Thực đơn
trang chủSự cố

Bộ xử lý trung tâm (CPU, CPU) là gì? Bộ xử lý trung tâm hoạt động như thế nào? Có những kiến ​​trúc bộ xử lý nào? Kiến trúc bộ xử lý trong điện thoại thông minh là gì?

Bài viết và Lifehacks

Đối với nhiều người dùng, biết số lượng lõi của chipset là quá đủ.

Và đối với những người quan tâm đến chi tiết, chúng tôi sẽ cho bạn biết khái niệm “kiến trúc bộ xử lý” là gì và nó như thế nào trong điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng.

Khi chọn một tiện ích, những thông tin như vậy khó có thể hữu ích, nhưng nó sẽ giúp ước tính, ít nhất là ở mức gần đúng đầu tiên, SoC được sử dụng trong đó.

định nghĩa chính thức

Từ quan điểm này, kiến ​​trúc bộ xử lý thể hiện khả năng tương thích với một bộ hướng dẫn, cấu trúc và phương pháp thực hiện cụ thể của chúng.

Theo quy định, kiến ​​trúc được phân loại dựa trên tập hợp các lệnh, chính xác hơn là theo số lượng và độ phức tạp của chúng.

Ngày nay, các thiết bị di động sử dụng bộ xử lý hai kiến ​​trúc chính:

Loại đầu tiên trong số đó, ARM, thuộc loại được gọi là RISC (máy tính tập lệnh giảm), được đặc trưng bởi hiệu suất tăng lên bằng cách đơn giản hóa các hướng dẫn.

Ngoài ra, điều này còn có tác dụng rất có lợi trong việc tiết kiệm năng lượng.

Đây là lý do tại sao phần lớn thiết bị di động sử dụng chipset dựa trên kiến ​​trúc ARM.


Thứ hai, x86 thuộc một loại khác - CISC (máy tính tập lệnh phức tạp). Nó sử dụng các lệnh phức tạp được chia thành các lệnh đơn giản hơn trước khi thực thi.

Kiến trúc này được biết đến nhiều hơn với bộ xử lý PC và máy tính xách tay, nhưng các mẫu hiện đại hơn của chúng tương thích CISC với lõi RISC. Ở dạng thuần túy, x86 được bảo tồn trong SoC di động Intel Atom.

Ai tạo bộ xử lý dựa trên kiến ​​trúc ARM

Nếu với x86 mọi thứ ít nhiều rõ ràng, thì với ARM, người dùng thiếu kinh nghiệm sẽ đặt ra câu hỏi: ai đang phát triển nó? Việc này được thực hiện bởi ARM Limited.

Nó không có cơ sở sản xuất vi điện tử riêng, nhưng lõi xử lý Cortex do nó phát triển được người khác sử dụng.

Đây chỉ là một số công ty được hưởng giấy phép cho sự phát triển của nó:

  • Qualcomm;
  • MediaTek;
  • Nvidia;
  • Intel;
  • Nintendo;
Tất cả những gương mặt đều quen thuộc phải không?

Chipset di động sử dụng một số loại lõi Cortex-Ax, trong đó hiệu suất lõi càng cao thì giá trị x càng lớn.

Tuy nhiên, ARM Limited không chỉ giới hạn ở bộ xử lý dành cho điện thoại thông minh, do đó, các lõi dựa trên kiến ​​trúc ARM của nó có thể được tìm thấy, chẳng hạn như trong bộ định tuyến hoặc máy in. Ở đó họ có một dấu hiệu khác - Mx hoặc Rx.

Các lõi được cập nhật liên tục, các lõi mới xuất hiện và việc sử dụng lõi cũ trong các mẫu chipset mới không còn được sử dụng nữa. Tại thời điểm viết bài có liên quan:

  • Cortex-A15.
  • Cortex-A17.
  • Cortex-A53.
  • Cortex-A57.
  • Cortex-A72.
Cần phải nói rằng các lõi Cortex khác nhau không chỉ về hiệu năng mà còn về mức tiêu thụ điện năng.

Do đó, để giảm bớt sự “háu ăn” của toàn bộ chipset, ARM Limited đã đề xuất một công nghệ mới, big.LITTLE, bản chất của công nghệ này được mã hóa ngay trong tên của nó.


SoC sử dụng hai loại lõi khác nhau: cấp cao nhất và cấp thấp. Ở chế độ chờ, khi không cần hiệu năng cao, các lõi tiết kiệm năng lượng sẽ hoạt động tốt và nếu một ứng dụng sử dụng nhiều tài nguyên bắt đầu chạy thì các lõi hiệu quả hơn sẽ được kết nối.

Còn x86 thì sao?


Theo truyền thống, người ta tin rằng các thiết bị dựa trên nó quá ngốn điện. Trên thực tế, điều này không phải như vậy: các chipset Atom hiện đại có mức tiêu thụ điện năng khá thấp bằng cách thay đổi tần số xung nhịp tùy thuộc vào chế độ vận hành.

Thách thức chính khi sử dụng kiến ​​trúc này trong thiết bị di động là khả năng tương thích của phần mềm.

Tuy nhiên, điện thoại thông minh dựa trên dòng SoC này xuất hiện định kỳ và thậm chí sử dụng Android, chẳng hạn như một số mẫu ASUS ZenFone 5 xuất hiện vào năm 2014.

Lò vi sóng và siêu máy tính, máy tính và tàu thăm dò sao Hỏa có điểm gì chung? Bộ vi xử lý. Chi tiết nhỏ nhưng cực kỳ quan trọng này là một phần không thể thiếu của bất kỳ thiết bị điện tử nào, bất kể nó thực hiện chức năng gì, bởi chính bộ vi xử lý chịu trách nhiệm “tư duy” cho thiết bị. Tất nhiên, bộ xử lý không nghĩ theo nghĩa đầy đủ của từ này, nhưng nó có khả năng làm những gì mà một người không thể - đếm rất, rất nhanh. Và nếu chúng ta cung cấp cho bộ xử lý những thông tin cần thiết và “giải thích” những việc cần làm với nó, tức là lập trình cho nó, thì chúng ta sẽ có được một người bạn sắt rất hữu ích. Không quá lời khi nói rằng bộ vi xử lý đã thay đổi thế giới của chúng ta.

Các bộ vi xử lý hiện đại rất khác so với những bộ vi xử lý được phát triển vào những năm 1950 và 60. Ví dụ, bộ xử lý ban đầu được phát triển cho một số ít máy tính duy nhất và đôi khi thậm chí là một máy tính. Đây là một quá trình khá tốn kém nên không có gì đáng ngạc nhiên khi nó bị bỏ rơi. Ngày nay, phần lớn bộ xử lý là những mẫu phổ thông được sản xuất hàng loạt phù hợp với số lượng lớn máy tính.

