Phân tích kiến trúc và nguyên lý làm việc của bộ VXL Intel 32bit

Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
NGHIÊN CỨU & TÌM HIỂU
Vi xử lý 32bit của Intel
Nhóm thực hiện: Nhóm 5 lớp KTPM2K6
Thành viên trong nhóm:
1. Trần Quốc Đạt
2. Nguyễn Xuân Dũng
3. Phạm Tiến Dũng
4. Trần An Hưng
Hà Nội, tháng 5 năm 2012.
1
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
Mở ĐầU
Trái tim của một máy tính chính là bộ vi xử lý. Cho đến nay bộ vi xử lý đ-
ợc coi là sản phẩm nhân tạo phát triển nhanh nhất và có vai trò quan trọng
nhất trong lịch sử loài ngời. Bộ vi xử lý CPU là cốt lõi của một máy vi tính.
Từ các bộ vi xử lý để chế tạo ra máy tính cá nhân và Intel đang hớng cấu
trúc máy vi tính cá nhân hiện đại. Vai trò của máy vi tính trong nửa cuối thế
kỷ hai mơi đợc chứng minh bởi đà phát triển chức năng theo hàm mũ của bộ
vi xử lý và mức độ thâm nhập của nó trong xã hội. Máy tính đã thay đổi
hoàn toàn công nghệ, thay đổi hình thức buôn bán thậm trí thay đổi cấu trúc
xã hội loài ngời. Vì vậy sau đây chúng ta cùng tìm hiểu về tất cả những gì
thuộc về bộ vi xử lý và cụ thể là bộ vi xử lý 80386 là bộ vi xử lý 32 bit đầu
tiên mở đầu cho công nghệ phát triển máy tính sau này.
Bố cục chung của báo cáo:
Báo cáo gồm các phần:
A. Sơ lợc lịch sử phát triển của VLX Intel (1971-2003)
B. Vi xử lý 32bit của Intel:
1. Một số bộ Vi xử lý 32bit tiêu biểu.
2. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của VXL 32bit của Intel.
Bài viết dới đây do nhóm 5 gồm : Phạm Tiến Dũng, Trần Quốc Đạt,

Nguyễn Xuân Dũng, Trần An Hng cùng nhau tìm tài liệu và thảo luận trong
thời gian khá dài. Tuy nhóm đã có nhiều cố gắng và nghiên cứu để làm tài
liệu này rất nghiêm túc song không tránh khỏi sai sót. Rất mong Thầy giáo
và các bạn đọc tài liệu cùng tham khảo và cho ý kiến để tài liệu đợc hoàn
chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn!
2
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
A. Sơ l ợc lịch sử phát triển VXL Intel
(từ 1971-2003)
Mặc dù Intel tiên phong cho ra đời chip vi xử lý đầu tiên vào năm 1971
nhng họ vẫn quyết định chọn mốc thời gian 1978 để làm sinh nhật đầu tiên
cho dòng Bộ vi xử lý (BVXL) máy tính vì đó là thời điểm tên tuổi chip Intel
8088 đợc cả thế giới biết đến.
- 1971 : Chip 4004 là bộ vi xử lý đầu tiên của Intel, đợc trang bị cho
máy tính Busicom và mở đờng cho xu hớng tăng thêm sự thông minh cho
mọi thiết bị, trong đó có máy tính cá nhân.
- 1972 : Chip 8008 mạnh gấp đôi 4004. Thiết bị Mark-8 sử dụng chip
8008 từng đợc một bài viết đăng năm 1974 trên báo Radio Electronics phong
tặng là máy tính gia đình đầu tiên. Nhng hệ thống này rất khó xây dựng, bảo
trì và vận hành.
- 1974 : 8080 trở thành bộ não của máy tính cá nhân đầu tiên mang tên
Altair, đặt theo tên địa danh hạ cánh của phi hành đoàn Starship trong loạt
phim truyền hình Star Trek nổi tiếng. Giá một bộ Altair lúc ấy là 395 USD
nhng hàng chục ngàn máy đã đợc bán hết sạch chỉ trong vài tháng đầu.
- 1978 : BVXL 8086-8088 đợc bán chủ yếu cho IBM để tạo nên dòng
PC IBM nổi tiếng. Sự thành công của chip 8088 đa Intel vào hàng Fortune
500 và đợc tạp chí Fortune bình bầu là một trong những công ty thành công
trong thập niên 70 (Business Triumphs of the Seventies). Chính từ sự thành
công này, Intel đã chọn làm mốc khởi đầu cho kiến trúc Intel (Intel
Architecture-IA).

