PHÇN II: KHèI HÖ THèNG Ch¬ng III: CPU
Bé xö lý trung t©m hay BVXL (CPU) lµ tr¸i tim cña m¸y PC.
I. C¸C DßNG Bé VI Xö Lý
HiÖn nay cã 2 dßng bé xö lý chÝnh lµ:
· CISC (Complex Instruction Set Computing).
· RISC (Reduce Instruction Set Computing).
Ngoµi ra trong t¬ng lai cã thÓ xuÊt hiÖn dßng thø 3 lµ: VLIW (Very Large Instruction Word).
1. CISC
BXL dïng bé lÖnh ®Çy ®ñ, cã c¸c lo¹i:
· Intel 80x86.
· C¸c chÝp t¬ng thÝch víi Intel.
· C¸c chÝp ®Æc thï trªn c¸c m¸y mini (AS/400 c¸c m¸y thÕ hÖ tríc 1995), mainframe.
2. RISC
BXL dïng bé lÖnh thu gän, ®îc John Cocke (IBM) ®Ò ra tõ n¨m 1960: ý tëng chÝnh lµ sö dông bé lÖnh thu gän chØ gåm c¸c lÖnh ®¬n gi¶n, cßn c¸c lÖnh phøc t¹p sÏ ®îc m« pháng b»ng phÇn mÒm. Nhê ®ã cã thÓ ®¬n gi¶n hãa cÊu tróc cña BXL, dÉn ®Õn tèc ®é xö lý cao h¬n vµ gi¸ thµnh chÕ t¹o thÊp h¬n.
C¸c bé xö lý RISC hiÖn cã trªn thÞ trêng lµ:
Motorola 68000,...
POWER (Performance Optimisation With Enhanced RISC) IBM RS/6000
POWER2 trªn c¸c m¸y IBM RS/6000.
PowerPC: IBM + Motorola + Apple.
PA-RISC (Precision Architecture RISC) (HP).
MIPS: R4000 & R4400
Alpha: cña DEC
3. VLIW
VLIW hiÖn nay míi lµ mét quan niÖm vÒ bé lÖnh (an instruction-set philosophy) do HP vµ Intel ®Ò xuÊt (1994). Do søc Ðp cña trµo lu chuyÓn sang dïng bé xö lý RISC, hai c«ng ty nµy ®· c«ng bè mét kÕ ho¹ch cïng mét ph¸t triÓn mét bé vi xö lý míi ®îc mÖnh danh lµ "Bé xö lý sau RISC" (Post-RISC) cã kh¶ n¨ng ch¹y c¸c ch¬ng tr×nh viÕt cho c¶ c¸c chÝp Intel x86 lÉn chÝp PA-RISC cña HP vµ c¶ bé lÖnh míi cña VLIW.
VLIW lµ mét sù më réng logic cña RISC vµ còng cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn nhiÒu lÖnh song song trong mét chu kú ®ång hå. §iÓm kh¸c c¬ b¶n gi÷a RISC vµ VLIW lµ ë chç VLIW kh«ng ®i theo híng phøc t¹p hãa dÇn cÊu t¹o cña c¸c chÝp RISC ®Ó t¨ng tÝnh n¨ng mµ chuyÓn sù phøc t¹p sang c¸c tr×nh biªn dÞch. C¸c tr×nh biªn dÞch VLIW ph¶i ®ñ th«ng minh ®Ó cã thÓ nhãm nhiÒu lÖnh ®¬n gi¶n thµnh mét tõ lÖnh dµi (long instruction word).
Tuy nhiªn giíi chuyªn m«n hiÖn cßn ®ang rÊt nghi ngê ®Ò ¸n qu¸ tham väng nµy cña HP vµ Intel v× vÊn ®Ò t¬ng thÝch nhÞ ph©n (binary compatibility) sÏ lµ mét vÊn ®Ò lín. C¸c tr×nh biªn dÞch VLIW ph¶i biÕt rÊt râ vÒ kiÕn tróc cña chÝp, do ®ã mçi khi chuyÓn sang mét thÕ hÖ bé xö lý VLIW míi sÏ ph¶i viÕt l¹i tr×nh biªn dÞch vµ dÞch l¹i tÊt c¶ c¸c ch¬ng tr×nh.
C¸c chÝp VLIW, nÕu cã kÕt qu¶ còng chØ cã thÓ cã tõ 1997-1998. Theo qu¶ng c¸o, ®©y sÏ lµ c¸c chÝp 64-bit, cã thÓ thùc hiÖn tõ 4 ®Õn 20 lÖnh m¸y trong mét chu kú ®ång hå vµ cã thÓ ®¹t tèc ®é xö lý ®Õn 1 tû phÐp tÝnh gi©y (1000 MIPS).
