Bài giảng Kiến trúc và tổ chức máy tính: Chương 3 - ThS. Trần Quang Hải Bằng

Bài giảng Kiến trúc và tổ chức máy tính - Chương 3: Bộ xử lý trung tâm. Nội dung chương này gồm có: Nhiệm vụ và cấu trúc cơ bản của CPU, hoạt động của CPU, kiến trúc các bộ xử lý tiên tiến. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc và tổ chức máy tính: Chương 3 - ThS. Trần Quang Hải Bằng KIẾN TRÚC VÀ TỔ CHỨC MÁY TÍNH (Computer Organization and Architecture) Chương 3 Bộ xử lý trung tâm bangtqh@utc2.edu.vn Nội dung 1. Nhiệm vụ và cấu trúc cơ bản của CPU – Nhiệm vụ của CPU – Cấu trúc cơ bản của CPU 2. Hoạt động của CPU 3. Kiến trúc các bộ xử lý tiên tiến bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 2 3.1. Nhiệm vụ - Cấu trúc cơ bản của CPU Mô hình máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 3 Các mô hình máy tính Mô hình Havard – Lệnh và dữ liệu được lưu trữ trên hệ thống nhớ riêng biệt Mô hình Von-Newmann – Lệnh và dữ liệu được lưu trữ trên cùng một hệ thống nhớ là mô hình của máy tính cá nhân hiện nay bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 4 CPU họ Intel 8080 – Bộ xử lý đa năng đầu tiên – Đường dẫn dữ liệu 8 bit – Được dùng như là một PC đầu tiên 8086 – Có khả năng cao hơn – 16 bit – Có cache lệnh, nhận trước được ít lệnh – 8088 (bus mở rộng 8 bit), được dùng lần đầu ở máy IBM PC 80286 – Bộ nhớ RAM: 1M – Có thể quản lý được bộ nhớ đến 16MB bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 5 CPU họ Intel 80386 – 32 bit – Hỗ trợ đa nhiệm 80486 – Chứa cache và pipeline lệnh phức tạp – Thêm bộ đồng xử lý toán học Petium – Siêu vô hướng – Nhiều lệnh thực hiện song song Pentium Pro – Tăng tổ chức siêu vô hướng – Chức năng các thanh ghi linh hoạt – Tiên đoán rẽ nhánh – Phân tích luồng dữ liệu – Thực hiện suy đoán (speculative execution) bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 6 CPU họ Intel Pentium II – Công nghệ MMX (MultiMedia eXtension) – Xử lý đồ họa, âm thanh, hình ảnh tốt Pentium III – Thêm các lệnh dấu chấm động cho đồ họa 3D Pentium !V – Chú ý tới các số ả Rập hơn các số La Mã – Tăng cường xử lý multimedia và dấu chấm động hơn. Itanium – 64 bit – Nhận trước lệnh động, có thể pipeline bằng phần mềm – ..... bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 7 Sự phát triển của BXL họ Intel Year Chip L Transistors Clock rate MIPS 1971 4004 10µm 2.3K 740kHz 0.07 1972 8008 10µm 3.5K 500kHz 0.05 1974 8080 6µm 4.5K 2MHz 0.29 1978 8086 3µm 29K 5/8/10 MHz 0.33/0.66/0.75 1979 8088 3µm 29K 4.7/8 MHz 0.33/0.66 1982 80286 1.5µm 134K 6/8/16MHz 1.5 1985 80386 1µm 275K 33 9.9 1989 80486 0.8µm 1.2M 50MHz 41 1993 Pentium ® 0.6µm 3.1M 66MHz 126.5 1995 Pentium ® Pro 0.35µm 5.5M 200MHz 200 1998 Pentium ® !! 0.25µm 7.5M 333MHz >300 1998 Pentium 2 Xeon 0.25µm 7.5M 400MHz 400 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 8 Sự phát triển của BXL họ Intel Year Chip L Transistors Clock rate MIPS 1999 Pentium ® !!! 0.25µm 9.9M 500MHz >500 2000 Pentium ® !V 0.18µm 42M 1.5GHz 1.5K 2002 P4 Northwood 0.13µm 55M 2.4GHz 6.5K-10K 2003 Itanium ® 2 0.13µm 410M 3.0GHz 9.726K 2008 Core i3 32nm 3.33GHz 2009 Core i5 32nm 3.6GHz 2011- Core i7 32nm 4GHz nay bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 9 Minh họa một số CPU của intel Intel 8088 Intel 4004 - 1970s (LSI Microprocessor) (First Microprocessor) bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 10 Minh họa một số CPU của intel Pentium® III PowerPC 7400 (G4) 28M transistors / 733MHz-1Gz / 13-26W 6.5M transistors / 450MHz / 8-10W L=0.25µm shrunk to L=0.18µm L=0.15µm bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ xử lý trung tâm 11 Minh họa một số CPU của intel Co l¹i Pentium® 4 Pentium® 4 “Northwood” 42M transistors / 1.3-1.8GHz / 49-55W 55M transistors / 2-2.5GHz L=0.18µm L=0.13µm Area=131mm2 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 3 - Bộ12xử lý trung tâm Chức năng của CPU Chức năng – Điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống – Xử lý dữ liệu Nguyên tắc hoạt động – BXL hoạt động dựa theo chương trình nằm sẵn trong bộ nhớ Cấu trúc cơ bản – Khối điều khiển (Control Unit - CU) – Khối số h ...