-1982 : BVXL Intel286, tên đầy đủ là Intel 80286, là chip đầu tiên của
Intel tơng thích ngợc với tất cả phần mềm trớc đó, giúp tiếp tục duy trì thế
mạnh của dòng vi xử lý Intel. Trong 6 năm, trên thế giới đã có khoảng 15
triệu PC 286 đợc bán ra.
- 1985 : BVXL Intel386 trang bị 275.000 transistor (gấp 100 lần so với
4004), dùng giao tiếp 32-bit và có khả năng xử lý đồng thời nhiều tác vụ
(multi tasking).
3
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
- 1989 : CPU (central processing unit - BVXL trung tâm) Intel486 DX
cho phép ngời dùng từ bỏ giao diện dòng lệnh tẻ nhạt và chuyển sang giao
diện tơng tác bằng chuột máy tính. Lần đầu tiên có thêm bộ đồng xử lý toán
học, nhận bớt phần xử lý các phép toán phức tạp cho CPU nhằm tăng hiệu
năng hệ thống.
- 1993 : BVXL Intel Pentium cho phép máy tính xử lý đợc nhiều dạng
dữ liệu thực tế nh giọng nói, âm thanh, chữ viết và hình ảnh.
- 1995 : BXL Intel Pentium Pro đợc thiết kế cho máy chủ và trạm ứng
dụng 32-bit, giúp nâng cao tốc độ tính toán cho ngành khoa học, cơ khí và
thiết kế trên máy tính. Pentium Pro đợc trang bị bộ đệm thứ cấp tốc độ cao và
tích hợp đợc tới 5,5 triệu transistor.
- 1997 : BVXL Pentium II tích hợp 7,5 triệu transistor và trang bị thêm
công nghệ MMX để xử lý dữ liệu video, âm thanh và hình ảnh hiệu quả hơn.
Kiểu đóng gói đợc chuyển sang dạng Single Edge Contact Cartridge và đợc
tích hợp thêm chip nhớ dạng cache tốc độ cao.
- 1998 : Intel Pentium Xeon đợc thiết kế nằm đáp ứng yêu cầu của dòng
máy chủ cao cấp và tầm trung chuyên cung cấp dịch vụ Internet, lu trữ dữ
liệu, tạo nội dung kĩ thuật số, thiết kế tự động. Sử dụng Xeon, hệ thống có thể
kết hợp 4 hoặc 8 BXL với nhau.
- 1999 : BVXL Intel Celeron đợc thiết kế riêng cho thị trờng bình dân
với tiêu chí đạt hiệu năng cao nhất, trong mức giá hợp lý, đợc tối u hóa cho

trò chơi và phần mềm giáo dục.
Cũng trong năm, Intel Pentium III ra đời, có thêm 70 lệnh mới (Internet
Streaming SIMD Extension) giúp tối u hiệu ứng xử lý ảnh, 3D, âm thanh trực
tuyến, video và nhận dạng giọng nói. BVXL này đợc tích hợp 9,5 triệu
transistor và sản xuất dựa trên công nghệ 0,25 micro mét.
Intel Pentium III Xeon mở rộng thị trờng sang máy chủ, máy trạm chạy
ứng dụng thơng mại điện tử hoặc ứng dụng cấp doanh nghiệp lớn.
4
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
- 2000 : BVXL Pentium IV ra đời. Nó tích hợp 42 triệu transistor, sản
xuất theo công nghệ 0,18 micromet, đạt tần số 1,5Ghz.
- 2001 : BVXL Intel Xeon hớng đến thị trờng máy trạm 2 BVXL, tầm
trung và hiệu năng cao, máy chủ đa BVXL. Dựa trên kiến trúc Intel NetBust,
BVXL xử lý tốt ứng dụng âm thanh và video, Internet và đồ họa 3D phức tạp.
Tùy theo cấu hình ứng dụng, máy trạm Xeon chạy nhanh hơn Pentium III
Xeon từ 30% tới 90%.
Intel Itanium là BVXL đầu tiên thuộc họ 64-bit của Intel, đợc thiết kế
kiến trúc mới hoàn toàn dựa trên công nghệ Explicitly Parallel Instruction
Computing (EPIC), và trang bị thêm bộ đệm cấp 3 (không tích hợp trong
nhân nhng vẫn đạt tốc độ xung hoạt động bằng nhân).
Itanium tập trung vào thị trờng máy chủ, máy trạm cao cấp nên hỗ trợ
chạy các ứng dụng tính toán phức tạp cấp xí nghiệp nh bảo mật giao dịch th-
ơng mại điện tử, hệ thống cơ sở dữ liệu lớn, tính toán khoa học,
- 2002 : Intel Itanium 2 là phiên bản thứ hai của dòng BVXL 64-bit
Itanium dành cho xí nghiệp, thực sự phát huy đợc hết sức mạnh của kiến trúc
Intel (Intel Architecture - IA) cho môi trờng ứng dụng tính toán kĩ thuật, dữ
liệu quan trọng với doanh nghiệp, bảo mật giao dịch,
- 2003 : Intel Pentium M kết hợp cùng chipset Intel 855 và card mạng
Intel Pro/Wireless 2100 tạo ra nền tảng cơ bản cho công nghệ di động
Centrino nhằm nâng cao tính di động và hiệu năng cho máy tính trong môi