II. C¸C CHÝP INTEL Vµ C¸C CHÝP T¦¥NG THÝCH
HiÖn nay, c¸c m¸y tÝnh dïng chÝp Intel (Intel-based PCs) vÉn chiÕm ®a sè trªn thÞ trêng.
1. C¸c ®Æc trng cña CPU
· ChiÒu dµi lÖnh: C¸c thÕ hÖ BXL kh¸c nhau chñ yÕu ë chiÒu dµi lÖnh vµ d÷ liÖu mµ BXL cã thÓ xö lý ®îc mét lóc (8-,16, 32, 64-bÝt). §©y lµ chØ sè quyÕt ®Þnh thÕ hÖ cña m¸y tÝnh:
-
M¸y
|
N¨m
|
CPU
|
M¸y IBM PC ®Çu tiªn
|
1981
|
8088 (8-bÝt)
|
M¸y XT
|
1983
|
80286 (16-bÝt)
|
M¸y AT
|
1984
|
80286 (16-bÝt)
|
M¸y 386
|
1986
|
80386 (32-bÝt)
|
M¸y 486
|
1989
|
80486 (32-bÝt)
|
M¸y 586
|
1991
|
Pentium P5 (64-bÝt)
|
· Tèc ®é xö lý: lµ sè chu kú ho¹t ®éng cña CPU trong 1 gi©y. §¬n vÞ tÝnh b»ng Mhz. Cã c¸c møc tèc ®é: 16, 20, 25, 33, 40, 50, 66, 75, 90, 100, 133, 166, 200, 233, 266, 300, 333, 350, 400, 450 Mhz.
· ChØ sè nhÞp béi:
ThÓ hiÖn t¬ng quan tèc ®é ho¹t ®éng gi÷a CPU vµ Bus. ChØ sè nµy ®îc thÓ hiÖn bëi 1 ch÷ sè ®i sau hËu tè SX hoÆc DX vµ cã thÓ lµ 2 hoÆc 4.
B×nh thêng (NhÞp ®¬n): Kh«ng cã chØ sè nhÞp, CPU vµ Bus ho¹t ®éng ë cïng 1 tèc ®é.
NhÞp kÐp: SX2 hoÆc DX2: CPU ho¹t ®éng ë nhÞp nhanh gÊp ®«i so víi Bus bªn ngoµi. C¸c lo¹i th«ng dông lµ: SX2/50, DX2/50, DX2/66.
NhÞp ba: DX4 (kh«ng ph¶i DX3!, sè 4 ë ®©y ®Ó chØ 486):
· Kh¶ n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng lîng (Power-Conservation feature):
Kh¶ n¨ng nµy lµ ®ßi hái tríc tiªn ®èi víi c¸c m¸y tÝnh x¸ch tay v× c¸c m¸y nµy xö dông pin khi di chuyÓn. Intel ®· s¶n xuÊt c¸c bé vi xö lý hä SL víi c¸c tÝnh n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng lîng nh:
ú §iÖn ¸p ho¹t ®éng thÊp: 3.3 V.
ú Kh¶ n¨ng qu¶n lý nguån n¨ng lîng (Power Management Feature): CPU cã c¸c mode ho¹t ®éng víi møc ®é tiªu thô n¨ng lîng kh¸c nhau vµ cã thÓ chuyÓn ®æi tøc th× gi÷a c¸c chÕ ®é ho¹t ®éng:
SMM (System Management Mode): Cho phÐp CPU c¾t nguån cung cÊp (shut down) c¸c ph©n hÖ trong c¸c kho¶ng thêi gian chê ®îi rçi.
Suspend Mode: Cho phÐp CPU "t¹m ngñ" trong khi chê ®îi b»ng c¸ch gi¶m hoÆc ngõng h¼n ®ång hå xung nhÞp (tíi 0 Mhz) díi sù kiÓm so¸t cña phÇn cøng hoÆc phÇn mÒm. Víi c¸c CPU nhÞp béi (DX2...) khi nµy cã thÓ gi¶m tèc ®é lµm viÖc bªn trong cña CPU b»ng víi tèc ®é cña bus trong c¸c thao t¸c vµo ra.
C¸c CPU 486SL lµ c¸c CPU 32-bit 486DX cã bæ xung thªm c¸c tÝnh n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng lîng trªn. HiÖn nay, víi xu híng tiÕt kiÖm n¨ng lîng, Intel ®· bæ xung c«ng nghÖ SL vµo tÊt c¶ c¸c lo¹i CPU 486 ®Ó sö dông trong c¸c m¸y tÝnh xanh (Green PCs).
2. Intel 286
· XuÊt hiÖn th¸ng 2/1982 trong c¸c m¸y PC/AT cña IBM.
· 16-bÝt data bus, 24-bits address.
· 134,000 transistors, tèc ®é 1.2 MIPS.
