Bài thảo luận môn kiến trúc máy tính pps

Trường Đại Học Kinh Tế Kĩ
Thuật Công Nghiệp
******
Khoa Công Nghệ Thông Tin
Lớp CNTT 4A2
Bài Thảo luận
Môn Kiến trúc máy tính
Giáo viên HD : Trần Thanh Đại

Nhóm Thảo luận 5

Đỗ Văn Mạnh

Nguyễn Thị Thiệp

Nguyễn Thị Quỳnh Hương

Trần Thị Tình

Đỗ Thị Tuyết

Vũ Đình Vinh

Nghiên cứu cấu trúc các dòng chip
Intel Core I hiện nay.
Phần 1 – Sơ lược về dòng chip core I của Intel

Hiện tại, Intel có khá nhiều dòng BXL Core i khác nhau nhằm đáp ứng
nhu cầu từ phổ thông đến cao cấp.


Kể từ khi kiến trúc Nehalem thay thế kiến trúc Core 2, Intel đã liên tục
cho ra đời nhiều dòng bộ xử lý (BXL) dựa trên nền tảng này với những
cách đặt tên hoàn toàn mới. Vậy có gì khác nhau giữa những dòng BXL
đó? Mời bạn cùng Test Lab điểm qua một vài công nghệ nổi bật cũng
như những điểm khác biệt của chúng.

Đặc điểm chung của Nehalem

Trước đây các BXL Core 2 muốn giao tiếp với các thành phần khác đều
phải thông qua chipset cầu bắc bằng tuyến FSB (Front Side Bus) khiến
hiệu suất hoạt động của các thành phần quan trọng cần băng thông
lớn như bộ nhớ RAM, card đồ họa bị giảm. Để giải quyết điều này Intel
đã tích hợp luôn một chip điều khiển bộ nhớ trong BXL giúp tăng tốc
độ giao tiếp với bộ nhớ, băng thông giao tiếp giữa BXL với các thành
phần khác trong hệ thống. Cùng với việc tích hợp thêm chip vào BXL
thì số chân giao tiếp giữa BXL và bo mạch chủ (BMC) cũng nhiều hơn
trước đây.

Kiến trúc tổng quát hệ thống Bloomfield


Hệ thống bộ nhớ đệm (cache) trên các BXL mới cũng có chút thay đổi
với việc tăng cường thêm mức cache L3 dùng chung (L1, L2 riêng
trên mỗi nhân) thay vì chỉ có 2 mức cache là L1 riêng trên mỗi nhân và
L2 dùng chung như Core 2. Ưu điểm của thiết kế này giúp việc trao
đổi dữ liệu giữa các nhân hiệu quả hơn mà không cần thông qua các
cache bên trong của mỗi nhân. Giao thức truy xuất dữ liệu trong
cache của các nhân cũng có sự chuyển biến thành giao thức MESIF
(Modified, Exclusive, Shared, Invalid and Forward) giúp giảm bớt tần
suất truy cập cache của các nhân để nâng cao hiệu quả tính toán song

song.

Ngoài ra, trong vi kiến trúc Nehalem, Intel lần đầu tiên còn tích hợp
một chip điều khiển năng lượng PCU (Power Control Unit) để hiện
thực công nghệ mới là Turbo Boost, giúp tự động chuyển năng lượng
dư thừa từ những nhân “rảnh rỗi” sang nhân đang cần tải công việc
lớn và nhân này sẽ hoạt động ở mức xung nhịp cao hơn mặc định
nhằm tăng hiệu quả đồng thời cũng tiết kiệm điện hơn. Và một công
nghệ khá quen thuộc trên các dòng vi xử lý Pentium 4 trước đây vốn
bị quên lãng trên kiến trúc Core 2 do không cải thiện nhiều hiệu năng,
giờ đây đã trở lại là Hyper Threading (công nghệ siêu phân luồng -
HT) nhờ ưu điểm của kiến trúc Nehalem. Với công nghệ này mỗi nhân
trong BXL có thể xử lý cùng lúc đến hai luồng, mang lại hiệu năng cao
hơn khi chạy đa nhiệm cũng như các ứng dụng đa luồng.


Chiến binh Bloomfield “đỉnh”

Đây là dòng Nehalem đầu tiên cho máy để bàn hướng đến nhu cầu xử
lý đồ họa, chơi game đỉnh nhất (Extreme Edition) với đầy đủ các công
nghệ bên trên, kí hiệu nhận diện là Core i7-9xx. Chip điều khiển bộ
nhớ bên trong các BXL dòng này hỗ trợ đến 3 kênh (triple channel)
thay vì chỉ hai kênh (dual channel) như thông thường giúp nâng băng
thông giao tiếp bộ nhớ lên đến 25,6GB/s và dung lượng RAM tối đa là
24GB DDR3. Tuyến FSB trước đây cũng được đổi thành Intel QPI
(QuickPath Interconnect) và chỉ đảm nhiệm việc trao đổi giữa BXL với
các thành phần còn lại trong hệ thống thông qua chipset cầu bắc
(ngoài bộ nhớ). Và để phù hợp với những thay đổi mới, socket
LGA775 (775 chân) cũng được thay thành LGA1366 với số chân lên
đến 1.366; đi cùng với thế hệ BXL này là các BMC chipset Intel X58 với

khả năng hỗ trợ cả hai công nghệ đồ họa SLI và ATI CrossFireX. Các
BXL Bloomfield đều có 4 nhân cùng công nghệ HT giúp BXL có thể xử
lý cùng lúc đến 8 luồng. Chính trong dòng Bloomfield này cũng chia
ra hai phân khúc nhỏ là 9x0 thông thường và 9x5 Extreme Edition với
điểm khác biệt duy nhất nằm ở tuyến bus hệ thống (9x0 là 4,8GT/s
trong khi 9x5 là 6,4GT/s). Hiện phiên bản mạnh nhất trong dòng này là
BXL Intel Core i7-975 Extreme Edition (ID: A0906_49).


Mới đây Intel cũng đã tung ra BXL 6 nhân Core i7-980X Extreme
Edition cũng với những kiến trúc tương tự nền tảng
Bloomfield nhưng có đến 6 nhân với 12 luồng xử lý và được
đổi tên thành Gulftown (tên mã thêm chữ X phía sau 9xx). Intel
cũng đã tích hợp thêm chức năng bảo mật mới vào BXL này là
Intel AES-NI (Advanced Encryption Standard New Instructions)
giúp tăng hiệu suất mã hóa và giải mã, mang lại tốc độ hoạt
động cao hơn trong các môi trường đòi hỏi bảo mật cao. Đây
là BXL 9xx đầu tiên sản xuất trên công nghệ 32nm thay cho
45nm, giúp BXL tận dụng điện năng hiệu quả hơn. Cụ thể i7-
980X với 6 nhân, mỗi nhân xung nhịp 3,33GHz nhưng chỉ tiêu
thụ ngang với i7-975 bốn nhân cùng xung nhịp. BXL mới vẫn
chạy trên nền tảng chipset Intel X58 và tuyến bus hệ thống vẫn
là 6,4GT/s tương tự dòng Core i7-9x5.



Lynnfield cho trung và cao cấp

Các BXL Core i7-9xx tuy hiệu năng cao nhưng giá thành cho một hệ
thống Bloomfield cũng quá “khủng” (BXL + bo mạch chủ + RAM triple

channel…) và đa số người dùng không cần đến hiệu năng quá “đỉnh”.
Để giải quyết điều này, Intel đã cho ra đời dòng Lynnfield (máy để bàn)
với một vài điểm khác biệt so với "đàn anh" Bloomfield. Chip điều
khiển bộ nhớ tích hợp trong BXL chỉ hỗ trợ bộ nhớ DDR3 kênh đôi
thay vì 3 và băng thông bộ nhớ cũng giảm xuống còn 21GB/s; dung
lượng hỗ trợ tối đa là 16GB. Lynnfield cũng tích hợp luôn điều khiển
giao tiếp với card đồ họa vào BXL nên giờ đây trên BMC chỉ còn lại
một chip cầu nam và tuyến Intel QPI được rút gọn thành Intel DMI với
băng thông thấp hơn (2,5GT/s) - vì băng thông cho hai thành phần
ngốn nhiều nhất là RAM và card đồ họa đã được tích hợp vào BXL.
Tuy nhiên điều khiển đồ họa trong BXL Lynnfield chỉ hỗ trợ băng
thông 16x khi chạy 1 card và 8x8x khi chạy hai card (SLI hay ATI),
trong khi Bloomfield là 16x16x và những BXL Lynnfield thế hệ đầu tiên
này cũng được Intel khóa hệ số nhân nên không thể ép xung bằng
những cách thông thường. Những rút gọn này đã giúp các BXL
Lynnfield có giá thành thấp hơn so với "đàn anh". Và trong dòng
Lynnfield, Intel cũng chia ra hai phân khúc là Core i5 (7xx, 4 nhân,
không có công nghệ HT), đại diện là i5-750 (ID: A0910_42) cho người
dùng tầm trung và Core i7 (8xx, 4 nhân, có HT), đại diện là i7-870 (ID:
A0910_42) cho nhu cầu cao hơn. Đi kèm nền tảng này là các BMC
chipset Intel P55.

Kiến trúc tổng quát hệ thống Lynnfield


Intel vừa mới bổ sung một phiên bản cho dòng này là Intel
Core i7-875K với một cải tiến đáng giá là hệ số nhân đã được
mở, đáp ứng cho những người đam mê ép xung cũng như
những game thủ muốn tăng tốc hệ thống khi đối đầu với
những game hạng nặng. Về cơ bản, Core i7-875K thực chất là

Core i7-870 với những thông số tương đương nhưng được mở
hệ số nhân và rút gọn 2 tính năng là VT-d (Virtualization
Technology for Directed I/O - tính năng cho phép người dùng
gán trực tiếp thiết bị vật lý trong hệ thống cho một máy ảo thay
vì phải giả lập bằng phần mềm giúp cải thiện hiệu năng của các
giải pháp ảo hóa) và Trusted Execution Technology (bảo vệ dữ
liệu cũng như chương trình khỏi những mối nguy hiểm). Có
thể phân biệt dòng hệ số nhân mở với các thế hệ trước bằng kí
tự “K” phía sau tên mã.


Clarkfield

Clarkfield (hay còn gọi là Lynnfield cho máy tính xách tay) dựa
trên nền tảng gần như tương đương với Lynnfield nhưng
được Intel chế tạo với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn (45W
thay vì 95W như Lynnfield). BXL Clarkfield cũng hỗ trợ bộ nhớ
DDR3 với băng thông tối đa 21GB/s nhưng dung lượng tối đa
chỉ 8GB. Hiện tại, các BXL Clarkfield chỉ có hai dòng là Core i7-
7xxQM (cache L3 6MB) và Core i7-8xxQM (cache L3 8MB). Cả
hai dòng đều sở hữu đến 4 nhân cùng công nghệ HT với 8
luồng xử lý giúp các máy tính xách tay đủ sức chinh phục
những ứng dụng đồ họa nặng ký cùng game đỉnh. Các BXL
dòng này hỗ trợ các công nghệ chạy đa card đồ họa (16x hay
8x8x) SLI lẫn ATI CrossFireX. Socket của dòng Clarkfield cũng
được đổi từ LGA1156 thành PGA988.