trờng mạng LAN không dây. Công nghệ Centrino còn giúp kéo dài thời gian
thiết bị hoạt động với pin và giúp mỏng, nhẹ hóa hơn nữa máy tính xách tay.
6/2003 : Intel giới thiệu BVXL Mobile Pentium IV với mục tiêu mang
sức mạnh công nghệ của dòng Pentium IV cho máy PC vào máy tính xách
tay, giúp giảm giá thành sản phẩm, tăng sức mạnh xử lý nhng lại không hỗ
trợ tính năng di động nh Pentium M
5
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
b. Vi xö lý 32 bit cña intel:
I. Mét sè bé Vi xö lý 32bit tiªu biÓu cña Intel:
Intel 386 gồm các họ 386DX, 386SX và 386SL. Intel386DX là vi xử lý 32
bit đầu tiên Intel giới thiệu vào năm 1985, được dùng trong các PC của IBM
và PC tương thích. Intel386 là một bước nhảy vọt so với các vi xử lý trước
đó. Đây là vi xử lý 32 bit có khả năng xử lý đa nhiệm, nó có thể chạy nhiều
chương trình khác nhau cùng một thời điểm. 386 sử dụng các thanh ghi 32
bit, có thể truyền 32 bit dữ liệu cùng lúc trên bus dữ liệu và dùng 32 bit để
xác định địa chỉ. Cũng như vi xử lý 80286, 80386 hoạt động ở 2 chế độ: real
mode và protect mode.
Bộ xử lý Intel 386 SX năm 1985
486DX sử dụng công nghệ 1 µm, 1,2 triệu transistor, bộ nhớ mở rộng 4GB;
gồm các phiên bản 25 MHz, 35 MHz và 50 MHz (0,8 µm). 486SX (năm
1991) dùng
trong dòng máy tính cấp thấp, có thiết kế giống hệ 486DX nhưng không tích
hợp bộ đồng xử lý toán học. 486DX sử dụng công nghệ 1 µm (1,2 triệu
transistor) và 0,8 µm (0,9 triệu transistor), bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các
phiên bản 16, 20, 25, 33 MHz.
6
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
Bộ xử lý Intel 486 SX năm 1991
Pentium MMX (năm 1996), phiên bản cải tiến của Pentium với công nghệ

MMX được Intel phát triển để đáp ứng nhu cầu về ứng dụng đa phương tiện
và truyền thông. MMX kết hợp với SIMD (Single Instruction Multiple Data)
cho phép xử lý nhiều dữ liệu trong cùng chỉ lệnh, làm tăng khả năng xử lý
trong các tác vụ đồ họa, đa phương tiện.
Bộ xử lý Intel MMX SX năm 1996
Vi xử lý Pentium II
Vi xử lý Pentium II đầu tiên, tên mã Klamath, sản xuất trên công nghệ 0,35
µm, có 7,5 triệu transistor, bus hệ thống 66 MHz, gồm các phiên bản
233,266, 300MHz.
Pentium II, tên mã Deschutes, sử dụng công nghệ 0,25 µm, 7,5 triệu
transistor, gồm các phiên bản 333MHz (bus hệ thống 66MHz), 350, 400, 450
MHz (bus hệ thống 100MHz). Celeron (năm 1998) được “rút gọn” từ kiến
trúc Vi xử lý Pentium II, dành cho dòng máy cấp thấp. Phiên bản đầu tiên,
7
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
tên mã Covington không có bộ nhớ đệm L2 nên tốc độ xử lý khá chậm,
không gây được ấn tượng với người dùng. Phiên bản sau, tên mã
Mendocino, đã khắc phục khuyết điểm này với bộ nhớ đệm L2 128KB.
- Xuất hiện năm 1997
- Kiểu đóng gói : Kiểu gắn trên khe Slot1 hoặc Slot2, chíp được hàn cố định
trên một vỉ nằm nghiêng
- Tốc độ xử lý : gồm các phiên bản 233MHz, 266, 300, 333, 350, 400 và
450MHz
- Tốc độ FSB : 66MHz , 100MHz
- Cache từ 512KB trở xuống
CPU Pentium II được hàn trên vỉ rồi cắm vào khe Slot1
Vi xử lý Pentium III
Pentium III (năm 1999) gồm các tên mã Katmai, Coppermine và Tualatin.
Coppermine có bộ nhớ đệm L2 – 256 KB được tích hợp bên trong nhằm
tăng tốc độ xử lý. Đế cắm socket 370 FC-PGA (Flip-chip pin grid array), có

các tốc độ như 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850 MHz (bus 100MHz),
533, 600, 667, 733, 800, 866, 933, 1000, 1100 và 1133 MHz (bus 133MHz).
8
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
Tualatin có bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB hoặc 512 KB tích hợp bên
trong BXL, socket 370 FC-PGA (Flip-chip pin Grid Array), bus hệ thống
133 MHz. Có các tốc độ như 1133,1200, 1266, 1333, 2900 MHz.
Celeron Coppermine (năm 2000) được “rút gọn” từ kiến trúc vi xử lý
Pentium III Coppermine, có bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB tích hợp bên
trong vi xử lý, socket 370 FC-PGA, Có các tốc độ như 533, 566, 600, 633,
667, 700, 733, 766, 800 MHz (bus 66 MHz), 850, 900, 950, 1000, 1100,
1200, 1300 MHz (bus 1000 MHz).
Celeron Tualatin (năm 2000) được “rút gọn” từ kiến trúc vi xử lý Pentium
III Tualatin, có bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB tích hợp, socket 370 FC-
PGA, bus hệ thống 100 MHz, gồm các tốc độ 1,0, 1,1, 1,2, 1,3 GHz.
- Xuất hiện năm 1999
- Kiểu đóng gói: Soket 370
- Tốc độ xử lý: có các tốc độ như 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850
MHz (bus 100MHz), 533, 600, 667, 733, 800, 866, 933, 1000, 1100 và 1133
MHz (bus 133MHz).
- Tốc độ bus FSB: 100MHz , 133MHz
- Cache từ 512KB trở xuống
9
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
CPU Pentium 3 Soket 370
Vi xử lý Pentium IV
Intel Pentium 4 (P4) là vi xử lý được giới thiệu vào tháng 11 năm 2000.
Pentium IV sử dụng vi kiến trúc NetBurst có thiết kế hoàn toàn mới so với
các vi xử lý cũ (Pentium II, Pentium III và Celeron sử dụng vi kiến trúc P6).
Pentium 4 đầu tiên (tên mã Willamette) xuất hiện cuối năm 2000, có bus hệ