3. Intel 386
C¸c CPU 386 vµ 486 ®Òu lµ c¸c bé xö lý 32 bÝt.
386DX
XuÊt hiÖn th¸ng 10/1985.
· 32-bÝt processor víi c¸c tèc ®é: 16, -20, -25, -33 vµ 40 Mhz.
· 32-bÝt data bus, ®Þa chØ 32-bÝt.
· 275,000 transistors, tèc ®é 6 MIPS.
386SX
· Lµ ph¬ng ¸n rÎ tiÒn cña 386DX, xuÊt hiÖn n¨m 1988.
· Kh¸c víi 386DX ë chç data bus chØ cã 16-bÝt.
4. Intel 486 486DX
ChÝp 486DX (tøc 486 th«ng thêng) xuÊt hiÖn th¸ng 4/1989.
· 32-bÝt processor víi c¸c tèc ®é: 25, -33 vµ 50 Mhz.
· 32-bÝt data bus, ®Þa chØ 32-bÝt.
· 1.25 triÖu transistors, tèc ®é 20 MIPS.
· Bæ xung thªm so víi 386:
ú On-board Cache (Internal cache): 8 KB dïng chung cho m· lÖnh vµ d÷ liÖu.
ú Built-in MMU (Memory Management Unit).
ú Bé ®ång xö lý to¸n häc g¾n liÒn.
ú Kh¶ n¨ng Multiprocessing.
486SX
· Lµ ph¬ng ¸n rÎ tiÒn cña 486DX, kh«ng cã bé xö lý dÊu phÈy ®éng g¾n liÒn, xuÊt hiÖn n¨m 4/1991.
· Chøa 1.185 triÖu transistors, tèc ®é 16.5 MIPS.
· Tèc ®é ®ång hå: 16, -20, -25, vµ 33 Mhz.
486DX2
XuÊt hiÖn th¸ng 3/1992.
· Lµ chÝp 486 nhÞp kÐp (tèc ®é bªn trong 50 hoÆc 66 Mhz gÊp ®«i so víi data bus bªn ngoµi).
· Chøa 1.2 triÖu transistors, tèc ®é 40 MIPS.
IntelDX4
XuÊt hiÖn ®Çu n¨m 1994. C¸c hÖ thèng DX4 sÏ cã tÝnh n¨ng cao h¬n c¸c hÖ 486DX2/66 nhng thÊp h¬n so víi Pentium 60/66 Mhz. NÕu xÐt vÒ tèc ®é xö lý sè nguyªn trong c¸c øng dông th¬ng m¹i th«ng thêng th× IntelDX4 kh«ng kÐm Pentium mÊy, nhng nÕu xÐt vÒ tÝnh to¸n dÊu phÈy ®éng th× cßn kÐm Pentium nhiÒu.
· §Æc trng:
ú C«ng nghÖ b¸n dÉn 0.6 micron 3.3V BiCMOS.
ú Data Bus & Address Bus ®Òu lµ 32 bÝt.
ú Cã c¸c tÝnh n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng lîng cña 486SL.
ú Internal cache: 16 KB (gÊp ®«i so víi c¸c chÝp 486 kh¸c, do ph¶i ho¹t ®éng ë tèc dé cao). Cache néi cña DX4 kh¸c víi cña Pentium ë chç nã ®îc sö dông chung cho c¶ m· lÖnh vµ d÷ liÖu (unified cache) vµ ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c Write-through.
ú Bé xö lý dÊu phÈy ®éng g¾n liÒn.
ú CPU ho¹t ®éng ë nhÞp nhanh gÊp ba hoÆc gÇn gÊp ba lÇn so víi Bus bªn ngoµi.
F Riªng chÝp DX4/100 cã thÓ ho¹t ®éng víi bo m¹ch chÝnh 50Mhz (VL Bus 2.0) ë chÕ ®é Clock-double mode hoÆc víi bo m¹ch 33 Mhz ë chÕ ®é Clock-tripled mode. ChÝp DX4/83 cã tèc ®é gÊp 2 lÇn rìi so víi System bus 33 Mhz.
F C«ng nghÖ nµy còng sÏ ®îc ¸p dông víi c¸c hÖ thèng Pentium: (P24T-100/33 Mhz hoÆc P55C-
5. Pentium (P5)
Bé xö lý Pentium lµ bé xö lý thÕ hÖ míi, kh¸c víi 486 ë nh÷ng ®iÓm c¬ b¶n:
· Bé xö lý 64 bÝt, cã tèc ®é 112 MIPS (nhanh gÊp 5 lÇn 486DX/33, nhanh gÊp ®«i 486DX2/66).
· Data Bus: 64-bÝt. Address Bus: 32-bÝt.
· ¸p dông c«ng nghÖ BiCMOS víi trªn 3.1 triÖu transistor. ChÝp cã 273 ch©n c¾m.