Một điểm khác biệt nữa với nhiều CPU hiện đại là chúng là các bộ vi điều khiển - các mạch có mục đích chung hơn trong đó bộ xử lý được kết nối với các phần tử bổ sung. Đây có thể là bộ nhớ, các cổng khác nhau, bộ hẹn giờ, bộ điều khiển thiết bị bên ngoài, mô-đun điều khiển giao diện, v.v.

bộ xử lý SoC

Hầu hết các bộ xử lý hiện đại theo cách này hay cách khác đều dựa trên các nguyên tắc được đặt ra vào những năm 1940 bởi nhà khoa học người Mỹ gốc Hungary John von Neumann, mặc dù tất nhiên, chúng đã đi được một chặng đường rất dài về mặt công nghệ. Một trong những kiến ​​trúc bộ xử lý chính ngày nay được gọi là SoC, hay hệ thống trên chip. Đây cũng là một kiến ​​trúc vi điều khiển, nhưng thậm chí còn dày đặc hơn. Ở đây, một số thành phần được đặt trên một chip bán dẫn. Nó giống như nó không phải là bộ xử lý mà là cả một chiếc máy tính. Cách tiếp cận này giúp đơn giản hóa và giảm chi phí lắp ráp cả bộ xử lý và toàn bộ thiết bị.

Đó là bộ xử lý SoC được sử dụng trong phần lớn điện thoại thông minh và máy tính bảng hiện đại. Ví dụ: bộ xử lý SoC là chip của công ty ARM của Anh, chạy hầu hết các thiết bị Android, cũng như điện thoại thông minh iPhone và máy tính bảng iPad. Bộ xử lý ARM cũng được sử dụng trong chipset MediaTek, nơi số lượng của chúng lên tới 10.

bộ xử lý RISC

Công nghệ RISC là viết tắt của máy tính tập lệnh rút gọn và được IBM đề xuất lần đầu tiên. RISC dựa trên ý tưởng tối đa hóa hiệu suất bằng cách đơn giản hóa các hướng dẫn và giới hạn độ dài của chúng. Nhờ cách tiếp cận này, không chỉ có thể tăng tần số xung nhịp mà còn giảm cái gọi là đường dẫn bộ xử lý - hàng lệnh để thực thi, cũng như giảm sinh nhiệt và tiêu thụ năng lượng.

Bộ xử lý RISC đầu tiên đơn giản đến mức chúng thậm chí không có phép chia và phép nhân, nhưng chúng nhanh chóng bám rễ vào công nghệ di động. Hầu hết các bộ xử lý hiện đại đều dựa trên kiến ​​trúc RISC. Trước hết, đây là những bộ xử lý ARM đã được đề cập, cũng như PowerPC, SPARC và nhiều bộ xử lý khác. Các bộ xử lý phổ biến nhất của Intel đều dựa trên lõi RISC trong nhiều năm, kể từ những năm 1990. Có thể nói công nghệ RISC đang chiếm ưu thế hiện nay mặc dù nó có nhiều phương án triển khai.

bộ xử lý CISC

Đây là loại bộ vi xử lý truyền thống hơn, khác với các loại trước đó ở bộ hướng dẫn đầy đủ, do đó có tên: máy tính tập lệnh phức tạp. Những bộ xử lý như vậy không có độ dài lệnh cố định nhưng bản thân chúng có nhiều lệnh hơn. Bộ xử lý CISC đều là bộ xử lý có kiến ​​trúc x86, vốn đã thống trị ngành công nghiệp máy tính trong nhiều thập kỷ, cho đến khi Intel Pentium Pro ra đời, lần đầu tiên loại bỏ khái niệm CISC và ngày nay là một bộ xử lý lai - một chipset CISC dựa trên lõi RISC.

Kiến trúc CISC cổ điển ngày càng ít được sử dụng do tốc độ xung nhịp thấp hơn và chi phí lắp ráp cao. Tuy nhiên, nó vẫn có nhu cầu trong các máy chủ và máy trạm, tức là các hệ thống có chi phí thấp hơn so với các thiết bị tiêu dùng thuần túy.

CÁNH TAY và x86

Như đã đề cập, bộ xử lý ARM được sử dụng trong hầu hết các thiết bị di động, trong khi kiến ​​trúc x86 từ lâu đã thống trị máy tính để bàn và máy tính xách tay. Tại sao có sự phân chia này? Ngày xưa, bộ vi xử lý ARM được coi là "điện thoại" thuần túy - chúng là những con chip có công suất rất thấp với khả năng thấp, lý tưởng là "được thiết kế riêng" cho công nghệ di động. Chúng không bị nóng, không cần nhiều năng lượng và thực hiện một số việc bạn cần làm trên điện thoại hoặc điện thoại thông minh.

Mặt khác, dòng x86, do Intel phát triển, bắt đầu với bộ xử lý Intel 8086 huyền thoại (nguồn gốc của cái tên này) của năm 1978, luôn là rất nhiều máy tính “thực sự” mạnh mẽ. ARM ở đâu so với họ, nhiều chuyên gia cho biết. Nhưng thời thế đã thay đổi, ngày nay kiến ​​trúc ARM và x86 cạnh tranh gay gắt với nhau trong toàn bộ ngành công nghiệp máy tính vốn ngày càng phụ thuộc vào công nghệ di động.

Bản thân công ty ARM, không giống như Intel, không sản xuất bộ xử lý mà cấp phép chúng cho các nhà sản xuất bên thứ ba, bao gồm hầu hết tất cả các gã khổng lồ: Apple, Samsung, IBM, NVIDIA, Nintendo, Qualcomm và thậm chí trớ trêu thay, Intel (và đối thủ cạnh tranh vĩnh cửu của nó). AMD ). Cách tiếp cận này đã dẫn đến thực tế là bộ xử lý ARM tràn ngập thị trường theo đúng nghĩa đen - ngày nay hơn một tỷ bộ xử lý trong số đó được sản xuất mỗi năm.

Khi ngày nay ngày càng có nhiều người thích máy tính bảng hơn máy tính truyền thống, doanh số bán hàng ngày càng giảm, một tình huống đã nảy sinh khiến Intel và AMD rất khó chịu và không thể tưởng tượng được cách đây 10 năm. Intel bất ngờ nhận ra mình đang trong vai trò bắt kịp và bắt đầu tích cực phát triển các giải pháp điện áp thấp của riêng mình, chưa kể là hoàn toàn không thành công - các mẫu Intel Atom và Core M hiện đại có đặc điểm khá cạnh tranh về một số thông số.

Cộng đồng nhà phát triển cũng rơi vào tình thế mới, phải nhanh chóng thích ứng với yêu cầu của thị trường. Đầu tiên, cuộc cách mạng Internet khiến người dùng ít làm việc với các chương trình truyền thống trên máy tính truyền thống mà thường xuyên làm việc trên trình duyệt web hơn. Sau đó, một cuộc cách mạng di động khác đã khai sinh ra một thực tế mới: người dùng đại chúng hoàn toàn gạt bỏ máy tính và chuyển sang sử dụng thiết bị di động, nơi họ hoạt động chủ yếu trong các ứng dụng di động. Và các ứng dụng di động lại là ARM, điều mà Intel vẫn chưa thể đối phó được.

lớn.LITTLE

Một trong những công nghệ ARM đầy hứa hẹn là big.LITTLE - công nghệ tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng bằng cách kết hợp lõi hiệu suất cao hơn với lõi hiệu suất thấp hơn nhưng tiết kiệm năng lượng hơn. Ví dụ: nó có thể là Cortex-A15 và Cortex-A7. Nó giống như hai bánh răng trên một chiếc ô tô: khi bạn cần thực hiện một tác vụ phức tạp và tốn nhiều tài nguyên hơn, chip càng mạnh sẽ bật, còn chip nào tiết kiệm hơn sẽ phù hợp hơn cho các tác vụ nền. Nhờ cách tiếp cận này, thế hệ mới nhất của nền tảng big.LITTLE có thể giảm 75% mức tiêu thụ năng lượng của chip đồng thời tăng hiệu suất lên 40%.

big.LITTLE có những biến thể riêng. Ví dụ: vào năm 2013, MediaTek đã giới thiệu nền tảng CorePilot dựa trên big.LITTLE, nền tảng đi tiên phong trong khái niệm đa xử lý không đồng nhất (HMP). Phần mềm đặc biệt tự động phân phối các luồng công việc giữa các lõi khác nhau dựa trên yêu cầu của chúng. Mức tiêu thụ điện năng và điều kiện nhiệt độ được quản lý tương tác và thuật toán lập lịch đặc biệt kết hợp với kiến ​​trúc ba cụm có thể giảm hơn nữa mức tiêu thụ điện năng của chip.