thống (system bus) 400 MHz, bộ nhớ đệm tích hợp L2- 256 KB, socket 423
và 478. P4 Willamette có một số tốc độ như 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7,1,8, 1,9,
2,0 GHz.
• Socket 423 chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn, từ tháng11 năm
2000 đến tháng 8 năm 2001 và bị thay thế bởi socket 478.
• Xung thực (FSB) của Pentium 4 là 100 MHz nhưng với công nghệ Quad
Data Rate cho phép BXL truyền 4 bit dữ liệu trong 1 chu kỳ, nên bus hệ
thống của vi xử lý là 400 MHz.
10
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
CPU Pentium 4 Willamette
P4 Northwood. Xuất hiện vào tháng 1 năm 2002, có bộ nhớ cache L2 512
KB, socket 478. Northwood có 3 dòng gồm Northwood A (system bus 400
MHz), tốc độ 1,6, 1,8, 2,0, 2,2, 2,4, 2,5, 2,6 và 2,8 GHz. Northwood B
(system bus 533 MHz), tốc độ 2,26, 2,4, 2,53, 2,66, 2,8 và 3,06 GHz (riêng
3,06 GHz có hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng Hyper Threading – HT).
Northwood C (system bus 800 MHz, tất cả hỗ trợ HT), gồm 2,4, 2,6, 2,8,
3,0, 3,2, 3,4 GHz.
P4 Prescott (năm 2004). Là vi xử lý đầu tiên Intel sản xuất theo công nghệ
90 nm, có bộ nhớ đệm tích hợp L2 của P4 Prescott gấp đôi so với P4
Northwood (1MB so với 512 KB). Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2,
Prescott được bổ sung tập lệnh SSE3 giúp các ứng dụng xử lý video và game
chạy nhanh hơn. Đây là giai đoạn “giao thời” giữa socket 478 – 775LGA,
system bus 533 MHz – 800 MHz
CPU P4 Northwood SX năm 2002 và CPU P4 Prescott SX năm 2004
11
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
Prescott A (FSB 533 MHz) có các tốc độ 2,26, 2,4, 2,66, 2,8 (socket 478),
Prescott 505 (2,66 GHz), 505J (2,66 GHz), 506 (2,66 GHz), 511 (2,8GHz),
515 (2,93 GHz), 515J (2,93 GHz), 516 (2,93 GHz), 519J (3,06 GHz), 519K

(3,06 GHz) sử dụng socket 775LGA.
Prescott E, F (năm 2004) có bộ nhớ đệm L2 1 MB (các phiên bản sau được
mở rộng 2 MB), bus hệ thống 800 MHz. Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2,
SSE3 tích hợp, Prescott E, F còn hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng, một số
phiên bản sau có hỗ trợ tính toán 64 bit.
Dòng sử dụng socket 478 gồm Pentium 4 HT 2.8E (2,8 GHz), 3.0E (3,0
GHz), 3.2E (3,2 GHz), 3.4E (3,4 GHz). Dòng sử dụng socket 775LGA gồm
Pentium 4 HT 3.2F, 3.4F, 3.6F, 3.8F với các tốc độ tương ứng từ 3,2 GHz
đến 3,8 GHz, Pentium 4 HT 517, 520, 520J, 521, 524, 530, 530J, 531, 540,
540J, 541, 550, 550J, 551, 560, 560J, 561, 570J, 571 với các tốc độ từ 2,8
GHz đến 3,8 GHz.
Vi xử lý Celeron
Vi xử lý Celeron được thiết kế với mục tiêu dung hòa giữa công nghệ và giá
cả, đáp ứng các yêu cầu phổ thông như truy cập Internet, Email, chat, xử lý
các ứng dụng văn phòng. Điểm khác biệt giữa Celeron và Petium là về công
nghệ chế tạo và số lượng Transistor trên một đơn vị.
Celeron Willamette 128 (2002), bản “rút gọn” từ P4 Willamette, có bộ nhớ
đệm L2 128 KB, bus hệ thống 400 MHz, socket 478. Celeron Willamette
128 hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2. Một số vi xử lý thuộc dòng này như
Celeron 1.7 (1,7 GHz) và Celeron 1.8 (1,8 GHz).
Celeron NorthWood 128, “rút gọn” từ P4 Northwood, có bộ nhớ đệm tích
hợp L2 128 KB, bus hệ thống 400 MHz, socket 478. Celeron NorthWood
128 cũng hỗ trợ các tập lệnh MMX, SSE, SSE2, gồm Celeron 1.8A, 2.0, 2.1,
12
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 tương ứng với các tốc độ từ 1,8 GHz đến 2,8
GHz.
Celeron D (Presscott 256), được xây dựng từ nền tảng P4 Prescott, có bộ
nhớ đệm tích hợp L2 256 KB (gấp đôi dòng Celeron NorthWood), bus hệ
thống 533 MHz, socket 478 và 775LGA. Ngoài các tập lệnh MMX, SSE,

SSE2, Celeron D hỗ trợ tập lệnh SSE3, một số phiên bản sau có hỗ trợ tính
toán 64 bit. Celeron D gồm 310, 315, 320, 325, 325J,
326, 330, 330J, 331, 335, 335J, 336, 340, 340J, 341,
345, 345J, 346, 350, 351, 355 với các tốc độ tương ứng
từ 2,13 GHz đến 3,33 GHz
Pentium 4 Extreme Edition
Pentium 4 Extreme Edition (P4EE) xuất hiện vào tháng 9 năm 2003, là vi xử
lý được Intel “ưu ái” dành cho game thủ và người dùng cao cấp. P4EE được
xây dựng từ BXL Xeon dành cho máy chủ và trạm làm việc. Ngoài công
nghệ HT “đình đám” thời bấy giờ, điểm nổi bật của P4EE là bổ sung bộ nhớ
đệm L3- 2 MB. Phiên bản đầu tiên của P4 EE (nhân Gallatin) sản xuất trên
công nghệ 0,13 µm, bộ nhớ đệm L2 512 KB, L3- 2 MB, bus hệ thống 800
MHz, sử dụng socket 478 và 775LGA, gồm P4 EE 3.2 (3,2 GHz), P4 EE 3.4
(3,4 GHz).
13
Bài tập lớn nhóm 5 – môn Kiến trúc máy tính – lớp Kỹ thuật phần mềm 2 – Khóa 6
II. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của VLX Intel 32 bit:
1. Đặc điểm:
Các bộ vi xử lý 32bit của intel là một bước nhảy vọt trong lĩnh vực
thiết kết chip điện tử. Đặc điểm lớn nhất của dòng vi xử lý 32bit là nó có khả
năng xử lý đa nhiệm, giúp cho máy vi tính có thể chạy được nhiều chương
trình cùng một lúc.
2. Cấu trúc khối:
a. Đóng vỏ và các chân chức năng:
- Các chip 32bit của Intel thường được đóng vỏ gốm PGA (ceramic
pin grind package) 132 pin với công nghệ CHMOS III.
14
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
- Cỏc chip 32bit ca Intel khỏ ging nh cỏc dũng 80386 v 80486, bit
a ch thng l 24bit v bit d liu l 32bit, cỏc chip 32bit ny phự hp vi

cỏc thit b nh v ngoi vi 8bit, 16bit v 32bit. Cỏc chip 32bit ca Intel
c dựng khỏ ph bin trong cỏc loi mỏy tớnh thụng dng hin nay.

- Cỏc chip Intel 32bit dùng diện thế Vss,Vcc = 5.0 V tiêu thụ dòng trung
bình 550 mB phiên bản tần số 25MHz, 600mA phiên bản tần số 20MHz
- Các chân tín hiệu :
+ Các chip Intel 32bit có 20 chân tín hiệu : A31 A3; D31-D0; BE#-
BE0; M/ìO#;W/R#;ADS#(address data strobe); RESET
+ Với 32 bit địa chỉ không gian địa chỉ của CPU là 4 GB. CPU có 64K
cứa vào/ra 8 bit, 16 bit, 32 bit
b. H thng bus:
- Bus là tập hợp các đờng dây để vận chuyển thông tin (bit) từ phần
mạch này đến phần mạch khác trong phạm vi máy tính
Bản chất vật lý :
Không có điện áp truyền 0
Có điện áp truyền 1


1bit tại (tại 1 thời điểm)
15
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
- Có chức năng liên kết các thành phần khác nhau trong hệ thống
do vậy còn gọi là bus liên kết hệ thống
- Tập các đờng dây vận chuyển thông tin đồng thời đợc gọi là độ
rộng của bus ( ví dụ 8 đờng dây thì độ rộng là 8 bit)
- Chức năng của bus :
Bus chia làm 3 loại : +bus địa chỉ
+bus dữ liệu
+bus điều khiển
Chú ý : chỉ có bus địa chỉ và bus dữ liệu mới có khái niệm độ rộng.

Sơ đồ khối phối ghép bus
Lý do tồn tại của các loại bus:
+ Bus địa chỉ :
- CPU muốn trao đổi dữ liệu với ngăn nhớ nào, với cổng vào ra nào thì
cần phải có bus địa chỉ
Bus địa chỉ vận chuyển địa chỉ từ CPU đến bộ nhớ hay cổng vào ra để
xác định ngăn nhớ nào hay cổng vào ra nào cần trao đổi thông tin
- Bus địa chỉ nói tổng quát gồm n đờng dây Ao - An-1 thì gọi độ rộng
bus là n bit và n bit này đợc dùng để đánh dấu địa chỉ , do đó có khả năng
16
CPU
Bộ nhớ
ch nh
Mạch ghép
nối vào ra
Các thiết bị
vào ra
Bus dữ liệu
Bus điều khiển
Bus địa chỉ
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
quản lý tối đa 2
n
địa chỉ ngăn nhớ hay 2
n
byte nhớ ( vì bộ nhớ chính quản lý
theo byte) và với Intel 32bit thì n =32 quản lý tối đa 2
32
byte = 4 GB