· KiÕn tróc siªu híng (superscalar): LÖnh vµ d÷ liÖu cã thÓ ®îc xö lý ®ång thêi qua 2 ®êng èng (Dual pipeline), víi 2 bé xö lý logic (ALU), cho phÐp thùc hiÖn ®îc 2 lÖnh/chu kú ®ång hå.
· Internal cache: gÊp ®«i (16 KB) vµ ph©n riªng rÏ D-Cache vµ I-Cache (mçi cache 8 KB), c¶ 2 ®Òu thuéc lo¹i Two-way set-associative cache. Ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c Write-Back Cache.
· Cã khèi tÝnh to¸n dÊu phÈy ®éng g¾n liÒn, trong ®ã cã c¸c bé thùc hiÖn phÐp nh©n & phÐp chia dµnh riªng (Dedicated Multiply & Divide Units). Nhê ®ã Pentium cã tÝnh n¨ng tÝnh to¸n dÊu phÈy ®éng vµ ®å häa rÊt cao.
· Ho¹t ®éng ë tèc ®é cao: 60, 66, 90, 100 ... Mhz. V× vËy ph¶i sö dông thªm cache ngo¹i (256 KB L2 cache trë lªn) vµ sö dông víi c¸c kiÕn tróc bus cã thÓ ho¹t ®éng ë tèc ®é cao (VL-Bus 2.0) hoÆc PCI Bus.
HiÖn nay ®· cã 2 thÕ hÖ chÝp Pentium:
ú ThÕ hÖ 1: Pentium 60/66 Mhz, 0.8 micron, 5V.
ú ThÕ hÖ 2 (M· hiÖu P54C): Pentium 90/100 Mhz, 0.6 micron, 3.3V.
Intel ®ang chuÈn bÞ cho thÕ hÖ thø 3 cã m· hiÖu P55C vµo gi÷a n¨m 1995 víi c¸c ®Æc trng: Pentium 120/133/150 Mhz, 0.4 micron, 2.5V.
C¸c chÝp P54C, P55C vµ P24T ®Òu ho¹t ®éng ë chÕ ®é nhÞp ba: 100/33 Mhz vµ 150/50 Mhz. (ChÝp Pentium 60/66 Mhz ho¹t ®éng ë chÕ ®é nhÞp kÐp).
6. P6
P6 cã tíi 5.5 - 6 triÖu transistors (gÇn gÊp ®«i Pentium), sö dông c«ng nghÖ 0.6 micron 2.9V. P6 sÏ cã tèc ®é 120-, 133-, 150 Mhz, 32 KB cache møc 1 vµ 256/512 KB cache møc 2 vµ cã 4 bé tÝnh to¸n sè nguyªn (gÊp ®«i cña Pentium).
P6 sÏ sö dông c«ng nghÖ Dynamic Execution (®· ®îc AMD thùc hiÖn trong chÝp K5) vµ sÏ cã tèc ®é tÝnh to¸n nhanh gÊp ®«i chÝp Pentium nhanh nhÊt. Cã mét ®iÓm ®¸ng chó ý lµ ch©n c¾m cña P6 kh¸c víi cña Pentium nªn vÊn ®Ò n©ng cÊp tõ Pentium lªn P6 sÏ cha ®îc thùc hiÖn trong thêi gian ®Çu.
7. So s¸nh c¸c bé xö lý cña Intel
So s¸nh c¸c CPU hiÖn ®¹i cña Intel (PC Magazine 4-1994)
CPU
|
Clock Speed (Mhz)
|
Data Path
|
Inter-nal Cache
|
Power Use
|
Vol-tage
|
SPECint92
|
SPECfp92
|
Price ($)
|
486SX
|
25,33
|
32-bÝt
|
8 KB
|
3 W
|
5V
|
21
|
N/A
|
115
|
486DX
|
25,33,50
|
32-bÝt
|
8 KB
|
8 W
|
5V
|
28
|
13
|
280
|
486DX2
|
40,50,66
|
32-bÝt
|
8 KB
|
8 W
|
5V
|
36
|
16
|
300
|
486DX4
|
75,83,100
|
32-bÝt
|
16 KB
|
4 W
|
3.3V
|
51
|
25
|
580
|
Pentium
|
60,66...
|
64-bÝt
|
16 KB
|
16 W
|
5V
|
67
|
65
|
750
|
P54C
|
90,100
|
64-bÝt
|
16 KB
|
|
3.3V
|
|
|
|
P55C
|
120,133, 150
|
64-bÝt
|
16 KB
|
|
2.5V
|
|
|
|
P6
|
120,133, 150
|
|
32 KB
|
14 W
|
2.9V
|
200
|
|
|
PowerPC 601
|
66, 80
|
64-bit
|
32 KB
|
|
3.6
|
60
|
80
|
450
|
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |