Kiến trúc của bộ xử lý đa lõi hiện đại. Kiến trúc bộ xử lý trong điện thoại thông minh là gì?
Một trong những yếu tố quan trọng giúp tăng hiệu suất của bộ xử lý là sự hiện diện của bộ nhớ đệm, hay đúng hơn là dung lượng, tốc độ truy cập và phân bổ giữa các cấp.
Bộ nhớ đệm là bộ nhớ cực nhanh được bộ xử lý sử dụng để lưu trữ tạm thời dữ liệu được truy cập thường xuyên nhất. Đây là cách chúng ta có thể mô tả ngắn gọn loại bộ nhớ này.
Bộ nhớ đệm được xây dựng trên flip-flop, lần lượt bao gồm các bóng bán dẫn. Một nhóm bóng bán dẫn chiếm nhiều không gian hơn so với cùng một tụ điện tạo nên RAM. Điều này kéo theo nhiều khó khăn trong sản xuất cũng như hạn chế về số lượng. Đó là lý do tại sao bộ nhớ đệm là bộ nhớ rất đắt tiền trong khi dung lượng không đáng kể. Nhưng từ cấu trúc như vậy, ưu điểm chính của bộ nhớ như vậy là tốc độ. Vì flip-flop không cần tái tạo và thời gian trễ của cổng nơi chúng được lắp ráp là nhỏ nên thời gian chuyển flip-flop từ trạng thái này sang trạng thái khác diễn ra rất nhanh. Điều này cho phép bộ nhớ đệm hoạt động ở cùng tần số với các bộ xử lý hiện đại.
Ngoài ra, một yếu tố quan trọng là vị trí của bộ nhớ đệm. Nó nằm trên chính chip xử lý, giúp giảm đáng kể thời gian truy cập. Trước đây, bộ nhớ đệm ở một số cấp độ được đặt bên ngoài chip xử lý, trên chip SRAM đặc biệt ở đâu đó trên bo mạch chủ. Hiện nay, hầu hết tất cả các bộ xử lý đều có bộ nhớ đệm nằm trên chip xử lý.
Như đã đề cập ở trên, mục đích chính của bộ nhớ đệm là lưu trữ dữ liệu được bộ xử lý thường xuyên sử dụng. Bộ đệm là bộ đệm để tải dữ liệu vào và mặc dù có kích thước nhỏ (khoảng 4-16 MB) trong các bộ xử lý hiện đại, nhưng nó giúp tăng hiệu suất đáng kể trong bất kỳ ứng dụng nào.
Để hiểu rõ hơn sự cần thiết của bộ nhớ đệm, hãy tưởng tượng việc tổ chức bộ nhớ của máy tính giống như một văn phòng. RAM sẽ là một ngăn chứa các thư mục mà nhân viên kế toán định kỳ truy cập để lấy các khối dữ liệu lớn (tức là các thư mục). Và bảng sẽ là bộ nhớ đệm.
Có những yếu tố được đặt trên bàn làm việc của kế toán viên mà anh ta nhắc đến nhiều lần trong suốt một giờ. Ví dụ: đây có thể là số điện thoại, một số ví dụ về tài liệu. Những loại thông tin này được đặt ngay trên bàn, do đó, sẽ tăng tốc độ truy cập chúng.
Theo cách tương tự, dữ liệu có thể được thêm từ các khối dữ liệu lớn (thư mục) đó vào bảng để sử dụng nhanh, chẳng hạn như tài liệu. Khi tài liệu này không còn cần thiết nữa, nó sẽ được đặt trở lại tủ (vào RAM), từ đó xóa bảng (bộ nhớ đệm) và giải phóng bảng này cho các tài liệu mới sẽ được sử dụng trong khoảng thời gian tiếp theo.
Ngoài ra với bộ nhớ đệm, nếu có bất kỳ dữ liệu nào có nhiều khả năng được truy cập lại thì dữ liệu này từ RAM sẽ được tải vào bộ nhớ đệm. Rất thường xuyên, điều này xảy ra bằng cách tải đồng thời dữ liệu có nhiều khả năng được sử dụng nhất sau dữ liệu hiện tại. Nghĩa là, có những giả định về những gì sẽ được sử dụng “sau”. Đây là những nguyên tắc hoạt động phức tạp.
Bộ xử lý hiện đại được trang bị bộ đệm, thường bao gồm 2 hoặc 3 cấp độ. Tất nhiên, vẫn có những trường hợp ngoại lệ, nhưng trường hợp này thường xảy ra.
Nói chung, có thể có các cấp độ sau: L1 (cấp một), L2 (cấp hai), L3 (cấp ba). Bây giờ chi tiết hơn một chút về mỗi người trong số họ:
1. Bộ nhớ đệm cấp một (L1) - cấp bộ nhớ đệm nhanh nhất hoạt động trực tiếp với lõi bộ xử lý, nhờ sự tương tác chặt chẽ này nên cấp độ này có thời gian truy cập ngắn nhất và hoạt động ở tần số gần với bộ xử lý. Nó là bộ đệm giữa bộ xử lý và bộ đệm cấp hai.
Chúng tôi sẽ xem xét khối lượng trên bộ xử lý hiệu suất cao Intel Core i7-3770K. Bộ xử lý này được trang bị bộ đệm L1 4x32 KB 4 x 32 KB = 128 KB. (32 KB mỗi lõi)
2. Bộ đệm cấp hai (L2) - cấp thứ hai lớn hơn cấp thứ nhất, nhưng do đó, có “đặc điểm tốc độ” thấp hơn. Theo đó, nó đóng vai trò như một bộ đệm giữa cấp độ L1 và L3. Nếu chúng ta xem lại ví dụ Core i7-3770 K của mình thì kích thước bộ nhớ đệm L2 là 4x256 KB = 1 MB.
3. Bộ đệm cấp ba (L3) - cấp độ thứ ba, một lần nữa, chậm hơn hai cấp độ trước. Nhưng nó vẫn nhanh hơn nhiều so với RAM. Kích thước bộ đệm L3 trong i7-3770K là 8 MB. Nếu hai cấp độ trước đó được chia sẻ bởi mỗi lõi thì cấp độ này là chung cho toàn bộ bộ xử lý. Chỉ số này khá chắc chắn nhưng không quá cao. Ví dụ: đối với các bộ xử lý dòng Extreme như i7-3960X, nó là 15 MB và đối với một số bộ xử lý Xeon mới là hơn 20.
Hãy xem xét kiến trúc CISK và RISK.
CISC là một khái niệm thiết kế bộ xử lý được đặc trưng bởi tập hợp các thuộc tính sau:
Giá trị độ dài lệnh không cố định;
Các phép toán số học được mã hóa theo một lệnh;
Một số lượng nhỏ các thanh ghi, mỗi thanh ghi thực hiện một chức năng được xác định chặt chẽ.
Đại diện điển hình là các bộ xử lý dựa trên hướng dẫn x86 (không bao gồm Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom hiện đại) và bộ xử lý Motorola MC680x0.
Kiến trúc phổ biến nhất của bộ xử lý máy tính để bàn, máy chủ và thiết bị di động hiện đại dựa trên kiến trúc Intel x86 (hoặc x86-64 trong trường hợp bộ xử lý 64-bit). Về mặt hình thức, tất cả các bộ xử lý x86 đều là bộ xử lý CISC, nhưng các bộ xử lý mới, bắt đầu với Intel Pentium Pro, là bộ xử lý CISC có lõi RISC. Chúng chuyển đổi các lệnh CISC của bộ xử lý x86 thành một tập lệnh RISC nội bộ đơn giản hơn ngay trước khi thực thi.
Một bộ dịch phần cứng được tích hợp vào bộ vi xử lý, chuyển đổi các lệnh x86 thành các lệnh của bộ xử lý RISC bên trong. Hơn nữa, một lệnh x86 có thể tạo ra một số lệnh RISC (trong trường hợp bộ xử lý P6, tối đa bốn lệnh RISC trong hầu hết các trường hợp). Các lệnh được thực thi trên một băng tải siêu vô hướng nhiều lần cùng một lúc.
Điều này là cần thiết để tăng tốc độ xử lý các lệnh CISC, vì người ta biết rằng bất kỳ bộ xử lý CISC nào đều kém hơn bộ xử lý RISC về số lượng thao tác được thực hiện mỗi giây. Kết quả là cách tiếp cận này cho phép chúng tôi tăng hiệu suất CPU.
Nhược điểm của kiến trúc CISK:
Chi phí phần cứng cao;
Khó khăn khi tính toán song song.
Kỹ thuật xây dựng hệ thống hướng dẫn CISC ngược lại với một kỹ thuật khác - RISC. Sự khác biệt giữa các khái niệm này nằm ở phương pháp lập trình, không phải ở kiến trúc bộ xử lý thực tế. Hầu hết tất cả các bộ xử lý hiện đại đều mô phỏng cả tập lệnh loại RISC và CISC.
Máy trạm, máy chủ tầm trung và máy tính cá nhân sử dụng bộ xử lý CISC. Kiến trúc lệnh phổ biến nhất của bộ xử lý thiết bị di động - SOC và máy tính lớn - RISC. Trong các bộ vi điều khiển của nhiều thiết bị khác nhau, RISC được sử dụng trong phần lớn các trường hợp.
RISC là kiến trúc bộ xử lý giúp tăng hiệu suất bằng cách đơn giản hóa các hướng dẫn để chúng dễ giải mã hơn và thời gian thực hiện ngắn hơn. Bộ xử lý RISC đầu tiên thậm chí còn không có lệnh nhân và chia. Điều này cũng giúp tăng tốc độ xung nhịp dễ dàng hơn và làm cho quá trình siêu vô hướng (song song hóa các lệnh trên nhiều đơn vị thực thi) hiệu quả hơn.
Các tập lệnh trong các kiến trúc trước đó, để giúp việc viết chương trình bằng tay bằng hợp ngữ hoặc trực tiếp bằng mã máy trở nên dễ dàng hơn và để giúp trình biên dịch dễ triển khai hơn, đã thực hiện nhiều công việc nhất có thể. Thông thường, các bộ công cụ bao gồm các hướng dẫn để hỗ trợ trực tiếp các cấu trúc ngôn ngữ cấp cao. Một tính năng khác của các bộ này là hầu hết các hướng dẫn, theo quy tắc, cho phép tất cả các phương thức đánh địa chỉ có thể có - ví dụ: cả toán hạng và kết quả của các phép tính số học không chỉ có sẵn trong sổ đăng ký mà còn thông qua địa chỉ trực tiếp và trực tiếp trong bộ nhớ. Những kiến trúc như vậy sau này được gọi là CISC. Tuy nhiên, nhiều trình biên dịch chưa khai thác hết khả năng của các tập lệnh như vậy và các phương pháp đánh địa chỉ phức tạp mất nhiều thời gian do phải truy cập bổ sung vào bộ nhớ chậm. Người ta đã chứng minh rằng các chức năng như vậy được thực thi tốt hơn theo một chuỗi các hướng dẫn đơn giản hơn, nếu điều này đơn giản hóa bộ xử lý và dành chỗ cho nhiều thanh ghi hơn, do đó số lượng truy cập bộ nhớ có thể giảm. Trong các kiến trúc đầu tiên được phân loại là RISC, hầu hết các lệnh đều có cùng độ dài và cấu trúc tương tự để đơn giản hóa việc giải mã, các phép toán số học chỉ hoạt động với các thanh ghi và công việc bộ nhớ được thực hiện thông qua các lệnh tải và lưu trữ riêng biệt. Những đặc tính này giúp cân bằng tốt hơn các giai đoạn của đường ống, làm cho đường ống RISC hiệu quả hơn nhiều và cho phép tốc độ xung nhịp cao hơn.
Các tính năng đặc trưng của bộ xử lý RISK:
Đã sửa lỗi độ dài lệnh máy (ví dụ: 32 bit) và định dạng lệnh đơn giản.
Các lệnh chuyên dụng cho hoạt động của bộ nhớ - đọc hoặc ghi. Không có thao tác đọc-sửa-ghi. Mọi thao tác “thay đổi” chỉ được thực hiện trên nội dung của các thanh ghi (được gọi là kiến trúc tải và lưu trữ).
Một số lượng lớn các thanh ghi có mục đích chung (32 hoặc nhiều hơn).
Thiếu hỗ trợ cho các thao tác “thay đổi” trên các kiểu dữ liệu rút gọn - byte, word 16-bit. Ví dụ: tập lệnh DEC Alpha chỉ chứa các thao tác trên các từ 64 bit và yêu cầu phát triển cũng như gọi các thủ tục tiếp theo để thực hiện các thao tác trên byte, các từ 16 bit và 32 bit.
Thiếu phần sụn bên trong bộ xử lý. Những gì được thực thi bởi các vi chương trình trong bộ xử lý CISC được thực thi trong bộ xử lý RISC dưới dạng mã máy thông thường (mặc dù được đặt trong một bộ lưu trữ đặc biệt), về cơ bản không khác biệt với mã của nhân hệ điều hành và các ứng dụng. Ví dụ, việc xử lý lỗi trang và diễn giải bảng trang của DEC Alpha được chứa trong cái gọi là PALCode (Thư viện kiến trúc đặc quyền), nằm trong ROM. Bằng cách thay thế PALCode, có thể chuyển đổi bộ xử lý Alpha từ 64 bit sang 32 bit, cũng như thay đổi thứ tự byte từ và định dạng của các mục trong bảng trang bộ nhớ ảo.
Chúng ta hãy nhìn vào băng tải.
Đường ống là một phương pháp tổ chức các phép tính được sử dụng trong bộ xử lý và bộ điều khiển hiện đại nhằm tăng hiệu suất của chúng (tăng số lượng lệnh được thực hiện trên một đơn vị thời gian), một công nghệ được sử dụng trong phát triển máy tính.
Ý tưởng là chia quá trình xử lý lệnh máy tính thành một chuỗi các giai đoạn độc lập, lưu trữ kết quả ở cuối mỗi giai đoạn. Điều này cho phép các mạch điều khiển của bộ xử lý nhận lệnh ở tốc độ xử lý chậm nhất, nhưng nhanh hơn nhiều so với việc thực hiện xử lý toàn bộ độc quyền từng lệnh từ đầu đến cuối.
Bản thân thuật ngữ "băng tải" xuất phát từ ngành công nghiệp sử dụng nguyên tắc vận hành tương tự - vật liệu được tự động kéo dọc theo băng tải đến công nhân thực hiện các hành động cần thiết với nó, công nhân tiếp theo thực hiện các chức năng của mình trên phôi tạo thành, người tiếp theo làm việc khác. Như vậy, đến cuối băng tải, dây chuyền công nhân hoàn thành đầy đủ mọi công việc được giao mà không làm gián đoạn tiến độ sản xuất. Ví dụ: nếu hoạt động chậm nhất mất một phút thì mỗi bộ phận sẽ rời khỏi dây chuyền lắp ráp sau một phút.
Người ta tin rằng tính toán đường ống lần đầu tiên được sử dụng trong dự án ILLIAC II hoặc dự án IBM Stretch. Dự án IBM Stretch đã đặt ra các thuật ngữ “Tìm nạp”, “Giải mã” và “Thực thi”, sau đó các thuật ngữ này được sử dụng phổ biến.
Nhiều bộ xử lý hiện đại được điều khiển bởi bộ tạo xung nhịp. Bộ xử lý bên trong bao gồm các phần tử logic và các ô nhớ - flip-flop. Khi có tín hiệu đến từ bộ tạo xung nhịp, các flip-flop sẽ nhận giá trị mới của chúng và logic sẽ mất một thời gian để giải mã các giá trị mới. Sau đó, tín hiệu tiếp theo từ bộ tạo xung nhịp đến, các flip-flop nhận các giá trị mới, v.v.
Bằng cách chia các chuỗi cổng logic thành các chuỗi ngắn hơn và đặt các flip-flop giữa các chuỗi ngắn này, thời gian cần thiết để logic xử lý tín hiệu sẽ giảm xuống. Trong trường hợp này, thời lượng của một chu kỳ xử lý có thể được giảm đi tương ứng.
Khi viết mã hợp ngữ (hoặc phát triển trình biên dịch tạo ra một chuỗi lệnh), giả định được đưa ra là kết quả của việc thực thi các lệnh sẽ giống hệt như khi mỗi lệnh đã thực hiện xong trước khi lệnh tiếp theo bắt đầu thực thi. Việc sử dụng một đường ống duy trì giả định này nhưng không nhất thiết phải duy trì thứ tự thực hiện các hướng dẫn. Tình huống trong đó việc thực hiện đồng thời một số lệnh có thể dẫn đến hoạt động không chính xác về mặt logic của đường ống được gọi là “mối nguy hiểm đường ống”. Có nhiều phương pháp khác nhau để giải quyết xung đột (chuyển tiếp và các phương pháp khác).
Kiến trúc phi đường ống kém hiệu quả hơn đáng kể do tải trên các mô-đun chức năng của bộ xử lý thấp hơn trong khi một hoặc một số ít mô-đun thực hiện vai trò của chúng trong quá trình xử lý lệnh. Đường ống không loại bỏ hoàn toàn thời gian nhàn rỗi của các mô-đun trong bộ xử lý và không làm giảm thời gian thực hiện của từng lệnh cụ thể, nhưng buộc các mô-đun bộ xử lý hoạt động song song trên các lệnh khác nhau, do đó làm tăng số lượng lệnh được thực hiện trên mỗi đơn vị thời gian và do đó hiệu suất tổng thể của các chương trình.
Bộ xử lý đường ống được thiết kế sao cho việc xử lý lệnh được chia thành một chuỗi các giai đoạn, cho phép nhiều lệnh được xử lý đồng thời ở các giai đoạn khác nhau. Kết quả của mỗi giai đoạn được chuyển qua các ô nhớ sang giai đoạn tiếp theo, v.v. cho đến khi lệnh được thực thi. Việc tổ chức bộ xử lý như vậy tuy tăng nhẹ thời gian thực hiện trung bình của mỗi lệnh nhưng vẫn mang lại hiệu suất tăng đáng kể do tần suất hoàn thành lệnh cao.
Không phải tất cả các hướng dẫn đều độc lập. Trong quy trình đơn giản nhất, trong đó quá trình xử lý lệnh được biểu thị bằng năm giai đoạn, để đảm bảo tải đầy đủ, trong khi quá trình xử lý lệnh đầu tiên được hoàn thành, bốn lệnh độc lập liên tiếp nữa phải được xử lý song song. Nếu một chuỗi chứa các lệnh phụ thuộc vào những hướng dẫn hiện đang thực thi thì logic điều khiển của một đường ống đơn giản sẽ tạm dừng một số giai đoạn ban đầu của đường ống, do đó đặt một lệnh trống ("bong bóng") vào đường ống, đôi khi lặp đi lặp lại, cho đến khi giải quyết được sự phụ thuộc . . Có một số kỹ thuật, chẳng hạn như chuyển tiếp, giúp giảm đáng kể nhu cầu tạm dừng một phần quy trình trong những trường hợp như vậy. Tuy nhiên, sự phụ thuộc giữa các hướng dẫn được bộ xử lý xử lý đồng thời không cho phép tăng hiệu suất gấp bội số của số giai đoạn đường ống so với bộ xử lý không có đường ống.
Ưu điểm và nhược điểm.
Băng tải không giúp ích gì trong mọi trường hợp. Có một số nhược điểm có thể xảy ra. Một đường dẫn lệnh có thể được gọi là "đường dẫn đầy đủ" nếu nó có thể chấp nhận một lệnh mới trong mỗi chu kỳ máy (en:chu kỳ đồng hồ). Nếu không, sự chậm trễ phải được dồn vào đường ống, điều này sẽ làm phẳng đường ống đồng thời làm giảm hiệu suất của nó.
Thuận lợi:
Thời gian chu kỳ của bộ xử lý giảm xuống, do đó tăng tốc độ xử lý lệnh trong hầu hết các trường hợp.
Một số cổng logic tổ hợp, chẳng hạn như bộ cộng hoặc bộ nhân, có thể được tăng tốc bằng cách tăng số lượng cổng logic. Sử dụng đường ống có thể ngăn chặn sự tích tụ các phần tử không cần thiết.
Sai sót:
Bộ xử lý không có đường ống chỉ thực hiện một lệnh tại một thời điểm. Điều này ngăn chặn sự chậm trễ của nhánh lệnh (trên thực tế, mọi nhánh đều bị trì hoãn) và các vấn đề liên quan đến các lệnh tuần tự được thực thi song song. Do đó, mạch của bộ xử lý như vậy đơn giản hơn và chi phí sản xuất rẻ hơn.
Độ trễ hướng dẫn trong bộ xử lý không có đường ống thấp hơn một chút so với bộ xử lý có đường ống tương đương. Điều này xảy ra vì các flip-flop bổ sung phải được thêm vào bộ xử lý theo đường ống.
Bộ xử lý không có đường ống có tốc độ xử lý lệnh ổn định. Hiệu suất của bộ xử lý theo đường ống khó dự đoán hơn nhiều và có thể khác nhau đáng kể giữa các chương trình.
nhà sản xuất bộ xử lý đồ họa trung tâm
Có bộ xử lý của các kiến trúc khác nhau.
CISC (Tính toán tập lệnh phức tạp). Để tăng thêm tính linh hoạt và khả năng, cấu hình này bao gồm:
· tăng số lượng lệnh có định dạng và độ dài khác nhau;
· giới thiệu một số lượng lớn các chế độ đánh địa chỉ khác nhau;
· mã hóa lệnh phức tạp.
Bộ xử lý CISC phải xử lý các lệnh phức tạp hơn có độ dài không bằng nhau. Một lệnh CISC có thể thực thi nhanh hơn, nhưng việc xử lý song song nhiều lệnh CISC sẽ khó khăn hơn.
Việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc gỡ lỗi các chương trình trong trình biên dịch chương trình đòi hỏi phải làm lộn xộn bộ vi xử lý bằng các nút. Để tăng hiệu suất, tần số xung nhịp và mức độ tích hợp phải được tăng lên, điều này đòi hỏi phải cải tiến công nghệ và do đó, làm tăng chi phí sản xuất.
RISC (Giảm tính toán tập lệnh). Bộ xử lý với tập lệnh rút gọn. Hệ thống lệnh được đơn giản hóa. Tất cả các lệnh có cùng định dạng với mã hóa đơn giản. Bộ nhớ được truy cập bằng các lệnh tải và ghi; các lệnh còn lại thuộc loại thanh ghi-thanh ghi. Lệnh vào CPU đã được chia thành các trường và không yêu cầu giải mã bổ sung.
Một phần của tinh thể được giải phóng để chứa các thành phần bổ sung. Mức độ tích hợp thấp hơn so với biến thể kiến trúc trước đó, do đó cho phép tốc độ xung nhịp thấp hơn để mang lại hiệu suất cao. Lệnh làm bừa bộ nhớ RAM ít hơn, CPU rẻ hơn. Những kiến trúc này không tương thích với phần mềm. Việc gỡ lỗi các chương trình RISC khó khăn hơn. Công nghệ này có thể được triển khai trong phần mềm tương thích với công nghệ CISC (ví dụ: công nghệ siêu vô hướng).
Vì các lệnh RISC đơn giản nên cần ít cổng logic hơn để thực thi chúng, điều này cuối cùng giúp giảm chi phí của bộ xử lý. Nhưng hầu hết phần mềm ngày nay đều được viết và biên dịch riêng cho bộ xử lý Intel CISC. Để sử dụng kiến trúc RISC, các chương trình hiện tại phải được biên dịch lại và đôi khi được viết lại.
MISC (Bộ máy tính xây dựng đa năng) kết hợp ưu điểm của các kiến trúc trên. Phần đế của phần tử bao gồm hai phần, được chế tạo trong các vỏ riêng biệt hoặc kết hợp. Phần chính là CPU RISC, có thể mở rộng bằng cách kết nối phần thứ hai – ROM điều khiển vi chương trình. Hệ thống có được các thuộc tính CISC. Các lệnh cơ bản chạy trên CPU RISC và các lệnh mở rộng được dịch sang địa chỉ phần sụn. CPU RISC thực thi tất cả các lệnh trong một chu kỳ xung nhịp và phần thứ hai tương đương với CPU có tập lệnh phức tạp. Sự có mặt của ROM giúp loại bỏ nhược điểm của RISC là khi biên dịch từ ngôn ngữ cấp cao, vi mã được tạo ra từ thư viện các hàm tiêu chuẩn, chiếm nhiều dung lượng trong RAM. Vì phần sụn đã được giải mã và mở cho lập trình viên nên không cần thời gian tìm nạp từ RAM để giải mã.
Giới thiệu
3. Chuyển sang bộ xử lý lõi kép
4. Ảo hóa
5. Sơ lược về một số công nghệ khác
6. Công nghệ tương lai
Thư mục
Giới thiệu
Bộ xử lý (hoặc bộ xử lý trung tâm, CPU) là một chip bán dẫn là bộ phận tính toán và điều khiển chính của máy tính.
Tên tiếng Anh của bộ xử lý là CPU (Central Treatment Unit).
Bộ xử lý là một con chip bán dẫn được phát triển đặc biệt, trên đó đặt các bóng bán dẫn, được kết nối bằng các dây dẫn nhôm phún xạ. Tinh thể được đặt trong một hộp gốm có các điểm tiếp xúc.
Bộ xử lý đầu tiên của Intel, i4004, phát hành năm 1971, có 2.300 bóng bán dẫn trên một chip, và bộ xử lý Intel Pentium 4, phát hành ngày 14 tháng 4 năm 2003, đã có 55 triệu bóng bán dẫn. . Độ dày của chip xử lý là 0,13 micron. Để so sánh, độ dày chip của bộ xử lý Intel đầu tiên là 10 micron.
Hình 1 - sơ đồ mạch bộ xử lý
Khối điều khiển - điều khiển hoạt động của tất cả các khối xử lý.
Khối số học-logic - thực hiện các phép tính số học và logic.
Các thanh ghi - khối lưu trữ dữ liệu và kết quả tính toán trung gian - RAM bên trong của bộ xử lý.
Khối giải mã - chuyển đổi dữ liệu sang hệ nhị phân.
Đơn vị tìm nạp trước - Nhận lệnh từ thiết bị (bàn phím, v.v.) và truy vấn bộ nhớ hệ thống để biết hướng dẫn.
Bộ đệm cấp 1 (hoặc đơn giản là bộ đệm) lưu trữ các hướng dẫn và dữ liệu được sử dụng thường xuyên.
Bộ đệm cấp 2 - lưu trữ dữ liệu được sử dụng thường xuyên.
Khối bus - được sử dụng để nhập và xuất thông tin.
Sơ đồ này tương ứng với bộ xử lý kiến trúc P6. Các bộ xử lý từ Pentium Pro đến Pentium III được tạo ra bằng kiến trúc này. Bộ xử lý Pentium 4 được sản xuất bằng kiến trúc Intel® NetBurst mới.
Trong bộ xử lý Pentium 4, bộ đệm cấp 1 được chia thành hai phần - bộ đệm dữ liệu và bộ đệm lệnh.
Có hai loại tốc độ đồng hồ - bên trong và bên ngoài.
Tốc độ xung nhịp bên trong là tốc độ xung nhịp mà công việc xảy ra bên trong bộ xử lý.
Tần số xung nhịp bên ngoài hoặc tần số bus hệ thống là tần số xung nhịp mà tại đó dữ liệu được trao đổi giữa bộ xử lý và RAM của máy tính.
Cho đến năm 1992, các bộ xử lý có cùng tần số bên trong và bên ngoài, và vào năm 1992, Intel đã giới thiệu bộ xử lý 80486DX2, trong đó tần số bên trong và bên ngoài khác nhau - tần số bên trong cao gấp 2 lần tần số bên ngoài. Hai loại bộ xử lý như vậy được ra mắt với tần số 25/50 MHz và 33/66 MHz, sau đó Intel ra mắt bộ xử lý 80486DX4 với tần số bên trong gấp ba lần (33/100 MHz).
Kể từ thời điểm đó, các công ty sản xuất khác cũng bắt đầu sản xuất bộ xử lý có tần số bên trong gấp đôi và IBM bắt đầu sản xuất bộ xử lý có tần số bên trong gấp ba lần (25/75 MHz, 33/100 MHz và 40/120 MHz).
Ví dụ, trong các bộ xử lý hiện đại, với tốc độ xung nhịp của bộ xử lý là 3 GHz, tần số bus hệ thống là 800 MHz.
Các bộ lệnh bổ sung để làm gì? Trước hết là để tăng hiệu suất khi thực hiện một số thao tác nhất định. Một lệnh từ nhóm phụ thường thực hiện một hành động yêu cầu một chương trình nhỏ bao gồm các lệnh từ nhóm chính. Một lần nữa, theo quy luật, một lệnh được bộ xử lý thực thi nhanh hơn trình tự mà nó thay thế. Tuy nhiên, trong 99% trường hợp, không thể thực hiện được điều gì bằng cách sử dụng các lệnh cơ bản bằng cách sử dụng các lệnh từ bộ bổ sung. Do đó, việc kiểm tra chương trình nêu trên để hỗ trợ các tập lệnh bổ sung của bộ xử lý sẽ thực hiện một chức năng rất đơn giản: ví dụ: nếu bộ xử lý hỗ trợ SSE, thì chúng ta sẽ đếm nhanh và sử dụng các hướng dẫn từ bộ SSE. Nếu không, chúng ta sẽ đếm chậm hơn bằng cách sử dụng các lệnh từ bộ chính. Một chương trình được viết chính xác phải hoạt động theo cách này. Tuy nhiên, hiện nay hầu như không có ai kiểm tra bộ xử lý xem có hỗ trợ MMX hay không, vì tất cả các CPU được phát hành trong 5 năm qua đều được đảm bảo hỗ trợ bộ này. Để tham khảo, đây là bảng tóm tắt thông tin về sự hỗ trợ của các tập lệnh mở rộng khác nhau của các bộ xử lý máy tính để bàn khác nhau.
Bảng 1
So sánh các tập lệnh chính
| CPU | MMX | EMMX | 3DNgay bây giờ! | SSE | E3DNgay bây giờ! | SSE2 | SSE3 |
| Intel Pentium II | + | - | - | - | - | - | - |
| Intel Celeron lên tới 533 MHz | + | - | - | - | - | - | - |
| Intel Pentium III | + | - | - | + | - | - | - |
| Intel Celeron 533-1400 MHz | + | - | - | + | - | - | - |
| Intel Pentium 4 | + | - | - | + | - | + | +/-* |
| Intel Celeron từ 1700 MHz | + | - | - | + | - | + | - |
| Intel Celeron D | + | - | - | + | - | + | + |
| Phiên bản Intel Pentium 4 eXtreme | + | - | - | + | - | + | +/-* |
| Phiên bản Intel Pentium eXtreme | + | - | - | + | - | + | + |
| Intel Pentium D | + | - | - | + | - | + | + |
| AMD K6 | + | + | - | - | - | - | - |
| AMD K6-2 | + | + | + | - | - | - | - |
| AMD K6-III | + | + | + | - | - | - | - |
| AMD Athlon | + | + | + | - | + | - | - |
| AMD Duron lên tới 900 MHz | + | + | + | - | + | - | - |
| AMD Athlon XP | + | + | + | + | + | - | - |
| AMD Duron từ 1000 MHz | + | + | + | + | + | - | - |
| AMD Athlon 64 / Athlon FX | + | + | + | + | + | + | +/-* |
| AMD Sempron | + | + | + | + | + | +/-* | +/-* |
| AMD Athlon 64 X2 | + | + | + | + | + | + | + |
| QUA C3 | + | + | +/-* | +/- | - | - | - |
*tùy thuộc vào sửa đổi
Năm 1970 Tiến sĩ Marchian Edward Hoff và nhóm kỹ sư của Intel đã thiết kế bộ vi xử lý đầu tiên. Trong mọi trường hợp, đây là điều người ta thường tin - mặc dù trên thực tế, vào năm 1968, các kỹ sư Ray Holt và Steve Geller đã tạo ra một con chip SLF phổ thông tương tự cho máy tính trên máy bay chiến đấu F-14. Bộ xử lý đầu tiên chạy ở tần số 750 kHz. Bộ xử lý Intel ngày nay nhanh hơn mười nghìn lần so với thế hệ trước của chúng.
Tần số xung nhịp là số lượng hoạt động cơ bản (chu kỳ) mà bộ xử lý có thể thực hiện trong vòng một giây. Cho đến gần đây, chỉ báo này không chỉ quan trọng nhất đối với người dùng mà còn là chỉ báo quan trọng duy nhất! Nhiều người dùng đã cố gắng ép xung bộ xử lý của họ bằng các chương trình đặc biệt. Tuy nhiên, tần số của các bộ xử lý, ngay cả khi không ép xung, vẫn tăng theo cấp số nhân - hoàn toàn phù hợp với cái gọi là “định luật Moore” (có thời điểm Gordon Moore dự đoán rằng mỗi năm rưỡi tần số của bộ vi xử lý sẽ tăng gấp đôi cùng với số lượng của bóng bán dẫn trên chip). Nguyên lý này hoạt động thành công cho đến năm 2004 - cho đến khi các định luật vật lý cản trở các kỹ sư của Intel. Suy cho cùng, kích thước của bóng bán dẫn không thể “thu nhỏ” vô thời hạn. Ngày nay, các bộ xử lý được sản xuất bằng công nghệ 65 nanomet (công nghệ 65 nanomet) và độ dày của “chất nền” bóng bán dẫn không vượt quá 1 nm (chỉ 5 nguyên tử). Trong những năm tới, kích thước bóng bán dẫn có thể giảm xuống còn 22 nm, gần với giới hạn vật lý. Đồng thời với việc giảm kích thước của bóng bán dẫn, lượng nhiệt tạo ra bởi bộ xử lý đang chạy tăng mạnh - ví dụ, trong các mẫu Pentium mới nhất, lượng nhiệt sinh ra là khoảng 120 watt (tương ứng với hai bóng đèn gia dụng)!
1. 8086: bộ xử lý PC đầu tiên
8086 là bộ xử lý x86 đầu tiên - Intel đã phát hành các mẫu 4004, 8008, 8080 và 8085. Bộ xử lý 16 bit này có thể hoạt động với 1 MB bộ nhớ trên bus địa chỉ 20 bit bên ngoài. Tốc độ xung nhịp được IBM lựa chọn (4,77 MHz) khá thấp và đến cuối sự nghiệp, bộ xử lý chỉ chạy ở tốc độ 10 MHz. Những chiếc PC đầu tiên sử dụng một phiên bản phái sinh của bộ xử lý 8088, chỉ có bus dữ liệu ngoài 8 bit. Điều thú vị là hệ thống điều khiển trong các tàu con thoi của Mỹ sử dụng bộ xử lý 8086 và NASA đã phải mua bộ xử lý thông qua eBay vào năm 2002 vì Intel không còn sản xuất chúng nữa.
ban 2
Thông số kỹ thuật 8086
| Intel 8086 | |
| Tên mã | không áp dụng |
| Ngày phát hành | 1979 |
| Tần số đồng hồ | 4,77-10 MHz |
80286: 16 MB bộ nhớ nhưng vẫn là 16 bit
Được phát hành vào năm 1982, bộ xử lý 80286 nhanh hơn 3,6 lần so với 8086 ở cùng tốc độ xung nhịp. Nó có thể xử lý bộ nhớ lên tới 16 MB, nhưng 286 vẫn là bộ xử lý 16 bit. Nó trở thành bộ xử lý x86 đầu tiên được trang bị bộ quản lý bộ nhớ (MMU), cho phép làm việc với bộ nhớ ảo. Giống như 8086, bộ xử lý không chứa đơn vị dấu phẩy động (FPU) nhưng có thể sử dụng chip đồng xử lý x87 (80287). Intel phát hành 80286 ở tốc độ xung nhịp tối đa 12,5 MHz, mặc dù các đối thủ cạnh tranh đã đạt được 25 MHz.
bàn số 3
Thông số kỹ thuật 8026
| Intel 80286 | |
| Tên mã | không áp dụng |
| Ngày phát hành | 1982 |
| Tần số đồng hồ | 6-12 MHz |
386: 32-bit và có bộ đệm
Intel 80836 là bộ xử lý x86 đầu tiên có kiến trúc 32-bit. Một số phiên bản của bộ xử lý này đã được phát hành. Hai loại nổi tiếng nhất là 386 SX (eXternal từ đơn), sử dụng bus dữ liệu 16 bit và 386 DX (eXternal từ kép), sử dụng bus dữ liệu 32 bit. Có thể lưu ý hai phiên bản nữa: SL, bộ xử lý x86 đầu tiên có hỗ trợ bộ đệm (bên ngoài) và 386EX, được sử dụng trong chương trình không gian (ví dụ: kính thiên văn Hubble sử dụng bộ xử lý này).
Bảng 4
Đặc điểm 386
| Intel 80386 DX | |
| Tên mã | P3 |
| Ngày phát hành | 1985 |
| Tần số đồng hồ | 16-33 MHz |
486: FPU và số nhân
Bộ xử lý 486 đã trở thành biểu tượng đối với nhiều người vì nó đánh dấu sự khởi đầu trải nghiệm của cả một thế hệ với máy tính. Trên thực tế, 486 DX2/66 nổi tiếng từ lâu đã được coi là cấu hình tối thiểu dành cho game thủ. Bộ xử lý này, được phát hành vào năm 1989, có một số tính năng mới thú vị như bộ đồng xử lý FPU trên chip, bộ đệm dữ liệu và lần đầu tiên giới thiệu hệ số nhân. Bộ đồng xử lý x87 được tích hợp vào dòng 486 DX (không phải SX). Bộ nhớ đệm cấp một 8 KB đã được tích hợp vào bộ xử lý (đầu tiên là ghi qua, sau đó là ghi lại với hiệu suất cao hơn một chút). Có thể thêm bộ đệm L2 vào bo mạch chủ (hoạt động ở tần số bus).
Thế hệ thứ hai của bộ xử lý 486 có được hệ số nhân CPU, vì bộ xử lý này nhanh hơn FSB nên các phiên bản DX2 (hệ số nhân 2x) và DX4 (hệ số nhân 3x) đã xuất hiện. Một giai thoại khác: "487SX", được bán dưới dạng FPU cho 486SX, về cơ bản là một bộ xử lý 486DX đầy đủ đã rút phích cắm và thay thế CPU ban đầu.
Bảng 5
Đặc điểm 486
| Intel 80486 DX | |
| Tên mã | P4, P24, P24C |
| Ngày phát hành | 1989 |
| Tần số đồng hồ | 16-100 MHz |
Kiến trúc bộ xử lý là gì?
Với sự ra đời của máy tính điện tử, chỉ có một cuộc cách mạng và tiến bộ thực sự lớn trong công nghệ xảy ra. Như vậy, các ống chân không cũ đã được thay thế bằng các công nghệ bán dẫn mới, mãi mãi in dấu trên các thiết bị điện tử hiện đại. Ngày nay, hầu hết các thiết bị di động đều chạy trên cùng một phát minh - bộ xử lý bán dẫn được sửa đổi hoàn toàn. Bây giờ chúng tôi sẽ cho bạn biết kiến trúc bộ xử lý là gì và tại sao nó lại cần thiết.
Kiến trúc là một tập hợp các nguyên tắc chính để thiết kế bộ xử lý, trong đó mạch chung được đặt trên chip silicon, cũng như mạch để tương tác phần mềm với chip. Nói một cách đơn giản, kiến trúc là thiết kế mà bộ xử lý được lắp ráp trên đó.
Trong suốt quá trình tồn tại của công nghệ vi xử lý, đã có nhiều loại kiến trúc khác nhau. Phổ biến nhất là CISC, MISC, VLIW và RISC. Sự khác biệt duy nhất giữa chúng là cách chúng tương tác với dữ liệu đến và đi từ bộ xử lý.
Hoạt động của kiến trúc bộ xử lý có phần phức tạp hơn. Do đó, dữ liệu trong mạch được xử lý một cách tuần tự. Ví dụ, lúc đầu, bộ xử lý nhận được một lệnh, sau đó đọc dữ liệu, thực hiện các phép tính cần thiết và cuối cùng tạo ra kết quả. Nhưng tất cả những điều này đều rất trừu tượng; trên thực tế, công việc của bộ vi xử lý phức tạp hơn nhiều.
Số lượng các quy trình và hoạt động như vậy có thể lên tới hàng chục nghìn. Đương nhiên, trong quá trình này, lỗi có thể xảy ra, nhưng càng ít lỗi thì hệ thống sẽ hoạt động càng tốt và ổn định hơn. Ít lỗi xảy ra hơn đáng kể trong các bộ xử lý có kiến trúc RISC. Nó cung cấp các lệnh đơn giản hơn nhiều để cải thiện hiệu suất tổng thể.
Ngoài ra, không nên nhầm lẫn các khái niệm về kiến trúc bộ xử lý và vi kiến trúc; đây là những yếu tố xác định hơi khác nhau. Do đó, kiến trúc đề cập đến nguyên tắc thiết kế của bộ vi xử lý; kiến trúc vi mô chỉ là một trong những cách thực hiện nó, có những đặc điểm riêng.
Một trong những loạt kiến trúc nổi tiếng nhất được coi là “Cortex”. Những chiếc điện thoại thông minh đầu tiên có kiến trúc Cortex A7, hiện được coi là lỗi thời. Cortex A72 và A73 được coi là hiệu quả nhất hiện nay. Apple sử dụng kiến trúc ARMv8 đã được sửa đổi trong các thiết bị của mình.
Trong quá trình hoạt động, bộ xử lý xử lý dữ liệu nằm trong các thanh ghi của nó, trong RAM và các thiết bị đệm ngoài của bộ xử lý. Tổng số tồn tại 3 luồng thông tin,được xử lý bởi bộ xử lý:
Dữ liệu cần xử lý
Tập hợp các lệnh khác nhau mà bộ xử lý có thể thực thi trên dữ liệu tạo thành hệ thống lệnh của bộ xử lý. Tập lệnh của bộ xử lý càng lớn thì kiến trúc của nó càng phức tạp, các lệnh được ghi bằng byte càng dài và thời gian thực hiện trung bình của các lệnh của bộ xử lý càng dài. Bộ xử lý Intel có hơn 1000 lệnh và được phân loại là bộ xử lý tập lệnh mở rộng (CISC).
Hình thức kiến trúc của máy tính tương thích với IBMPC được xác định bởi một số thuộc tính đảm bảo khả năng vận hành phần mềm điều khiển thiết bị được kết nối. Các chương trình có thể tương tác với thiết bị theo nhiều cách khác nhau:
Sử dụng các lệnh gọi hàm của hệ điều hành (ngắt DOS, API Windows, v.v.);
Sử dụng các lệnh gọi hàm cơ bản của hệ thống đầu vào/đầu ra (BIOS);
Tương tác trực tiếp với phần cứng mà họ biết - cổng và bộ nhớ của thiết bị hoặc bộ điều khiển giao diện.
Sự đa dạng như vậy tồn tại do tính mở ban đầu về kiến trúc của các IBMPC đầu tiên và việc bảo tồn các giải pháp hiện có (ngay cả khi đôi khi không phải là giải pháp tốt nhất) trong các mô hình tiếp theo, phát triển quá mức với các nút mới.
Sự xuất hiện của một máy tính tương thích với PC phần lớn được quyết định bởi các nhà phát triển của Microsoft và Intel. Các công ty này đã có truyền thống ban hành một tài liệu đồ sộ quy định các yêu cầu đối với các nhà phát triển phần cứng để có được logo “Được thiết kế cho Microsoft Windows” như mong muốn.
Các thông số kỹ thuật xác định các yêu cầu về chức năng và hiệu suất của tất cả các hệ thống con máy tính, bao gồm cả các thiết bị ngoại vi.
Hiện nay, các loại kiến trúc bộ xử lý sau đây được phân biệt:
RISC– khả năng thực thi ít lệnh hơn nhưng ở tốc độ cao. Các lệnh bao gồm các lệnh đơn giản hơn sẽ được thực thi hiệu quả hơn và ở tốc độ cao. Nhược điểm: các thuật toán phức tạp không phải lúc nào cũng có thể chia thành một chuỗi các lệnh đơn giản.
CISC– Bộ xử lý là phổ quát và có thể được sử dụng trong bất kỳ hệ thống máy tính nào.
MISC– kiểu kiến trúc trung gian. Nó có lõi vi xử lý bên trong được chế tạo theo kiến trúc RISC và lõi bên ngoài được chế tạo theo cấu trúc CISC.
Khe cắm mở rộng được thiết kế để cài đặt thẻ cho nhiều mục đích khác nhau nhằm mở rộng chức năng của máy tính. Các khe cắm này mang theo các bus mở rộng I/O tiêu chuẩn cũng như các giao diện trung gian như AMR và CNR. Các bus mở rộng I/O được tiêu chuẩn hóa cung cấp cơ sở cho khả năng mở rộng chức năng của máy tính cá nhân tương thích với PC, máy tính này ngay từ khi ra đời đã không bị giới hạn trong việc thực hiện các tác vụ tính toán thuần túy.
Bus mở rộng là kết nối cấp hệ thống: chúng cho phép các bộ điều hợp và bộ điều khiển sử dụng trực tiếp tài nguyên hệ thống PC—bộ nhớ và không gian I/O, các ngắt và các kênh truy cập bộ nhớ trực tiếp. Do đó, các nhà sản xuất mô-đun mở rộng phải tuân thủ nghiêm ngặt các giao thức bus, bao gồm các thông số tải và tần số nghiêm ngặt cũng như sơ đồ thời gian. Những sai lệch dẫn đến sự không tương thích với một số bo mạch chủ. Nếu khi kết nối với giao diện bên ngoài, điều này dẫn đến việc chỉ bản thân thiết bị không hoạt động được, thì việc kết nối không chính xác với bus hệ thống có thể chặn hoạt động của toàn bộ máy tính. Những hạn chế về tài nguyên PC cũng cần được tính đến. Điểm yếu nhất trong số đó là các dòng yêu cầu ngắt; vấn đề ngắt, được biết đến từ bus ISA, chưa bao giờ được giải quyết triệt để khi chuyển sang PCI. Một thiếu sót khác - các kênh truy cập trực tiếp của bus ISA, cũng được sử dụng để điều khiển bus trực tiếp - đã biến mất trên bus PCI. Không gian địa chỉ khả dụng của bộ nhớ và cổng I/O vốn hơi chật chội đối với các thuê bao bus ISA đã được mở rộng đáng kể trong PCI. Các vấn đề về phân phối tài nguyên trên xe buýt được giải quyết theo nhiều cách khác nhau, nhưng công nghệ PnP thường được sử dụng nhiều nhất.
Trong các máy tính để bàn hiện đại, bus mở rộng chính là PCI, cổng AGP có mặt ở hầu hết mọi nơi và bus ISA, bất chấp các khuyến nghị loại bỏ nó, vẫn là phương tiện kết nối các thẻ mở rộng cũ hơn.
Có 3 loại lốp:
Bus dữ liệu
Xe buýt địa chỉ
Xe buýt lệnh
Bus dữ liệu– dữ liệu được sao chép từ RAM sang thanh ghi bộ xử lý và ngược lại. 64 bit.
Xe buýt địa chỉ– dữ liệu được truyền đi được hiểu là địa chỉ của các ô RAM. Bằng cách sử dụng bus này, bộ xử lý sẽ đọc địa chỉ của các lệnh cần được thực thi cũng như dữ liệu mà các lệnh đó hoạt động. 32-bit.
Xe buýt lệnh(điều khiển) – cung cấp các lệnh được bộ xử lý thực thi. Các lệnh đơn giản vừa với một byte, các lệnh phức tạp hơn vừa với 2,3 byte. 32-bit.
Nguyên lý mô-đun xương sống của cấu trúc máy tính
Các bus trên bo mạch chủ không chỉ được sử dụng để liên lạc với bộ xử lý, tất cả các thiết bị máy tính khác cũng được kết nối bằng bus.
LÀ MỘT– cho phép bạn kết nối tất cả các thiết bị trong đơn vị hệ thống với nhau, cũng như đảm bảo kết nối các thiết bị mới thông qua các khe cắm tiêu chuẩn. Băng thông là 5,5 MB mỗi giây. Giờ đây chúng chỉ được sử dụng để kết nối các thiết bị bên ngoài không yêu cầu nhiều băng thông (âm thanh, modem).
EISA- Bus hiệu suất trung bình 32-bit, được sử dụng chủ yếu để kết nối bộ điều khiển đĩa và bộ điều hợp mạng cục bộ trong máy chủ. Hiện nay được thay thế bởi bus PCI. Trước đây được sử dụng trong các nền tảng máy chủ cần cài đặt thêm nhiều card mở rộng. Khe cắm EISA có thể chứa thẻ ISA (nhưng không phải ngược lại). Băng thông lên tới 32 MB mỗi giây.
VLB– bus cục bộ, là kết nối giữa bộ xử lý và RAM, bỏ qua bus chính. Bus này hoạt động ở tần số cao hơn và cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Bus này có giao diện kết nối bộ điều hợp video cần thiết để kết nối màn hình với tổ hợp máy tính. Băng thông lên tới 130 MB mỗi giây. Tần số xung nhịp hoạt động - 50 MHz. Phụ thuộc vào loại thiết bị được kết nối với xe buýt này.
PCI– một tiêu chuẩn để kết nối các thiết bị bên ngoài được giới thiệu cho Pentium. Về cốt lõi, đây là một giao diện - các bus cục bộ với các đầu nối để kết nối các thành phần bên ngoài của hệ thống máy tính. Tần số xung nhịp lên tới 166 MHz và đảm bảo truyền thông tin ở tốc độ 264 MB mỗi giây, bất kể số lượng thiết bị được kết nối. Với sự ra đời của tiêu chuẩn này, người ta có thể kết nối công nghệ “Plug&Play”: sau khi kết nối vật lý thiết bị, việc cấu hình tự động như một phần của hệ thống máy tính được đảm bảo.
FSB– một bus được sử dụng để kết nối bộ xử lý với RAM của máy tính; bus này hoạt động ở tần số 133 MHz trở lên. Băng thông lên tới 800 Mb/giây. Tần số bus FSB là thông số chính được chỉ ra trong thông số kỹ thuật của bo mạch chủ.
AGP– một giao diện bus đặc biệt, được thiết kế để kết nối bộ điều hợp video. Giao diện này cần thiết trong các thiết bị máy tính hiện đại vì thông số bus PCI không đáp ứng được yêu cầu về tốc độ của bộ điều hợp video. Băng thông 1066 Mb/giây. Không giống như bus PCI, đối với cổng AGP, các vấn đề nảy sinh về khả năng tương thích của thẻ tăng tốc với loại bo mạch chủ (chipset) và bộ xử lý, ngay cả khi các thông số của chúng khớp về mặt hình thức.
USB– một tiêu chuẩn bus nối tiếp phổ dụng xác định cách máy tính tương tác với thiết bị ngoại vi hiện đại. Cổng này cho phép kết nối 256 thiết bị nối tiếp khác nhau và các thiết bị có thể được kết nối theo chuỗi nối tiếp. Ưu điểm của tiêu chuẩn này là có thể kết nối được thiết bị ngoại vi. Trong phiên làm việc hiện tại mà không cần khởi động lại. Cổng này cho phép bạn kết nối máy tính với mạng mà không cần sử dụng phần cứng và phần mềm đặc biệt.
Việc định cấu hình các bus mở rộng chủ yếu liên quan đến việc thiết lập các tham số thời gian của chúng:
Đối với bus PCI, tần số đồng bộ hóa được thiết lập, ngoài ra, với CMOSSetup cho bus này, một số chế độ có thể có của nó có thể được xác định - các cuộc gọi cạnh tranh, theo dõi bảng màu.
Đối với cổng AGP, tần số, chế độ được hỗ trợ và khẩu độ AGP được đặt.
Đối với các bus ISA và PCI, đôi khi các cài đặt CMOSSetup phải phân bổ tài nguyên hệ thống (chủ yếu là ngắt các dòng yêu cầu).
Đối với bus ISA, ngoài tần số (cần khoảng 8 MHz), thời gian khôi phục được đặt cho bộ nhớ 8 và 16 bit và truy cập I/O. Hoạt động không ổn định của bộ điều hợp có thể yêu cầu bus ISA bị chậm lại, nhưng hiện tại việc giảm hiệu suất của nó không ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của toàn bộ máy tính.