+Bus dữ liệu :
- Vận chuyển dữ liệu từ bộ nhớ đến CPU
- Vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần với nhau
Bus dữ liệu kí hiệu Do Dm-1 thì độ rộng bus là m bit m trong 386
là 32 tức là vận chuyển cùng một lúc 4 byte
+Bus điều khiển dữ liệu
- Là tập hợp các tín hiệu điều khỉên hoặc phát ra từ CPU để điều
khiểnbộ nhớ hay hệ thống vào ra hoặc là từ bộ nhớ hay hệ thống vào ra đến
yêu cầu CPU
c. Khối quản lý bộ nhớ:
Bộ vi xử lý có khả năng quản lý bộ nhớ trực tiếp bằng cách đánh địa
chỉ vật lý hay định địa chỉ ảo ( phân trang ). Khi dùng định địa chỉ vật lý, địa
chỉ tuyến tính đợc coi là địa chỉ vật lý
Khi dùng phân trang các đoạn mã, dữ liệu, ngăn xếp, hệ thống, GDT
và IDT đều đợc nhận phân trang, chỉ có trang vừa truy nhập là nằm trong địa
chỉ vật lý. Vị trí của trang ( hay còn gọi là khung trang đợc xác định qua hai
dạng cấu trúc hệ thống :
o Một th mục trang
o Nhiều bảng trang
Cả hai cấu trúc đều nằm trong bộ nhớ vật lý. Dữ liệu lu trữ trong th
mục trang bao gồm địa chỉ cơ sở của bảng trang, quyền truy nhập và thông
tin quản lý bộ nhớ. Dữ liệu lu trữ trong bảng trang bao gồm địa chỉ vật lý của
khung trang, quyền truy nhập và thông tin quản lý bộ nhớ. Địa chỉ cơ sở của
th mục trang nằm trong thanh ghi điều khỉên CR3. Không gian địa chỉ tuyến
tính (32 bit) đợc chia ra làm 3 phần : 10 bit định vị danh mục trang, 10 bit
định vị bảng trang, 12 bit định vị khung trang. Nh vậy kích thớc của một
trang là 2
12
=4 Kbyte. Mỗi nhiệm vụ có thể có một danh mục trang riêng của
nó, có nghĩa là hệ vi xử lý có thể quản lý đợc nhiều danh mục trang khác

nhau.
17
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
d. Khối điều khiển:
Dùng để điều khiển và để đồng bộ các hoạt động của hệ thống, cụ thể:
- Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ và sau đó tăng nội dung PC( bộ đếm
chơng trình program counter) để trỏ sang lệnh tiếp theo
- Giải mã lệnh nằm ở thanh ghi lệnh để xác định yêu cầu của lệnh và
phát ra tín hiệu điều khiển thực hịên lệnh đó
- Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bên ngoài, xử lý và đáp ứng yêu cầu đó
Mã lệnh
Các cờ từ
Thanh ghi cờ Mã lệnh Các tín hiệu điều
khiển bên trong CPU - Các thanh ghi
clock -Vận chuyển dữ liệu
tín hiệu tạo giữa các thanh ghi
xung nhịp -ALU
các tín các tín hiệu yêu cầu
điều khiển bên ngoài từ bên ngoài
Bus điều khiển
- Đơn vị điều khiển gồm hai phần chính : khối giải mã lệnh và khối tạo
xung nhịp điều khiển thực hiện lệnh
e. Khối giải mã lệnh:
18
Thanh ghi lệnh
đơn vị điều khiển
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
Bộ giải mã lệnh gồm ba bộ giải mã con làm việc song song: hai bộ giải
mã lệnh đơn giản và một bộ giải mã phức tạp. Một bộ giải mã chuyển một
mã lệnh thành một hay nhiều vi lệnh ba thành phần (hai nguồn lôgic vầ một

đích lôgic). Vi lệnh là những lệnh sơ đẳng đợc 6 bộ thực hiện của bộ vi xử lý
thực hiện song song.
Nhiều mã lệnh đợc chuyển trực tiếp thành một vi lệnh duy nhất qua bộ
giải mã lệnh đơn giản. Một số mã lệnh khác đợc chuyển thành một hay bốn
vi lệnh. Bộ giải mã cũng chịu trách nhiệm giải mã phần đầu lệnh và lệnh
quay vòng. Bộ giải mã lệnh có thể tạo ra đến 6 vi lệnh trong một chu kỳ đồng
hồ (2 từ hai bộ giải mã lệnh đơn giản và 4 từ bộ giải mã lệnh phức tạp).
f. Khối các chức năng đặc biệt:
Gồm :
- Khối xử lý đồ hoạ
- Khối xử lý tín hiệu : những bộ có khả năng tính toán, tính chập, hàm t-
ơng quan
- Khối xử lý ảnh: có phép tính tơng tự xử lý tín hiệu nhng là hai chiều
- Tính toán vectơ, ma trận
g. Khối số nguyên:
h. Thanh ghi:
Thanh ghi thực chất là bộ nhớ bán dẫn có tốc độ truy nhập cực cao( mức
CPU) và có dung lợng nhỏ. Tập các thanh ghi nằm trong CPU. Mỗi thanh ghi
là một đơn vị lu trữ dữ liệu có chức năng riêng biệt không thể thiếu trong
CPU
Thanh ghi 80386 đều là thanh ghi 32 bit, một số thanh ghi có thề chia
thành 16 bit hoặc 8 bit
19
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
Với 32 bit địa chỉ không gian địa chỉ của CPU 386 là 4 GB. CPU 386 có
64K cửa vào / ra 8 bit , 16 bit, 32 bit
CPU có thể hoạt động với bộ đồng xử lý toán học
Tập các thanh ghi:
Thanh ghi đa dụng và thanh ghi con trỏ : đợc mở rộng thành
thanh ghi 32 bit : EAX, EBX,ESP tuy nhiên vẫn có thể sử dụng thanh ghi 8

bit hoặc 16 bit. Chúng có trách nhiệm lu trữ những nội dung sau:
- Tham số của các phép toán logic và số học
- Tham số của các phép tính địa chỉ
- Con trỏ bộ nhớ
Tuy vậy, tất cả các thanh ghi này đều có thể dùng để lu trữ mọi tham
số kết quả và con trỏ. Cần lu ý khi dùng thanh ghi ESP vì thanh ghi này chỉ
dùng cho con trỏ ngăn xếp và không đợc phép dùng cho mục đích khác
Một số lệnh cần một thanh ghi nhất định để lu trữ tham số của nó. ví
dụ lệnh chuỗi dùng các thanh ghi ECX,ESI, EDI. Khi sử dụng bộ nhớ mô
hình phân đoạn , một số cặp thanh ghi đợc ngầm định để lu địa chỉ lôgic( vi
dụ DS:EBX)
Ngoài ra, mỗi thanh ghi còn có một nhiệm vụ đặc biệt đợc liệt kê sau:
- EAX : thanh ghi kết quả các phép toán
- EBX : thanh ghi con trỏ mà địa chỉ đoạn nẳm trong DS
- ECX : thanh ghi số đếm cho các phép toán chuỗi và quay vòng
- EDX : thanh ghi địa chỉ cổng cứng
- ESI : thanh ghi con trỏ địa chỉ nằm trong ES con trỏ nguồn của phép
toán chuỗi
- EDI : thanh ghi con trỏ mà địa chỉ đoạn nằm trong ES con trỏ đích của
phép toán chuỗi
- ESP : thanh ghi con trỏ ngăn xếp mà địa chỉ đoạn nằm trong SS
20
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
Các thanh ghi đa chức năng
31 0
EAX
EBX
ECX
EDX
ESI

EDI
EBP
ESP
Hình trên cho thấy, 16 bit cuối của những thanh ghi đa chức năng đợc
dùng nh các thanh ghi của thế hệ 8086, 80286. Ngời lập trình có thể sử dụng
nó qua tên thanh ghi AX, BX,CX,DX,BP,SP,SI,DL. Hai byte cuối của EAX,
EBX,ECX,EDX,đợc gọi là AH, BH, CH, DH(bit cao) và AL, BL, CL, DL(bit
thấp)
Các thanh ghi đoạn : vẫn giữ nguyên chiều dài 16 bit nhng có
hai thanh ghi đoạn FS và GS đợc dùng giống nh thanh ghi ES . Các thanh ghi
đoạn (CS,DS,SS,ES,FS,GS) lu trữ bộ chọn đoạn 16 bit. Một bộ chọn đoạn là
một con trỏ đặc biệt chỉ đến bộ mô tả đoạn là nơi lu trữ địa chỉ và đặc tính
của đoạn . Để truy nhập một đoạn trong bộ nhớ bộ chọn đoạn phải nằm trong
thanh ghi đoạn tơng ứng
Khi viết một chơng trình ứng dụng ngời lập trình chọn đoạn qua lệnh định
hớng trong hợp ngữ . Hợp ngữ dùng lệnh định hớng của hợp ngữ hay dụng cụ
21
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
lập trình để tạo nên đoạn và các gía trị tơng ứng trong bộ chọn đoạn cũng nh
bộ mô tả đoạn
Cách sử dụng thanh ghi đoạn phụ thuộc vào mô hình bộ nhớ mà hệ thống
điều hành sử dụng. Nếu sử dụng mô hình bộ nhớ phẳng ( không phân đoạn ),
thanh ghi đoạn lu trữ bộ chọn đoạn trỏ lên những đoạn chồng lên nhau. Mỗi
đoạn đều bắt đầu từ địa chỉ số 0 của không gian địa chỉ tuyến tính. Thông th-
ờng có hai đoạn chồng lên nhau: một đoạn cho mã lệnh, một đoạn cho dữ
liệu và ngăn xếp. Thanh ghi CS trỏ đến đoạn mã lệnh các thanh ghi đoạn
khác trỏ đến đoạn dữ liệu.
Các thanh ghi đoạn
Các thanh ghi đoạn trong mô hình nhớ phẳng
22

Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
Nếu sử dụng mô hình bộ nhớ phân đoạn, mỗi thanh ghi đoạn chứa một
bộ chọn đoạn trỏ tới các đoạn khác nhau trong không gian địa chỉ tuyến tính.
Chơng trình có thể truy nhập đồng thời 6 đoạn khác nhau. Mỗi thanh ghi đều
liên hệ trực tiếp với ba loại nhớ : mã lệnh, dữ liệu và ngăn xếp. ví dụ : thanh
ghi CS chứa bộ chọn đoạn mã lệnh. Bộ xử lý lấy lệnh từ đoạn mã lệnh bằng
địa chỉ đoạn trong CS và con trỏ lệnh trong EIP. Thanh ghi EIP chứa địa chỉ
tuyến tính của tới cần đợc thực hiện trong đoạn mã lệnh. Chơng trình ứng
dụng bên ngoài không thể thay đổi đợc thanh ghi CS. Chỉ các phép lệnh điều
khiển chơng trình bên trong bộ vi xử lý mới thay đổi đợc giá trị của CS( nh
gọi tiểu trình, phục vụ ngắt thay đổi nhiệm vụ

