bai1-_gioithieu

KỸ THUẬT VI XỬ LÝMicroprocessor

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BCVT 1 TS. HÀ HẢI NAMKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1

Các thông tin cần thiết

[email protected]: 0916634567Tài liệu tham khảo chính1. Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý, Phạm Hoàng Duy, Hoàng Xuân Dậu2. Ky thuật vi xư ly, Văn Thê Minh3. The Intel Microprocessors, Barry B. BreySlides: http://www.gapiz.com/lmsCông cụ1. Emu8086 (Evaluation version)w

ww.

ptit.

edu.

vn

Giới thiệu về môn học 2 TS. HÀ HẢI NAMKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1

Bài I: Giới thiệu

Hiểu các thành phần của một hệ thống máy tính Giải thích sự khác nhau giữa các mô hình máy tính Hiểu các đặc tính của CPU Hiểu lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý

Mục tiêu:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BCVT 3 TS. HÀ HẢI NAMKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1

Nội dung

Các hệ vi xử lý Các bộ vi xử lý Lịch sử phát triển

ww

w.pt

it.ed

u.vn

Tên chương 4 TS. HÀ HẢI NAMKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1

Hệ vi xử lý – Khái niệm

Hệ thống máy tính: Ba phần chính: Bộ xử lý trung tâm - Central Processing Unit (CPU) Bộ nhớ Các thiết bị vào ra

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Các khối cơ bản của một hệ VXLw

ww.

ptit.

edu.

vn


Kiến trúc Von Neumann (1)

Kiến trúc Von Neumann Kiến trúc Von Neumannnguyên bản hiện đại

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Kiến trúc Von Neumann (2)

Đề xuất bởi John Von Neumann năm 1945 Các đặc điểm chính Chỉ có một bộ nhớ: Dữ liệu và các lệnh Đánh địa chỉ bộ nhớ độc lập với loại dữ liệu Các lệnh được thi hành tuần tự

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Kiến trúc Harvard (1)

Đặc điểm chính: Các bộ nhớ riêng rẽ cho dữ liệu và lệnh Các bus khác nhau cho các bộ nhớ

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Kiến trúc Harvard (2)

So với kiến trúc Von Neumann: Nhanh hơn kiến trúc Von Neumann Phức tạp hơn kiến trúc Von Neumann Thích hợp cho cơ chế đường ống (pipelining) và xử lý song song

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Kiến trúc máy tính hiện đại

Chipset rất quan trọng Nó cung cấp một lớp trừu

tượng Cầu nối giữa các tiêu chuẩn

bus

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Hệ thống bus

Một bus gồm một số các dây dẫn được sử dụng để cung cấp phương tiện liên lạc giữa các phần tử khác nhau trong một hệ vi xử lý Bus địa chỉ Bus dữ liệu Bus điều khiển

Các tín hiệu đồng hồ hệ thống được chứa trong các bus điều khiển. Các tín hiệu này tạo ra các chu kỳ đồng hồ thích hợp trong đó việc thực thi các lệnh được tiến hành bởi bộ vi xử lý.

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Bộ nhớ

Bộ nhớ là phương tiện lưu trữ cho các nhóm các bit được gọi là các từ nhớ (words)

Bộ nhớ được chia thành các khu vực, mỗi khu vực được xác định bằng một địa chỉ duy nhất

RAM: Random Access Memory ROM: Read Only Memory (Chú ý: RAM đôi khi được gọi là bộ phân lưu trữ chủ (primary))

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Bộ xử lý trung tâm- CPU (1)w

ww.

ptit.

edu.

vn


Intel 8086 (1978)

Intel Core 2 Duo (2006)

Bộ xử lý trung tâm- CPU (2)

Một chương trình là một tập các lệnh được sắp xếp theo một trình tự nhất định

Một chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ cung cấp các lệnh cho CPU để thực hiện các hành động cụ thể

CPU đọc các lệnh từ bộ nhớ và thi hành chúng Các chu kỳ lệnh: Đọc lệnh Giải mã lệnh Thi hành lệnh Lưu kết quả (nếu có) w

ww.

ptit.

edu.

vn


CPU- Sơ đồ khối bên trongw

ww.

ptit.

edu.

vn


CPU - Các đặc tính (1)

Độ dài từ dữ liệu: Các thế hệ vi xử lý: 4, 8, 16, 32 và 64 bits

Khả năng địa chỉ hóa: Quyết định dung lượng bộ nhớ có thể địa chỉ hóa bởi một CPU Ví dụ: Một CPU với một bus địa chỉ có độ rộng 8 bit có thể quản lý

một bộ nhớ có dung lượng là 28 = 256 từ nhớ Tốc độ thi hành lệnh Đơn vị: MFLOPS, MIPS

ww

w.pt

it.ed

u.vn


CPU – Các đặc tính (2)

MIPS = (f x N) / (M + T) (Von-Neuman)Ở đó:

f – Tần số CPU (clock)N – Số lượng các ALU độc lập trong một CPUM - Số lượng trung bình các vi lệnh cho một lệnh T - Hệ số thời gian truy cập bộ nhớ

ww

w.pt

it.ed

u.vn



Xử lý song song Sử dụng nhiều hơn một CPU Thích hợp cho các máy chủ

Đồng xử lý Sử dụng các bộ đồng xử lý cho các hoạt động đặc biệt (phép toán

dấu phẩy động) Các bộ đồng xử lý được nối với CPU qua bus hệ thống Trong CPU hiện đại, module cho các phép toán dấu phẩy động là

một phần của CPU Cache w

ww.