Nền tảng này còn được gọi là Device Fusion và các nhà phát triển hứa hẹn sẽ mang lại hiệu suất tăng gấp nhiều lần, ấn tượng trong trường hợp không có hệ thống sưởi bổ sung cho thiết bị. Cuộc sống của các lập trình viên cũng trở nên dễ dàng hơn vì họ không còn phải quyết định xem nên sử dụng hạt nhân nào cho nhiệm vụ nào. Việc phân công các lõi diễn ra ở chế độ hoàn toàn tự động. Công nghệ này thực sự đảm bảo rằng mỗi lõi được sử dụng hiệu quả và không ở trạng thái rảnh rỗi. Mỗi tác vụ chạy trên lõi (hoặc các lõi) tối ưu của CPU hoặc GPU, bất kể kiến ​​trúc.

Tại sao kiến ​​trúc cụm hiệu quả hơn?

Nhưng công ty Đài Loan MediaTek không chỉ có CorePilot. Nhà sản xuất đã thực sự gây được tiếng vang lớn với công nghệ Tri-Cluster của mình. Để hiểu nó là gì và hoạt động như thế nào, chúng ta hãy nhớ cách bộ xử lý của điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng hoạt động trong trường hợp chung nhất.

Một bộ xử lý di động hiện đại, cũng như một chipset (chipset bao quanh nó), bao gồm một số lõi, số lượng lõi ngày nay đang tăng lên nhanh chóng. Điều này cho phép bạn phân phối nhiệm vụ giữa các lõi và do đó thực hiện một số nhiệm vụ cùng một lúc. Điện thoại cố gắng phân phối lại tải giữa các lõi một cách linh hoạt, quyết định sử dụng lõi nào và khi nào.

Nhưng sự phân phối này diễn ra như thế nào? Đôi khi - theo quyết định của nhà phát triển phần mềm, đôi khi - hoàn toàn tự động, và ở đây mọi thứ phụ thuộc vào các thuật toán có thể hiệu quả ít nhiều. Trong công nghệ big.LITTLE, nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mô-đun đặc biệt - bộ lập lịch. Ví dụ: nó có thể chuyển việc thực thi một quy trình từ lõi này sang lõi khác nếu lõi đầu tiên thiếu hiệu suất.

Công nghệ big.LITTLE đã có bước tiến lớn hướng tới hiệu quả nhờ hai cụm bộ xử lý - nhóm lõi (cụm tiếng Anh - cluster). Nếu bạn cần chơi trò chơi 3D, chúng tôi sẽ bật một cụm mạnh mẽ; Ví dụ: nếu bạn cần đọc sách hoặc thậm chí bỏ điện thoại vào túi, một cụm yếu sẽ được bật nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng tối đa. Đây là lý do tại sao kiến ​​trúc cụm rất hứa hẹn. Trong các kiến ​​trúc bộ xử lý đơn truyền thống cũng như kiến ​​trúc cụm đơn đa bộ xử lý, không có chỗ cho sự cơ động và tính linh hoạt như vậy trong việc phân phối tải.

Ba cụm so với hai

Nhưng ở đây cũng nảy sinh một vấn đề: các tác vụ có độ phức tạp trung bình, phổ biến nhất trên điện thoại, thường được gửi đến một cụm có lõi mạnh mẽ. Ví dụ: chúng tôi làm việc với email. Nhiệm vụ này không quá tốn nhiều tài nguyên nhưng nền tảng hai cụm có thể tạo ra một cụm mạnh mẽ cho nó. Đơn giản là cô ấy không có lựa chọn nào khác - chỉ có hai cụm và không có “ý nghĩa vàng”. Kết quả là mức tiêu thụ năng lượng và làm nóng thiết bị tăng nhanh trong khi cụm nhanh không mang lại lợi ích rõ ràng cho người dùng.

Kiến trúc Tri-Cluster kết hợp với CorePilot 3.0 sẽ giải quyết được vấn đề này. Nó hoạt động không phải với hai mà với ba cụm, được gọi là tối thiểu (Tối thiểu), trung bình (Med) và tối đa (Tối đa). Đối với hầu hết các công việc hàng ngày, cụm giữa được sử dụng - ý nghĩa vàng đó. Cụm tối đa được bật tương đối hiếm và chỉ khi thực sự cần thiết: chơi game, xử lý đồ họa, v.v. Chà, cụm Min siêu tiết kiệm quản lý các ứng dụng nền, giảm mức tiêu thụ năng lượng ở mức tối thiểu.

Cách tiếp cận này là cân bằng nhất về hiệu suất và tiết kiệm. Thiết bị di động dường như đang ở số thứ ba. MediaTek thậm chí còn cho biết họ đã mượn ý tưởng này từ ngành công nghiệp ô tô. Công ty lưu ý rằng nó cho phép bạn giảm mức tiêu thụ năng lượng xuống 1/3, đồng thời tăng năng suất lên 12–15%, tùy thuộc vào cường độ tài nguyên của nhiệm vụ.

Helio X20

Một ví dụ điển hình của công nghệ Tri-Cluster và CorePilot là chip MediaTek Helio X20 10 nhân 20nm mới nhất dựa trên ARM Cortex. Cụm Max trong đó được thể hiện bằng một nhóm gồm hai lõi Cortex-A72 với tần số xung nhịp 2,5 GHz, Med có bốn lõi Cortex-A53 với tần số 2 GHz và Mini lại được chế tạo dưới dạng bốn lõi. Lõi Cortex-A53 tốc độ 1,4 GHz. Helio X20 trở thành bộ xử lý di động đầu tiên trên thế giới có công nghệ Tri-Cluster và 10 lõi (Deca-core).

MediaTek đã tiến hành một nghiên cứu chứng minh rằng con chip này có thể hoạt động lâu hơn 30% so với các loại tương tự có đặc điểm tương đương. Các thử nghiệm thậm chí còn được thực hiện cho các tình huống cụ thể. Ví dụ: khi làm việc trên Facebook, có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng từ 17–40%, liên lạc bằng giọng nói trên Skype giúp bạn tiết kiệm 41%, sử dụng Gmail – 41%, chơi Temple Run – 17%. Mức tiết kiệm ấn tượng nhất đạt được khi điện thoại chỉ hiển thị màn hình chính - 48%. Trong tình huống này, cụm Min hoạt động và mức tiêu thụ điện năng chỉ là 0,026 W.

Theo nguồn tin DigiTimes của Đài Loan, các nhà sản xuất thiết bị di động đang xếp hàng dài để có được chip Helio X20 mới nhất. Mùa hè này, nguồn tin viết rằng con chip này đã được lên kế hoạch sử dụng bởi HTC, Sony, Lenovo, Huawei, Xiaomi và ZTE. Con chip mới hóa ra nhanh hơn 40% và tiết kiệm hơn so với mẫu X10 trước đó. Những thiết bị đầu tiên có bộ xử lý như vậy sẽ xuất hiện trên thị trường vào đầu năm 2016, vì vậy hiện tại bạn sẽ phải kiên nhẫn.

Các tính năng của bộ xử lý SoC Tri-Cluster của MediaTek

Bộ xử lý MediaTek thuộc loại SoC, tức là loại trong đó toàn bộ nhà máy nhỏ được lắp ráp trên một tấm wafer silicon. Có bộ nhớ, đồ họa, máy ảnh với codec video và bộ điều khiển cho màn hình, modem và các giao diện khác. Một số tính năng của chipset như sau:

  • Modem WorldMode LTE Cat-6 phổ biến của MediaTek hỗ trợ LTE đồng thời cho phép tổng hợp tần số, cho phép sử dụng nó trên hầu hết mọi mạng.
  • GPU ARM Mali mới nhất mang lại hiệu năng đồ họa cao nhất ở chế độ 2D và 3D.
  • Bộ xử lý Cortex-M4 tích hợp tùy chọn chạy ở chế độ nền với mức tiêu thụ điện năng cực thấp, giúp các ứng dụng nền luôn chạy.
  • Bộ điều khiển camera kép với công cụ 3D tích hợp không chỉ hoạt động nhanh chóng mà còn tạo ra các hình ảnh 3D phức tạp một cách hiệu quả và công nghệ giảm nhiễu tích hợp giúp hình ảnh gần như hoàn hảo.
  • Màn hình có thể chạy ở tốc độ làm mới 120Hz thay vì 60Hz tiêu chuẩn, mang lại hình ảnh rõ nét đáng kinh ngạc và giao diện phản hồi nhanh.

Bộ xử lý được trang bị chip video ARM Mali-T800 mới nhất, trong số những thứ khác, cho phép hiển thị độ phân giải cao lên đến WQXGA ở tần số lên đến 120 Hz. Nói cách khác, thiết bị có thể được trang bị màn hình có độ phân giải lên tới 2560×1600 pixel.

Hiệu suất của máy ảnh rất ấn tượng: tốc độ giải mã của hình ảnh thu được có thể đạt tới 30 khung hình mỗi giây với độ phân giải 25 megapixel (hoặc 24 khung hình / giây ở 32 megapixel), trong khi chip tích hợp ngay lập tức, nhanh chóng , đồng thời thực hiện giảm nhiễu, làm sắc nét và chuyển đổi 3D. Phát lại video hỗ trợ độ sâu màu 10 bit và codec VP9 HW và HEVC.

Modem Helio X20 tích hợp hỗ trợ nhiều mạng di động, chẳng hạn như LTE FDD/TDD R11 Cat-6 (lên đến 300 Mbps), CDMA2000 1x/EVDO Rev.A. Ngoài ra còn có Wi-Fi 802.11ac, Bluetooth, GPS, hệ thống định vị GLONASS của Nga và thậm chí cả BeiDou của Trung Quốc.

Các thử nghiệm độc lập của Helio X20, đặc biệt là GeekBench 3, cho thấy sự vượt trội rõ ràng so với mẫu X10 trước đó và cũng rất được ưa chuộng. Trong thử nghiệm AnTuTu, điểm X20 cao hơn 40% so với X10, điều này thường xác nhận các thử nghiệm nội bộ của MediaTek. Helio X20 rõ ràng cũng vượt trội hơn so với chip Exynos 7420.

Helio X20 là bộ xử lý rất mới; việc giao hàng chỉ mới bắt đầu gần đây, nhưng một số thông tin chi tiết về các thiết bị sẽ nhận được nó đã được biết đến. Vì vậy, Acer sẽ cài đặt nó trên máy tính bảng hàng đầu Predator 6. RAM lên tới 4 gigabyte, màn hình Full HD, 4 loa, pin 4000 mAh, thiết kế hung hãn khác thường - không phải điện thoại thông minh, mà là một con quái vật! Một sản phẩm mới được mong đợi khác với con chip này là chiếc smartphone cao cấp mới HTC One A9, trong đó nhà sản xuất Đài Loan kém may mắn sẽ cố gắng khắc phục lỗi của mẫu One M9. Năm 2016 hứa hẹn sẽ là một năm rất thú vị.

MediaTek xung quanh chúng ta


Chúng tôi bắt đầu với thực tế là các bộ vi xử lý ngày nay bao quanh chúng ta ở khắp mọi nơi, như không khí và các sản phẩm của MediaTek hoàn toàn xác nhận luận điểm này. Nhìn chung, phạm vi sở thích của người Đài Loan thật đáng kinh ngạc: Internet vạn vật, thiết bị điện tử đeo được, thiết bị y tế, điều hướng, ô tô tự hành và xe địa hình, nhà thông minh, thành phố thông minh, điều khiển thiết bị từ xa, in 3D và thậm chí cả sản xuất rượu vang tại nhà. Đây chỉ là một số lĩnh vực mà MediaTek cùng với các đối tác sản xuất chipset chuyên dụng.

Một số trong số đó là rất nguyên bản. Ví dụ: những người đam mê tất cả các sọc sẽ yêu thích một bản sao thu nhỏ của tàu thám hiểm Curiosity, được trang bị những công nghệ rất nghiêm túc: một máy ảnh có bộ định tuyến Wi-Fi riêng và một máy chủ để gửi hình ảnh, sáu bánh xe (tất cả đều được điều khiển), một bộ điều khiển có ba bánh. bậc tự do. Một chiếc xe địa hình như vậy có thể được điều khiển qua Bluetooth, nó có thể di chuyển với tốc độ lên tới 3 km/h, quay đầu ở bất cứ đâu và tiến hành quay video phát tín hiệu liên tục.

Một ví dụ khác về việc sử dụng bộ xử lý MediaTek là máy in 3D gia đình nhỏ gọn có tốc độ in 150 mm mỗi giây với độ chính xác 0,01 mm. Máy in này hỗ trợ hơn 10 chất liệu khác nhau, có thể in các vật thể có đường kính 180 mm, cao 200 mm và hoạt động không ngừng nghỉ lên đến 36 giờ. Chip MediaTek LinkIt ONE được sử dụng ở đây. Máy in này có giá rất phải chăng, nhẹ và vừa vặn trên bàn làm việc.

Điều tuyệt vời hơn nữa là Smart Brewer - một hệ thống sản xuất rượu vang tại nhà. Nếu với những từ này, bạn tưởng tượng ra một hệ thống thùng khó vừa với nhà bếp thì vô ích: chúng ta đang nói về một chiếc ly nhỏ gọn có vòi và ống, nhờ cùng một con chip LinkIt ONE, hoàn toàn kiểm soát toàn bộ quá trình lên men và bạn có thể điều khiển quá trình này từ điện thoại thông minh của mình qua Bluetooth. Đây là một thùng rượu thực sự của thế kỷ 21!

Nhiều phát minh có thể thực hiện được nhờ các giải pháp bán dẫn của MediaTek vẫn đang chờ đợi các nhà đổi mới và nhà phát triển của họ. Nhân tiện, MediaTek rất yêu quý các nhà phát triển và cố gắng hợp tác chặt chẽ với họ nhất có thể. Với mục đích này, trang web MediaTek Labs (labs.mediatek.com) đã được tạo ra - một nền tảng trực tuyến nơi các nhà phát triển mới bắt đầu (và không chỉ) có thể có mọi thứ họ cần để tạo ra các tiện ích trong danh mục công nghệ thiết bị đeo và Internet vạn vật. Các dự án thú vị sẽ được khuyến khích và phát triển cùng với công ty. Trong vòng chưa đầy một năm tồn tại, hơn 6.000 người tham gia đã đăng ký Labs, trong đó hơn 16% là người nói tiếng Nga. Và điều này chỉ là khởi đầu!

Anton Chivchalov

Kiến trúc bộ xử lý

Câu hỏi: Kiến trúc bộ xử lý - nó là gì?
Trả lời: Thuật ngữ “kiến trúc bộ xử lý” hiện không có cách giải thích rõ ràng. Theo quan điểm của lập trình viên, kiến ​​trúc của bộ xử lý đề cập đến khả năng thực thi một bộ mã máy cụ thể. Hầu hết các CPU máy tính để bàn hiện đại đều thuộc họ x86 hoặc bộ xử lý tương thích Intel có kiến ​​trúc IA32 (kiến trúc bộ xử lý Intel 32 bit). Nền tảng của nó được Intel đặt trong bộ xử lý i80386, nhưng trong các thế hệ bộ xử lý tiếp theo, nó đã được chính Intel bổ sung và mở rộng (các bộ lệnh mới MMX, SSE, SSE2 và SSE3 đã được giới thiệu) và bởi các nhà sản xuất bên thứ ba (bộ lệnh EMMX , 3DNow! và 3DNow mở rộng!, được phát triển bởi AMD). Tuy nhiên, các nhà phát triển phần cứng máy tính đặt một ý nghĩa hơi khác vào khái niệm “kiến trúc bộ xử lý” (đôi khi, để tránh nhầm lẫn, thuật ngữ “vi kiến ​​trúc” được sử dụng). Theo quan điểm của họ, kiến ​​trúc bộ xử lý phản ánh các nguyên tắc cơ bản của tổ chức nội bộ của các dòng bộ xử lý cụ thể. Ví dụ: kiến ​​trúc của bộ xử lý Intel Pentium được chỉ định là bộ xử lý P5, Pentium II và Pentium III - P6, và Pentium 4 phổ biến trong quá khứ gần đây được gọi là kiến ​​trúc NetBurst. Sau khi Intel đóng cửa kiến ​​trúc P5 với các nhà sản xuất bên thứ ba, đối thủ cạnh tranh chính của họ, AMD, buộc phải phát triển kiến ​​trúc của riêng mình - K7 cho bộ xử lý Athlon và Athlon XP, và K8 cho Athlon 64.

Câu hỏi: Bộ xử lý nào tốt hơn, 64 bit hay 32 bit? Và tại sao?
Trả lời: Phần mở rộng 64-bit khá thành công của kiến ​​trúc IA32 32-bit cổ điển đã được đề xuất vào năm 2002 bởi AMD (ban đầu được gọi là x86-64, nay là AMD64) trong dòng bộ xử lý K8. Sau một thời gian, Intel đã đề xuất tên gọi riêng của mình - EM64T (Công nghệ bộ nhớ mở rộng 64-bit). Tuy nhiên, bất kể tên gọi, bản chất của kiến ​​trúc mới đều giống nhau: chiều rộng của các thanh ghi nội bộ chính của bộ xử lý 64 bit đã tăng gấp đôi (từ 32 lên 64 bit) và các lệnh mã x86 32 bit đã nhận được 64-bit. bit tương tự. Ngoài ra, bằng cách mở rộng độ rộng bus địa chỉ, dung lượng bộ nhớ mà bộ xử lý có thể định địa chỉ đã tăng lên đáng kể.

Và... thế thôi. Vì vậy, những người mong đợi bất kỳ sự gia tăng hiệu suất đáng kể nào từ CPU 64-bit sẽ thất vọng - hiệu suất của chúng trong phần lớn các ứng dụng hiện đại (hầu hết được thiết kế cho IA32 và khó có thể được biên dịch lại cho AMD64/EM64T trong tương lai gần) thực tế là như vậy. giống như bộ xử lý 32-bit cũ. Toàn bộ tiềm năng của kiến ​​trúc 64-bit chỉ có thể được bộc lộ trong tương lai xa, khi các ứng dụng được tối ưu hóa cho kiến ​​trúc mới xuất hiện (hoặc có thể không xuất hiện) với số lượng lớn. Trong mọi trường hợp, việc chuyển đổi sang 64-bit sẽ hiệu quả nhất đối với các chương trình hoạt động với cơ sở dữ liệu, chương trình lớp CAD/CAE, cũng như các chương trình làm việc với nội dung số.

Câu hỏi: Lõi bộ xử lý là gì?
Trả lời: Trong cùng một kiến ​​trúc, các bộ xử lý khác nhau có thể khá khác nhau. Và những khác biệt này được thể hiện ở nhiều loại lõi xử lý có một số đặc điểm được xác định nghiêm ngặt nhất định. Thông thường, những khác biệt này được thể hiện ở các tần số bus hệ thống (FSB) khác nhau, kích thước bộ đệm cấp hai, hỗ trợ cho một số hệ thống hướng dẫn mới hoặc quy trình công nghệ mà bộ xử lý được sản xuất. Thông thường, việc thay đổi lõi trong cùng một họ bộ xử lý đòi hỏi phải thay đổi ổ cắm bộ xử lý, điều này đặt ra câu hỏi về khả năng tương thích hơn nữa của bo mạch chủ. Tuy nhiên, trong quá trình cải tiến kernel, các nhà sản xuất phải thực hiện những thay đổi nhỏ đối với nó, không thể đòi “tên riêng”. Những thay đổi như vậy được gọi là sửa đổi kernel và thường được biểu thị bằng sự kết hợp chữ và số. Tuy nhiên, các phiên bản mới của cùng một hạt nhân có thể chứa đựng những đổi mới khá đáng chú ý. Do đó, Intel đã giới thiệu hỗ trợ cho kiến ​​trúc EM64T 64-bit trong một số bộ xử lý thuộc họ Pentium 4 một cách chính xác trong quá trình thay đổi bản sửa đổi.

Câu hỏi: Lợi thế của bộ xử lý lõi kép so với bộ xử lý lõi đơn là gì?
Trả lời: Sự kiện quan trọng nhất của năm 2005 là sự xuất hiện của bộ xử lý lõi kép. Vào thời điểm này, các CPU lõi đơn cổ điển gần như đã cạn kiệt nguồn dự trữ để tăng năng suất bằng cách tăng tần số hoạt động. Trở ngại không chỉ là sự tỏa nhiệt quá cao của các bộ xử lý hoạt động ở tần số cao mà còn là vấn đề về độ ổn định của chúng. Vì vậy, con đường phát triển bộ xử lý rộng rãi trong những năm tới đã được đặt ra và các nhà sản xuất của họ, dù muốn hay không, cũng phải nắm vững một con đường mới, chuyên sâu để tăng hiệu suất sản phẩm. Như mọi khi, Intel tỏ ra hoạt động hiệu quả nhất trong thị trường CPU máy tính để bàn, là hãng đầu tiên công bố bộ xử lý lõi kép Intel Pentium D và Intel Extreme Edition. Tuy nhiên, AMD với Athlon64 X2 đã tụt lại phía sau đối thủ cạnh tranh theo đúng nghĩa đen vài ngày. Ưu điểm chắc chắn của bộ xử lý lõi kép thế hệ đầu tiên, bao gồm các bộ xử lý nói trên, là khả năng tương thích hoàn toàn với các bo mạch chủ hiện có (đương nhiên là những bo mạch chủ khá hiện đại, bạn chỉ cần cập nhật BIOS). Thế hệ bộ xử lý lõi kép thứ hai, đặc biệt là Intel Core 2 Duo, “yêu cầu” chipset được thiết kế đặc biệt cho chúng và không hoạt động với các bo mạch chủ cũ hơn.

Chúng ta không nên quên rằng ngày nay chỉ có phần mềm chuyên nghiệp (bao gồm cả công việc với dữ liệu đồ họa, âm thanh và video) ít nhiều được tối ưu hóa để làm việc với bộ xử lý lõi kép, trong khi đối với người dùng văn phòng hoặc gia đình, lõi bộ xử lý thứ hai đôi khi mang lại lợi ích, nhưng nhiều thường xuyên hơn nó là trọng lượng chết. Lợi ích của bộ xử lý lõi kép trong trường hợp này chỉ có thể nhìn thấy bằng mắt thường khi bất kỳ tác vụ nền nào đang chạy trên máy tính (quét vi-rút, tường lửa phần mềm, v.v.). Đối với việc tăng hiệu suất trong các trò chơi hiện có, nó là rất nhỏ, mặc dù các trò chơi đầu tiên thuộc thể loại phổ biến đã xuất hiện tận dụng tối đa lợi ích của việc sử dụng lõi thứ hai.

Tuy nhiên, nếu ngày nay câu hỏi là chọn bộ xử lý cho PC chơi game ở mức giá trung bình hoặc cao hơn, thì trong mọi trường hợp, tốt hơn là nên ưu tiên bộ xử lý lõi kép hoặc thậm chí 4 lõi thay vì tần số cao hơn một chút. tương tự lõi đơn, vì thị trường đang dần chuyển sang các hệ thống đa lõi và điện toán song song được tối ưu hóa. Xu hướng này sẽ chiếm ưu thế trong những năm tới, do đó, tỷ lệ phần mềm được tối ưu hóa cho nhiều lõi sẽ tăng đều đặn và có thể sẽ sớm đến lúc đa lõi trở thành một nhu cầu cấp thiết.

Câu hỏi: Bộ đệm là gì?
Trả lời: Tất cả các bộ xử lý hiện đại đều có bộ đệm (tiếng Anh - cache) - một mảng RAM cực nhanh, là bộ đệm giữa bộ điều khiển bộ nhớ hệ thống tương đối chậm và bộ xử lý. Bộ đệm này lưu trữ các khối dữ liệu mà CPU hiện đang làm việc, từ đó giảm đáng kể số lượng lệnh gọi bộ xử lý đến bộ nhớ hệ thống cực kỳ chậm (so với tốc độ bộ xử lý). Điều này làm tăng đáng kể hiệu suất tổng thể của bộ xử lý.

Hơn nữa, trong các bộ xử lý hiện đại, bộ đệm không còn là một mảng bộ nhớ như trước nữa mà được chia thành nhiều cấp độ. Bộ đệm cấp một nhanh nhất nhưng có kích thước tương đối nhỏ (ký hiệu là L1), mà lõi bộ xử lý hoạt động, thường được chia thành hai nửa - bộ đệm lệnh và bộ đệm dữ liệu. Bộ đệm cấp hai tương tác với bộ đệm L1 - L2, theo quy luật, có dung lượng lớn hơn nhiều và được trộn lẫn, không chia thành bộ đệm lệnh và bộ đệm dữ liệu. Một số bộ xử lý máy tính để bàn, theo ví dụ về bộ xử lý máy chủ, đôi khi cũng có được bộ đệm L3 cấp ba. Bộ đệm L3 thường có kích thước lớn hơn, mặc dù chậm hơn một chút so với L2 (do thực tế là bus giữa L2 và L3 hẹp hơn bus giữa L1 ​​và L2), nhưng tốc độ của nó, trong mọi trường hợp, cao hơn một cách không cân xứng. hơn tốc độ bộ nhớ hệ thống.

Có hai loại bộ đệm: bộ đệm độc quyền và không độc quyền. Trong trường hợp đầu tiên, thông tin trong bộ đệm ở tất cả các cấp được phân định rõ ràng - mỗi cấp độ chỉ chứa thông tin gốc, trong khi trong trường hợp bộ đệm không độc quyền, thông tin có thể bị trùng lặp ở tất cả các cấp độ bộ đệm. Ngày nay thật khó để nói phương án nào trong hai phương án này đúng hơn - cả hai phương án đều có cả điểm trừ và điểm cộng. Sơ đồ bộ đệm độc quyền được sử dụng trong bộ xử lý AMD, trong khi sơ đồ không độc quyền được sử dụng trong bộ xử lý Intel.

Câu hỏi: Bus bộ xử lý là gì?
Trả lời: Bus bộ xử lý (còn được gọi là hệ thống), thường được gọi là FSB (Bus mặt trước), là một tập hợp các đường tín hiệu được kết hợp theo mục đích của chúng (dữ liệu, địa chỉ, điều khiển), có các đặc tính điện nhất định và giao thức truyền thông tin. Do đó, FSB hoạt động như xương sống giữa bộ xử lý (hoặc các bộ xử lý) và tất cả các thiết bị khác trong máy tính: bộ nhớ, card màn hình, ổ cứng, v.v. Chỉ CPU được kết nối trực tiếp với bus hệ thống; các thiết bị khác được kết nối với nó thông qua các bộ điều khiển đặc biệt, chủ yếu tập trung ở cầu bắc của bộ logic hệ thống (chipset) của bo mạch chủ. Mặc dù có thể có những trường hợp ngoại lệ - ví dụ: trong bộ xử lý AMD thuộc họ K8, bộ điều khiển bộ nhớ được tích hợp trực tiếp vào bộ xử lý, do đó cung cấp giao diện bộ nhớ-CPU hiệu quả hơn nhiều so với các giải pháp của Intel, vốn vẫn trung thành với các tiêu chuẩn cổ điển của tổ chức giao diện bộ xử lý bên ngoài. Các thông số FSB chính của một số bộ xử lý được đưa ra trong bảng

CPU Tần số FSB, MHz Loại FSB Thông lượng FSB lý thuyết, Mb/s
Intel Pentium III 100/133 AGTL+ 800/1066
Intel Pentium 4 100/133/200 QPB 3200/4266/6400
Intel Pentium D 133/200 QPB 4266/6400
Intel Pentium 4EE 200/266 QPB 6400/8533
Lõi Intel 133/166 QPB 4266/5333
Intel Core 2 200/266 QPB 6400/8533
AMD Athlon 100/133 EV6 1600/2133
AMD Athlon XP 133/166/200 EV6 2133/2666/3200
AMD Sempron siêu vận chuyển <6400
AMD Athlon 64 800/1000 siêu vận chuyển 6400/8000

Bộ xử lý Intel sử dụng bus hệ thống QPB (Quad Pumped Bus), truyền dữ liệu bốn lần mỗi chu kỳ xung nhịp, trong khi bus hệ thống EV6 của bộ xử lý AMD Athlon và Athlon XP truyền dữ liệu hai lần mỗi chu kỳ xung nhịp (Tốc độ dữ liệu kép). Kiến trúc AMD64, được AMD sử dụng trong dòng bộ xử lý Athlon 64/FX/Opteron, sử dụng một cách tiếp cận mới để tổ chức giao diện CPU - ở đây, thay vì bus bộ xử lý FSB và để liên lạc với các bộ xử lý khác, cách sau được sử dụng: a Bus HyperTransport nối tiếp (gói) tốc độ cao, được xây dựng theo sơ đồ ngang hàng -to-Peer (điểm-điểm), cung cấp tốc độ trao đổi dữ liệu cao với độ trễ tương đối thấp.

Và cuối cùng, chi tiết cụ thể!

Các quy trình thế hệ đầu tiên của họ này (Intel Pentium III 450 và Intel Pentium III 500) được Intel công bố vào cuối tháng 2 năm 1999 và có các đặc điểm sau:

· Công nghệ sản xuất: 0,25 micron;

· lõi bộ xử lý: Katmai, được phát triển trên cơ sở Deschutes (phiên bản mới nhất của lõi bộ xử lý Intel Pentium II) với một đường dẫn SSE bổ sung để xử lý 70 lệnh SSE mới;

· Bộ đệm L1: dung lượng - 32 KB (16 KB cho dữ liệu cộng với 16 KB cho hướng dẫn);

· Bộ đệm L2: âm lượng - 512 KB, tần số xung nhịp - một nửa tần số xung nhịp lõi, bên ngoài (không được tích hợp trên cùng một chip với bộ xử lý, nhưng được sản xuất trên các chip riêng biệt nằm trên cùng bảng mạch in với chip xử lý), hỗ trợ cơ chế ECC phát hiện và sửa lỗi khi trao đổi dữ liệu với lõi xử lý; theo thuật ngữ của Intel, bộ nhớ đệm L2 như vậy được gọi là Bộ nhớ đệm rời;

· Tần số bus hệ thống: 100 MHz, hỗ trợ ECC;

· Điện áp nguồn lõi CPU: 2,0 V;

· đa xử lý: hỗ trợ tối đa hai bộ xử lý trên một bus hệ thống;

· nhận dạng: mỗi bộ xử lý có một số sê-ri 96-bit duy nhất, được “khâu” vào đó trong quá trình sản xuất, số này có thể được đọc bằng phần mềm;

· nếu người dùng không muốn “tiết lộ” số sê-ri bộ xử lý của mình, khả năng đọc số sê-ri của nó có thể bị chặn ở cấp BIOS bằng cách sử dụng chương trình thiết lập BIOS bo mạch chủ hoặc đầu nối vật lý của Tiện ích Kiểm soát Số sê-ri Bộ xử lý: Khe 1 ;

· phiên bản: hộp mực S.E.C.C.- hoặc S.E.C.C.2.

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 mà 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 tủ 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 từng 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. Con 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 (các lệnh song song hóa 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 dẫn 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 xử lý đồng thời bởi bộ xử lý 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 do 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

Đại học Kỹ thuật Moldova

TÓM TẮT VỀ LẬP TRÌNH

CHỦ ĐỀ: Kiến trúc bộ nhớ và bộ xử lý

Khoa CIM

Nhóm S-092

Chuẩn bị Làm ơn Vladimir.

Chisinau 1999

Kế hoạch:

Giới thiệu.

1) Nhìn lại lịch sử.

2) Phát triển kiến ​​trúc.

3) Quy trình sản xuất.

4) Khả năng tương thích phần mềm.

5) Đánh giá bộ xử lý.

Sự phát triển trong tương lai Intel.

Bộ xử lý, hay đầy đủ hơn là bộ vi xử lý, và còn thường được gọi là CPU (bộ xử lý trung tâm) là thành phần trung tâm của máy tính. Đây là bộ não điều khiển, trực tiếp hoặc gián tiếp, mọi thứ xảy ra bên trong máy tính.

Khi von Neumann lần đầu tiên đề xuất việc lưu trữ các chuỗi lệnh, gọi là chương trình, trong cùng bộ nhớ với dữ liệu, đó thực sự là một ý tưởng sáng tạo. Nó được xuất bản trong "Bản thảo báo cáo đầu tiên về EDVAC" năm 1945. Báo cáo này mô tả một máy tính bao gồm bốn phần chính: bộ phận số học trung tâm, bộ điều khiển trung tâm, bộ nhớ và các thiết bị đầu vào/đầu ra.

Ngày nay, hơn nửa thế kỷ sau, hầu hết các bộ xử lý đều có kiến ​​trúc von Neumann.

Nhìn lại lịch sử

Như bạn đã biết, tất cả các bộ xử lý máy tính cá nhân đều dựa trên thiết kế ban đầu của Intel. Bộ xử lý đầu tiên được sử dụng trong PC là chip Intel 8088. Vào thời điểm này, Intel đã phát hành bộ xử lý 8086 mạnh hơn trước đó vì lý do tiết kiệm: bus dữ liệu 8 bit của nó cho phép bo mạch chủ rẻ hơn so với 16 bit. một trong 8086. Ngoài ra, trong quá trình thiết kế những chiếc PC đầu tiên, hầu hết các chip giao diện hiện có đều sử dụng thiết kế 8 bit. Những bộ xử lý đầu tiên đó thậm chí còn không đủ mạnh để chạy các ứng dụng hiện đại.

Bảng bên dưới hiển thị các nhóm bộ xử lý Intel chính từ thế hệ đầu tiên 8088/86 đến Pentium Pro và Pentium II thế hệ thứ sáu:

Kiểu/
Thế hệ

ngày

Độ rộng bus dữ liệu/
địa chỉ

Bộ nhớ đệm nội bộ

Tốc độ bus bộ nhớ
(MHz)

Tần số nội bộ
(MHz)
8088/ Đầu tiên 1979 8/20 bit Không có 4.77-8 4.77-8
8086/ Đầu tiên 1978 16/20 bit Không có 4.77-8 4.77-8
80286/giây 1982 16/24 bit Không có 6-20 6-20
80386DX/Thứ ba 1985 32/32 bit Không có 16-33 16-33
80386SX/Thứ ba 1988 16/32 bit 8K 16-33 16-33
80486DX/ Thứ tư 1989 32/32 bit 8K 25-50 25-50
80486SX/ Thứ Tư 1989 32/32 bit 8K 25-50 25-50
80486DX2/ Thứ tư 1992 32/32 bit 8K 25-40 50-80
80486DX4/ Thứ tư 1994 32/32 bit 8K+8K 25-40 75-120
Pentium/Thứ năm 1993 64/32bit 8K+8K 60-66 60-200
MMX/Thứ năm 1997 64/32bit 16K+16K 66 166-233
Pentium Pro/Thứ sáu 1995 64/36bit 8K+8K 66 150-200
Pentium II/Thứ sáu 1997 64/36bit 16K+16K 66 233-300

Thế hệ bộ xử lý thứ ba, dựa trên Intel 80386SX và 80386DX, là bộ xử lý 32-bit đầu tiên được sử dụng trong PC. Sự khác biệt chính giữa hai loại này là 386SX chỉ có 32-bit bên trong vì nó giao tiếp với thế giới bên ngoài qua bus 16-bit. Điều này có nghĩa là dữ liệu di chuyển giữa bộ xử lý và phần còn lại của máy tính với tốc độ bằng một nửa tốc độ của 486DX.

