầu tiên gọi là Merced IA-64 Công ty dự kiến giới thiệu Merced vào cuối nãm 2000 và đến cuối nãm 2001 sẽ tới McKinley có tốc độ bus hệ thống tãng gấp ba lần so với Merced

Cả Merced và McKinley đều nhắm vào thị trường server và trạm làm việc Còn AMD thì quyết tâm đua ra AMD-K7 tốc độ 500MHz vào giữa nãm 1999 (có thể trước khi bạn đọc bài báo này) AMD-K7 dùng thiết kế Slot 1, tốc độ truyền thông tin trên bus hệ thống là 200MHz AMD nói rằng chip K7 bao gồm công nghệ 3DNow! và cache L1 128K

Quốc Hùng

Practical Windows 7/1999

Giải nghia các tên mã

Giống nhu đối với Microsoft và các nhà phát triển phần mềm khác, bạn có thể tham khảo các chip sắp ra đời thông qua tên mã Thông thường tên mã sẽ biến mất khi chip được đua ra thị trường Sau đây là danh sách một số tên mã: Cooper Mine - CPU sắp ra đời của Intel Đó là chip Pentium III tắch hợp cache L2 256K

Dixon - Chip Pentium II 500MHz của Intel dùng cho máy tắnh di động

Geyserville - Một công nghệ chip di động mới sẽ đua ra vào cuối nãm 1999 Dự tắnh, CPU này sẽ rút ngắn khoảng cách về tốc độ giữa máy tắnh để bàn và máy xách tay

Katmai - Là tên khác của Pentium III Đôi khi bạn sẽ thấy phần tham chiếu tới tập lệnh Katmai, gồm 70 lệnh mới của CPU

Mendocino - Tên mã của chip Celeron II

Merced - Tên các chip của Intel được chế tạo dựa trên kiến trúc IA-64

McKinley - Là chip cải tiến từ Merced sẽ được đua ra vào cuối nãm 2001 Chip này dự kiến có tốc độ bus hệ thống nhanh gấp ba lần so với Merced

Sharptooth - Tên mã K6-III của AMD

Tanner - Tên khác của chip Xeon

Willamette - Là chip được chế tạo dựa trên lõi Pentium II đã được điều chỉnh Theo dự báo thì chip này nhanh gấp 1,5 lần Pentium II

Những thuật ngữ căn bản

Bảng thuật ngữ sau sẽ giúp bạn nắm được các khái niệm co bản

3DNow! - tập gồm 21 lệnh CPU nhằm tãng tốc độ truyền thông giữa CPU và card đồ họa 3D Các lệnh này đua ra khả nãng tạo hình ảnh thật hon trên màn hình và hình video mịn Công nghệ 3DNow! tuong tự nhu công nghệ SSE của Intel Bus - đường truyền điện tử để truyền dữ liệu giữa các bộ phận trong máy tắnh Khi đề cập tới CPU, bus hay bus hệ thống (system bus) ám chỉ mối liên kết giữa CPU hay bộ nhớ với các thành phần khác của PC

Cache - vùng nhớ mà CPU dùng để luu các phần của chuong trình, các tài liệu sắp được sử dụng Khi cần, CPU sẽ tìm thông tin trên cache trước khi tìm trên bộ nhớ chắnh

Integrated cache (cache tắch hợp) - cache được hợp nhất ngay trên CPU Cache tắch hợp tãng tốc độ CPU do thông tin truyền đến và truyền đi từ cache nhanh hon là phải chạy qua bus hệ thống Các nhà chế tạo thường gọi cache này là on-die cache

Cache L1 - cache chắnh của CPU CPU trước hết tìm thông tin cần thiết ở cache này Ơở các chip Pentium thì cache L1

là cache tắch hợp

Cache L2 - cache thứ cấp Thông tin tiếp tục được tìm trên cache L2 nếu không tìm thấy trên cache L1 Cache L2 có tốc

độ thấp hon cache L1 và cao hon tốc độ của các chip nhớ (memory chip) Trong một số trường hợp (nhu Pentium Pro), cache L2 cung là cache tắch hợp

Megahertz - số đo tốc độ tắnh toán của CPU Một megahertz cho một triệu chu trình xử lý trong một giây

MMX (Multimedia Extensions) - tập gồm 57 lệnh multimedia do Intel phát triển nãm 1997 Mục đắch chắnh của MMX là nâng cao hiệu quả xử lý các lệnh lặp về âm thanh, hình ảnh và đồ họa Máy đạt được điều này phần nào do một dòng lệ

nh đon có thể xử lý đồng thời một số mục dữ liệu

Motherboard (bo mạch mẹ) - bo mạch chắnh trong máy PC Tất cả các bo mạch khác đều cắm vào bo mạch chắnh và nhận thông tin điều từ bo mạch này

SIMD (Single Instruction, Multiple Data) - phuong pháp xử lý thông tin, cho phép một lệnh xử lý một số mục dữ liệu đồng thời Các tập lệnh MMX, 3DNow! và SSE được xây dựng xoay quanh khái niệm này

Slot 1 - khe cắm dài và mảnh nằm trên bo mạch chắnh Nó dùng để cắm card chứa CPU vào bo mạch chắnh Card chứa CPU gồm có CPU và cache L2 Thiết kế này dùng cho bộ xử lý Pentium II nhằm tãng tốc độ của cache L2

Slot 2 - cung là khe cắm dùng để cắm card CPU (gồm CPU và cache L2) vào bo mạch chắnh Khác với thiết kế Slot 1, thiế

t kế Slot 2 cho phép CPU giao tiếp với cache L2 ở tốc độ của bộ xử lý

Socket L7 Connector - đế cắm hình chữ nhật nằm trên bo mạch chắnh dùng để cắm CPU vào Trước đây, các chip Pentium và AMD dùng thiết kế này, sau đó nó được thay dần bởi thiết kế Slot 1

Super 7 - bản cải tiến của thiết kế Socket 7 Super 7 thống nhất tốc độ bus hệ thống là 100MHz Thay đổi thiết kế này cho phép nâng cao 50% tốc độ truy cập tới cache L2 và bộ nhớ chắnh

SSE (Streaming SIMD Extension) - tập gồm 70 lệnh mà Intel đua vào Pentium III để phục vụ việc xử lý dữ liệu Các lệnh này hỗ trợ cho xử lý ảnh, video, âm thanh và dữ liệu ba chiều

Thông tin cho bạn

Để biết thêm chi tiết về các nhà sản xuất, công nghệ chip và các vấn đề về PSN của Intel, hãy thãm các Web site sau:

 Advanced Micro Devices (AMD)

http://www.amd.com/

 The Brotherhood of the CPU

http://www.processor.org/

 Electronic Privacy Information Center (EPIC)

www.epic.org

Big Brother Inside

http://www.bigbrotherinside.com/

 Intel Corp

http://www.intel.com/

 The PC Guide

http://www.pcguide.com/

 Tom's Hardware Guide

 Webopedia

http://www.webopedia.com/