ptit.

edu.

vn



Cơ chế đường ống (Pipelining): Thi hành đồng thời các lệnh Một lệnh được chia thành các giai đoạn Các lệnh có thể được thi hành đồng thời tại các giai đoạn bởi các

phần khác nhau của CPU Hyper-pipelining: Sử dụng nhiều đường ống

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Lịch sử phát triển (1)

1970, First MP, Intel (4004): Độ dài từ dữ liệu: 4 bit Bus dữ liệu 4 bit, bus địa chỉ 12 bit

(dùng chung với bus dữ liệu) 740 KHz (max clock rate), 16 pins,

2250 transistors

ww

w.pt

it.ed

u.vn



1972, VXL 8088 , Intel : Độ dài từ dữ liệu: 8 bit Bus dữ liệu 8 bit, bus địa chỉ 14 bit

(dùng chung với bus dữ liệu) 0.5 MHz (max clock rate), 18 pins,

3300 transistors

ww

w.pt

it.ed

u.vn



1976, VXL Z80 , Zilog : Độ dài từ dữ liệu: 8 bit Bus dữ liệu 8 bit, bus địa chỉ 16 bit

(dùng chung với bus dữ liệu) 10 MHz (max clock rate), 40 pins

ww

w.pt

it.ed

u.vn



1978, VXL 8086 , Intel: Độ dài từ dữ liệu: 16 bit Bus dữ liệu 16 bit, bus địa chỉ 20 bit

(dùng chung với bus dữ liệu) 5-10 MHz (max clock rate), 40 pins

ww

w.pt

it.ed

u.vn



1982, VXL MC68020, Motorola: Độ dài từ dữ liệu: 32 bit Bus dữ liệu 32 bit, bus địa chỉ 32 bit 16.67-33.33 MHz (max clock rate)

ww

w.pt

it.ed

u.vn



1982, VXL 80286, Intel: Độ dài từ dữ liệu: 16 bit Bus dữ liệu 16 bit, bus địa chỉ 24 bit

(dùng chung với bus dữ liệu 6-25 MHz (max clock rate)

ww

w.pt

it.ed

u.vn




(dùng chung với bus dữ liệu 16-33 MHz (max clock rate)

ww

w.pt

it.ed

u.vn




(dùng chung với bus dữ liệu 25-100 MHz (max clock rate) Cache L1 8K Tích hợp bộ đồng xử lý dấu phẩy động

(80487)

ww

w.pt

it.ed

u.vn



1993, VXL Pentium, Intel: Độ dài từ dữ liệu: 32 bit Bus dữ liệu 32 bit, bus địa chỉ 32 bit

(dùng chung với bus dữ liệu 60, 75, 90, 120 MHz (clock rate) Cache I-L1 8K, D-L1 8K MMX

ww

w.pt

it.ed

u.vn



1997, VXL Pentium II, Intel: Độ dài từ dữ liệu: 32 bit Bus dữ liệu 32 bit, bus

địa chỉ 32 bit (dùng chung với bus dữ liệu

233 – 450 MHz (clock rate)

Cache I-L1 8K, D-L1 16K-32K

MMXww

w.pt

it.ed

u.vn



1999, VXL Pentium III, Intel: Độ dài từ dữ liệu: 32 bit Bus dữ liệu 32 bit, bus địa chỉ

32 bit (dùng chung với bus dữ liệu

450 MHz – 1.4 GHz (clock rate)

Cache L1: 16K+16K (I+L) L2: 256-512 K

Giới thiệu SSE (Streaming SIMD Extensions)

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Lịch sử phát triển (12) 2000, VXL Pentium IV, Intel: 1.5 GHz – 3.8 GHz (clock rate) Các tập lệnh nâng cao: SSE, SSE1, SSE2 L1: 16K+16K (I+L) L2: 256-512 K

Các phiên bản mới nhất hỗ trợ siêu đa tuyến và ảo hóa

ww

w.pt

it.ed

u.vn



2003, VXL Pentium M, Intel: 130-90nm technology Tần số: 900MHz-2.26GHz Dành cho laptops Cache

L1 32K, L2 up to 2MB

Các tập lệnh: MMX, SSE, SSE2

Intel Speedstep : Công nghệ quản lý nguồn cao cấp

ww

w.pt

it.ed

u.vn



2006, Core & Core2 là các bộ VXL dựa trên vi kiến trúc: Công nghệ 65 nm Cache : Lớn và thông minh Instruction Sets: MMX,

SSE, SSE2, SSE3, SSE4 Các công nghệ tiết kiệm

nguồn nuôi: Dynamic Power

Coordination Enhanced Intel Deeper

Sleep ww

w.pt

it.ed

u.vn



2008, VXL Atom ,Intel: Công nghệ 45 nm Vi kiến trúc được tối ưu cho

các thiết bị cỡ nhỏ và tiêu thụ nguồn ít Enhanced SpeedStep

Technology Deep Power Down Technology

with Dynamic Cache Sizing Công nghệ ảo hóa của Intel

ww

w.pt

it.ed

u.vn



2008, Intel Core i7-based processor by Intel: Công nghệ 45 nm Kiến trúc 64 bit 4 lõi, hỗ trợ h Cache L2 8MB, thông minh Tần số: 1.6 GHz – 4.7 GHz

ww

w.pt

it.ed

u.vn


Tổng kết

Các hệ vi xử lý Các bộ vi xử lý Lịch sử phát triển

ww

w.pt

it.ed

u.vn


bai1-_gioithieu

Documents