Thế hệ bộ xử lý thứ tư cũng là 32-bit. Tuy nhiên, tất cả đều cung cấp một số cải tiến. Thứ nhất, toàn bộ thiết kế của thế hệ 486 đã được sửa đổi hoàn toàn, giúp tăng gấp đôi tốc độ. Thứ hai, tất cả chúng đều có bộ đệm trong 8kb, ngay bên cạnh logic bộ xử lý. Bộ nhớ đệm truyền dữ liệu từ bộ nhớ chính này có nghĩa là thời gian chờ của bộ xử lý yêu cầu bộ nhớ trung bình trên bo mạch chủ đã giảm tới 4%, do thông tin cần thiết thường đã có trong bộ nhớ đệm.

486DX chỉ khác với 486SX ở bộ đồng xử lý toán học bên trong. Bộ xử lý riêng biệt này được thiết kế để thực hiện các phép toán dấu phẩy động. Nó ít được sử dụng trong các ứng dụng hàng ngày, nhưng nó làm thay đổi đáng kể hiệu suất của các bảng số, phân tích thống kê, hệ thống thiết kế, v.v.

Một cải tiến quan trọng là tần số tăng gấp đôi được giới thiệu trong 486DX2. Điều này có nghĩa là bộ xử lý bên trong hoạt động với tốc độ gấp đôi tốc độ của các thiết bị điện tử bên ngoài. Dữ liệu được truyền giữa bộ xử lý, bộ đệm trong và bộ đồng xử lý với tốc độ gấp đôi, mang lại hiệu suất tăng tương đương. 486DX4 đã đưa công nghệ này đi xa hơn, tăng gấp ba tần số lên 75 hoặc 100 MHz bên trong và tăng gấp đôi bộ nhớ đệm chính lên 16kb.

Pentium, xác định thế hệ bộ xử lý thứ năm, vượt trội đáng kể so với 486 chip trước đó nhờ một số thay đổi về kiến ​​trúc, bao gồm việc tăng gấp đôi độ rộng bus lên 64 bit. P55C MMX còn có những cải tiến đáng kể hơn nữa, tăng gấp đôi kích thước của bộ đệm chính và mở rộng tập lệnh với các hoạt động được tối ưu hóa cho các ứng dụng đa phương tiện.

Pentium Pro, được giới thiệu vào năm 1995 với tư cách là sản phẩm kế thừa của Pentium, là bộ xử lý đầu tiên trong thế hệ bộ xử lý thứ sáu và giới thiệu một số tính năng kiến ​​trúc chưa từng thấy trước đây trong thế giới PC. Pentium Pro là bộ xử lý chính thống đầu tiên thay đổi hoàn toàn cách thực thi các lệnh bằng cách chuyển chúng thành các vi lệnh giống RISC và thực thi chúng trong lõi bên trong rất tiên tiến. Nó cũng đáng chú ý vì bộ nhớ đệm thứ cấp có hiệu suất cao hơn đáng kể so với tất cả các bộ xử lý trước đó. Thay vì sử dụng bộ đệm dựa trên bo mạch chủ chạy ở tốc độ bus bộ nhớ, nó sử dụng bộ đệm L2 tích hợp trên bus riêng của nó chạy ở tốc độ bộ xử lý tối đa, thường nhanh hơn ba lần so với bộ đệm trên hệ thống Pentium.

Intel giới thiệu chip mới tiếp theo sau Pentium Pro gần một năm rưỡi sau - Pentium II xuất hiện, đây là một bước tiến hóa rất lớn so với Pentium Pro. Điều này làm dấy lên suy đoán rằng một trong những mục tiêu chính của Intel khi sản xuất Pentium II là để tránh những khó khăn khi tạo ra bộ nhớ đệm L2 tích hợp đắt tiền của Pentium Pro. Về mặt kiến ​​trúc, Pentium II không khác biệt lắm so với Pentium Pro, với lõi mô phỏng x86 tương tự và hầu hết các tính năng giống nhau.

Pentium II đã cải tiến kiến ​​trúc Pentium Pro bằng cách tăng gấp đôi kích thước bộ đệm chính lên 32kb, sử dụng bộ đệm chuyên dụng để tăng hiệu quả xử lý 16-bit (Pentium Pro được tối ưu hóa cho các ứng dụng 32-bit và không xử lý cả mã 16-bit) và tăng các bản ghi kích thước bộ đệm. Tuy nhiên, chủ đề chính của cuộc trò chuyện xung quanh Pentium II mới là cách bố trí của nó. Bộ đệm thứ cấp được tích hợp vào Pentium Pro, hoạt động ở toàn bộ tần số bộ xử lý, đã được thay thế trong Pentium II bằng một mạch nhỏ chứa bộ xử lý và 512kb bộ đệm thứ cấp, hoạt động ở một nửa tần số bộ xử lý. Tập hợp lại với nhau, chúng được đặt trong một hộp mực một cạnh đặc biệt (SEC), được thiết kế để lắp vào đầu nối 242 chân (Socket 8) trên kiểu bo mạch chủ Pentium II mới.

Cấu trúc cơ bản

Các thành phần chức năng chính của bộ xử lý

  • Cốt lõi: Trái tim của bộ xử lý hiện đại là đơn vị thực thi. Pentium có hai luồng số nguyên song song, cho phép hai lệnh được đọc, giải thích, thực thi và gửi đồng thời.
  • Bộ dự đoán nhánh: Bộ dự đoán nhánh cố gắng đoán chuỗi nào sẽ được thực thi mỗi khi chương trình chứa một nhánh có điều kiện, để bộ tìm nạp trước và bộ giải mã nhận được hướng dẫn sẵn sàng trước.
  • Khối dấu phẩy động. Mô-đun thực thi thứ ba bên trong Pentium thực hiện các phép tính không nguyên
  • Bộ nhớ đệm chính: Pentium có hai bộ nhớ đệm trên chip 8kb, mỗi bộ nhớ đệm cho dữ liệu và hướng dẫn, nhanh hơn nhiều so với bộ nhớ đệm thứ cấp bên ngoài lớn hơn.
  • Giao diện Bus: Nhận hỗn hợp mã và dữ liệu vào CPU, tách chúng ra cho đến khi sẵn sàng sử dụng và kết nối lại để gửi chúng đi.

Tất cả các phần tử của bộ xử lý được đồng bộ hóa bằng tần số đồng hồ, xác định tốc độ hoạt động. Những bộ xử lý đầu tiên hoạt động ở tần số 100kHz, ngày nay tần số trung bình của bộ xử lý là 200 MHz, nói cách khác, đồng hồ tích tắc 200 triệu lần mỗi giây và mỗi tích tắc đòi hỏi phải thực hiện nhiều hành động. Bộ đếm lệnh (PC) là một con trỏ bên trong chứa địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được thực thi. Khi đến thời điểm thực thi, Mô-đun điều khiển sẽ đặt lệnh từ bộ nhớ vào thanh ghi lệnh (IR). Đồng thời, Bộ đếm chương trình được tăng lên để trỏ đến lệnh tiếp theo và bộ xử lý thực hiện lệnh trong IR. Một số lệnh điều khiển chính Thiết bị Điều khiển, vì vậy nếu lệnh nói "đi tới địa chỉ 2749", giá trị 2749 được ghi vào Bộ đếm Chương trình để bộ xử lý thực hiện lệnh đó tiếp theo.