Clarkdale cho phổ thông và tầm trung


Đối với đại đa số người dùng thông thường thì một
hệ thống máy tính với đồ họa tích hợp đã là quá đủ,
nhưng nền tảng Lynnfield lại bắt buộc phải có card
đồ họa rời. Câu trả lời là thế hệ Nehalem Clarkdale
tích hợp một nhân xử lý đồ họa khá mạnh bên cạnh
chip điều khiển bộ nhớ và điều khiển giao tiếp với đồ
họa rời như Lynnfield (16x hay 8x8x). Số nhân xử lý
của Clarkdale được rút gọn còn hai nhân với 4 luồng
xử lý qua công nghệ HT; mức cache L3 cũng giảm
xuống còn 4MB. Clarkdale đi cùng các chipset H55,
H57 và Q57 đồng thời vẫn có thể chạy trên các BMC
chipset Intel P55 (không sử dụng được đồ họa tích
hợp).

Kiến trúc tổng quát hệ thống Clarkdale


Dòng này cũng được chia thành 2 phân khúc là Core
i3 (tên mã Core i3-5xx) cho người dùng phổ thông và
Core i5 (tên mã Core i5-6xx) cho phân khúc cao hơn
với điểm khác biệt nằm ở công nghệ Intel Turbo
Boost: Core i5 vẫn có, còn Core i3 không có tính
năng này, có lẽ để giảm giá thành.

Tương tự Core i5-875K, Intel mới tung ra thêm phiên
bản hệ số nhân mở cho phân khúc Clarkdale là Intel
Core i5-655K với những thông số tương tự Core i5-
650 nhưng rút gọn tính năng VT-d và Trusted
Execution Technology.


Arrandale

Bên cạnh BXL Clarkdale với đồ họa tích hợp cho máy để bàn, Intel
đưa ra dòng BXL với đồ họa tích hợp cho máy tính xách tay là
Arrandale (hay còn gọi là Clarkdale cho máy tính xách tay). Tất nhiên
Arrandale cũng có kiến trúc tương đồng với Clarkdale nhưng có mức
tiêu thụ điện năng tối đa thấp hơn, chỉ còn 35W với dòng thường và
18W-25W đối với các dòng điện thế thấp. Dung lượng RAM tối đa hỗ
trợ giảm xuống còn 8GB DDR3 và băng thông bộ nhớ tối đa là
17,1GB/s thay vì 21GB/s như Clarkdale. BXL Arrandale cũng trang bị
hai nhân với 4 luồng xử lý đồng thời nhưng có mức cache L3 khác
nhau tùy theo dòng.

Core i3 (tên mã Core i3-3xx) với mức cache L3 là 3MB, không có công
nghệ Turbo Boost hướng đến đối tượng người dùng phổ thông. Core
i5 với hai dòng là Core i5-4xx và Core i5-5xx (cao hơn 4xx) cũng với
mức cache L3 3MB, có công nghệ Turbo Boost hướng đến người
dùng tầm trung. Và phiên bản cao nhất trong dòng Arrandale là Core
i7 (tên mã Core i7-6xx) với hai nhân, 4 luồng xử lý, công nghệ Turbo
Boost nhưng mức cache L3 là 4MB.

Tóm lại, phân khúc các BXL Intel Core i có thể được sắp xếp như sau:

Máy để bàn: Core i3-5xx < Core i5-6xx < Core i5-7xx < Core i7-8xx (4
nhân) < Core i7-9x0 < Core i7-9x5 < Core i7-9xxX (6 nhân)

Máy tính xách tay: Core i3-3xx < Core i5-4xx < Core i5-5xx < Core i7-
6xx < Core i7-7xx < Core i7-8xx.

Phần 2 – Kiến trúc Sandy Bridge

Sandy Bridge là kiến trúc chip đầu tiên của Intel mà GPU (bộ
xử lý đồ họa) và CPU được tích hợp trên cùng một tấm silicon.
Nhờ vậy, khả năng đồ họa và xử lý đa phương tiện của hệ
thống sẽ được tăng cường đáng kể, ví dụ như phát video Blu-
ray 3D, một khả năng mà các chip Intel hiện tại chưa thực hiện
được.

Ngay đầu năm 2011, Intel đã chính thức giới thiệu những bộ vi
xử lý nhanh nhất với một tên gọi mới, SandyBridge. Đây là một
dòng sản phẩm bao gồm các bộ vi xử lý Core i7, i5 và i3, tích
hợp tính năng điều khiển bộ nhớ xử lý đồ họa chuyên dụng
trên một chip duy nhất. Bằng cách này, khả năng đồ họa và xử
lý đa phương tiện của hệ thống sẽ được tăng cường đáng kể.

Có tổng cộng 29 bộ xử lý mới thuộc dòng sản phẩm Sandy
Bridge được Intel giới thiệu, đáng kể nhất là Core i7 Extreme
mạnh mẽ với sức mạnh của thiết kế ULV dành cho máy tính
xách tay siêu mỏng. Đó là một mớ phức tạp với rất nhiều các
chip khác nhau, tất cả như khẳng định Intel đã chuẩn bị sẵn
sàng nghênh chiến với các đối thủ, đặc biệt là từ phía kình
địch AMD.


Trong danh sách này, có 12 mô hình Core i7 mới, 12 mô hình Core i5
mới và 4 mô hình Core i3 mới, cùng với một chip Core i7 Extreme
mạnh để sẵn sàng cho lựa chọn của bạn. Tính năng Intel Turbo Boost
2.0 sẽ góp phần cung cấp hiệu năng đồ họa tốt nhất có thể.


Intel tăng cường khả năng đồ họa của Sandy Bridge bằng cách tích
hợp hai công cụ mới: HD Graphics 2000 và HD Graphics 3000. Trang
web AnandTech cho biết, HD Graphics 2000 mạnh hơn các chip Core
tích hợp đồ họa trước đây khoảng 30%, trong khi HD Graphics 3000
cải thiện 70% so với sức mạnh đồ họa tích hợp của chip Intel
Clarkdale. Bạn sẽ phải bỏ ra khoảng 40 - 50 USD để có thể nhận được
sức mạnh đồ họa ngang hàng với một bộ xử lýSandy Bridge được
trang bị HD Graphics 3000.

Bên cạnh đó, Intel ra mắt công nghệ mới Quick Sync kèm
theo Sandy Bridge, với hứa hẹn sẽ mang lại sự cải tiến khả năng
chuyển mã video HD để có thể tăng khả năng xử lý các nội dung video
streaming 1080p. Khả năng xử lý tốt nội dung video HD chính là mục
đích của Sandy Bridge, chúng sẽ hỗ trợ thêm khả năng kết nối với 3D
blu-ray thông qua HDMI 1.4, phát không dây 1080p với chuẩn giao tiếp
WiDi cùng công nghệ Clear Video HD cho chất lượng hình ảnh tuyệt
vời bằng cách tinh chỉnh sự cân bằng màu sắc hoàn toàn tự động.


Khởi động một dòng chip mới cũng có nghĩa là Intel sẽ tung ra một
quy ước đặt tên mới, và có lẽ bạn cũng nên tìm hiểu ý nghĩa liên quan
đến chúng. Các nhãn Core i3, i5 và i7 vẫn được giữ nguyên, nhưng
bạn sẽ nhận được một mã gồm 4 chữ số với số 2 đầu tiên cho biết
đây là chip Sandy Bridge thuộc thế hệ thứ 2 của bộ xử lý Intel Core.
Ba con số tiếp theo cho biết mã SKU của bộ xử lý, không liên quan gì
đến tốc độ của sản phẩm. Ký hiệu M sẽ là viết tắt của Mobile, ám chỉ
sản phẩm thiết kế cho nền tảng di động, còn K cho thấy đây là một
chip hỗ trợ cho hoạt động ép xung (một số chip Sandy Bridge bị khóa
nhân và không thể ép xung). Cuối cùng là T và S là dấu hiện chip cung

cấp điện năng thấp dành cho các đối tác OEM của Intel.

Tìm hiểu cấu trúc vi xử lý để nâng cấp chính xác

Nếu bạn đang có ý định muốn nâng cấp hệ thống, hãy tìm đến một bo
mạch hỗ trợ socket LGA 1155 mới nhất, chỉ bo mạch này mới hỗ trợ
bộ vi xử lý Sandy Bridge. Nếu muốn khám phá khả năng ép xung vi xử
lý, hãy loại bỏ suy nghĩ mua một chip cấp thấp vì nó hoàn toàn bị khóa
nhân. Như trang AnandTech giải thích, Sandy Bridge có sự chênh lệch
về giá không đáng kể giữa các phiên bản. Các bộ xử lý K dành cho ép
xung chỉ đắt hơn các chip cơ bản 10 - 20 USD. Quy chung lại, các chip
dành cho máy tính để bàn là i5 2500K (216 USD) và Core i7 2600K (317
USD) được đánh giá là những bộ xử lý mạnh và hấp dẫn nhất trên thị
trường.

Phần 3 - Sandy Bridge: Thế hệ 2 của
Intel Core

Intel Core thế hệ đầu tiên đã có tuổi thọ đến hơn 4
năm từ tháng 8/2006 với các dòng sản phẩm từ Intel
Core Solo đến sản phẩm cao cấp nhất là Intel Core
i7. Không ngủ quên trên thành công, Intel đã hoàn
thiện thế hệ Core thứ 2. Bài viết này sẽ cho các bạn
những thông tin chi tiết nhất về sản phẩm sắp ra mắt
của Intel đó chính là Sandy Bridge.
Đã ra sản phẩm thì phải có mục tiêu. Intel đã đặt 2
mục tiêu cho sản phẩm của mình:

Smart Performance


Seamless Visual Experience



Vậy thì Smart Performance mang đến cho các bạn những gì:
- Xung nhịp và hiệu năng cao. Giúp bạn hoàn thành công việc
nhanh hơn với ít điện hơn.
- Intel Turbo Boost 2.0 sẽ tự động đem đến hiệu năng cao hơn
cho bạn nếu cần. Mình sẽ bàn thêm ở sau nhé.
- Hỗ trợ SMT 4-way và 8-way đưa đến khả năng multi-tasking
ấn tượng
Còn Seamless Visual Experience mang lại
- Mang đến khả năng tạo, quản lý, chia sẽ video của bạn mộ
cách nhanh chóng nhất.
- GPU Build-in mang đến cho bạn hình tản sắc nét, các hiệu
ứng tốt hơn.

Cùng điểm qua những công nghệ có mặt trên các sản phẩm Core thế hệ 2


Trên nền tảng desktop. (Vâng chúng ta sẽ chỉ bản Sandy Bridge trên
desktop thôi nhé.) Cấu trúc thì chắc các bạn cũng thấy là hoản toàn
tương tự như là Core i3, Core i5 (Clarkdale - Lynnfield) hay Core i7
(Lynnfield) nền tảng 1156 của Intel. Sandy Bridge có điểm gì nổi bật?
- Đó là tiếng tock trong tiếng tick - tock của quy trình 32nm. Vâng, thế
hệ thứ 2 của Intel trên quy trình 32nm. Thế hệ 2 của công nghệ Hi-K+
Metal Gate nhằm đem đến khả năng tiếp kiệm điện và giảm lượng điện
thừa.
- Nhân đồ hoạ tích hợp bên trong cũng sử dụng công nghệ 32nm là
một bước tiến khi so với các BXL Clarkdale vốn có nhân đồ hoạ dựa

trên công nghệ 45nm.
- Tích hợp Memory Controller
- Công nghệ Turbo Boost thế hệ 2 đem đến những cú boost linh hoạt
hơn.
- Bộ nhớ kênh đôi DDR3-1333 gồm 2 kênh mỗi kênh 2 thanh ram cùng
hoạt động. Tôi cũng rất mong chờ một sự cải tiến hiệu năng từ Intel
khi có một số hãng đã in lên board mạnh của mình support DDR3-2600
rất ấn tượng. Tuy nhiên, chỉ có chip P67 bạn mới có khả năng unlock
ratio của ram để đưa xung ram lên mức kinh khủng thế