Cách sử dụng thanh ghi đoạn trong mô hình bộ nhớ phân đoạn
23
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
Các thanh ghi DS , ES, FS, GS chứa bộ chọn đoạn trỏ đến 4 bộ mô tả
đoạn dữ liệu. Bốn đoạn dữ liệu riêng rẽ này đảm bảo an toàn truy nhập an
toàn vào các dạng cấu trúc dữ liệu khác nhau
Thanh ghi SS chứa bộ chọn đoạn ngăn xếp. Khác với thanh ghi CS
thanh ghi SS có thể đợc ghi từ bên ngoài bởi chơng trình ứng dụng. Điều này
cho phép chơng trình dùng nhiều ngăn xếp khác nhau. Bốn thanh ghi đoạn
CS, DS, SS, ES, có từ đời 8086. Hai thanh ghi FS và GS bắt đầu xuất hiện ở
80386
Thanh ghi trạng thái SR và thanh ghi đếm chơng trình : cũng nh
đợc nâng lên 32 bit gồm 16 bit thấp nh trong 286 và 16 bit cao. Thanh ghi
trạng thái để quản lý trạng thái của hệ thống nó chứa các thông tin trạng thái
của CPU
Có hai thông tin trạng thái chính :
- Trạng thái 0
- Trạng thái 1

Gồm có các thanh ghi cờ. Mỗi bit cờ phản ánh trạng thái làm việc của
CPU. Cờ trạng thái (bit 0,2,4,6,7,11) trong thanh ghi EFLAGS đợc dùng để
ghi lại trạng thái kết quả của các lệnh số học nh : ADD, SUB, MUL,DIV
- IF( interrupt flag): cờ ngắt: nếu IF=1 thì CPU cho phép ngắt ngợc lại
IF=0 thì CPU cấm ngắt
- CF( carry flag) : cờ nhớ : nếu kết quả phép tính có nhớ thì CF=1
- SF(Sign flag) :cờ dấu : nếu kết quả phép tính là số âm thì SF=1
- OF(overflow flag): cờ tràn: nếu kết quả là số bù 2 vợt quá giới hạn
biểu diễn dành cho nó thì OF=1. Cờ này đánh dấu trạng thái tràn của phép
toán số học có dấu
- PF(parity flag) cờ chẵn lẻ: đợc đặt về 1 khi số 1 trong byte thấp nhất
của kết quả là số chẵn
- AF( adjust flag) cờ chỉnh: đợc đặt về 1 khi phép toán gây ra nhớ hoặc
mợn tại bít 3 của kết quả. Cờ này đợc sử dụng trong phép toán số học với mã
BCD
- ZF(zero flag ) cờ không: đợc đặt về 1 khi kết quả bằng 0
24
Bi tp ln nhúm 5 mụn Kin trỳc mỏy tớnh lp K thut phn mm 2 Khúa 6
Trong các cờ trên chỉ có cờ CF là có thể gây ra trực tiếp bằng các lệnh
STC,CLC,CMC. Những lệnh thay đổi bit nh BT, BTS,BTR,BTC. Có thể
chuyển một bít nhất định về cờ CF. Các cờ trạng thái dành cho phép toán số
học có kết quả dới ba dạng dữ liệu khác nhau: số nguyên có dấu, số nguyên
không dấu, số nguyên BCD. Nếu kết quả là số nguyên không dấu thì cờ CF
đánh dấu trạng thái nhớ hoặc mợn. Nếu kết quả là số BCD thì cờ AF đánh
dấu nhớ hoặc mợn. Cờ SF ghi lại dấu của số nguyên có dấu. Cờ ZF đánh dấu
trạng thái bằng 0 của số nguyên có và không có dấu. Cờ CF đợc dùng để
cộng thêm hay trừ đi khi dùng lệnh ADC(cộng với số nhớ) hay lệnh SBB( trừ
với số mợn ) để tiến hành phép toán số học chính xác. Các lệnh nhảy có điều
kiện Jcc, đặt byte có điều kiện SETcc quay vòng có điều kiện LOOPcc và
dịch chuyển có điều kiện CMOVcc ( cc là mã điều kiện ) dùng một hay

nhiều cờ trạng thái để rẽ nhánh đặt byte hay quay vòng
Các thanh ghi gỡ rối (DR0-DR7) và kiểm tra (TR0-TR1):
Bộ vi xử lý có nhiều lệnh dùng để kiểm tra quyền truy nhập bộ chọn đoạn
và bộ mô tả đoạn. Những lệnh này lặp lại việc kiểm tra quyền truy nhập mà
bộ vi xử lý tiến hành tự động. Chúng cho phép hệ điều hành và các chơng
trình ở mức u tiên 0 ngăn không cho ngoại lệ xảy ra:
- ARPL: chỉnh mức u tiên đợc yêu cầu RPL của bộ chọn đoạn cho thích
hợp với mức u tiên của các chơng trình dùng đoạn đó
- LAR: chứng nhận khả năng truy nhập vào một đoạn và nạp quyền truy
nhập từ bộ mô tả đoạn về một thanh ghi đa chức năng. Chơng trình ứng dụng
sau đó có thể kiểm tra quyền truy nhập đoạn trực tiếp từ thanh ghi đa chức
năng
- LSL: chứng nhận khả năng truy nhập vào một đoạn và kích thớc đoạn từ
bộ mô tả đoạn về một thanh ghi đa chức năng. Chơng trình ứng dụng sau đó
có thể so sánh kích thớc đoạn với địa chỉ lệch để bíêt địa chỉ có nằm bên
trong đoạn hay không
- VERR và VERW: kiểm tra khả năng ghi lên hay đọc từ một đoạn bộ
nhớ
Thanh ghi quản lý bộ nhớ : thanh ghi GDTR,LDTR,IDTR,TR có chức
năng giống nh trong 286 chỉ khác ở chỗ: địa chỉ cơ sở 32 bit và giá trị giới
hạn là 20 bit. Bốn thanh ghi trên đợc dùng để xác định vị trí của các bảng
25