Bên trong kiến trúc Core của Intel (Phần 1)

Bên trong kiến trúc Core của Intel (Phần 1)Kiến trúc Core của Intel đã xuất hiện vào năm 2006, đây là kiến trúc được sử dụng trên tất cả các CPU mới vào thời điểm này của Intel như Merom, Conroe và Woodcrest. Kiến trúc mới này được xây dựng trên kiến trúc của Pentium M và có thêm một số tính năng mới. Trong hướng dẫn này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về kiến trúc Core này của Intel nhằm trang bị thêm cho các bạn một số kiến thức về phần cứng máy tính.Thứ đầu...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bên trong kiến trúc Core của Intel (Phần 1) Bên trong kiến trúc Core của Intel (Phần 1)Kiến trúc Core của Intel đã xuất hiện vào năm 2006, đây là kiến trúcđược sử dụng trên tất cả các CPU mới vào thời điểm này của Intel nhưMerom, Conroe và Woodcrest. Kiến trúc mới này được xây dựng trênkiến trúc của Pentium M và có thêm một số tính năng mới. Tronghướng dẫn này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về kiến trúc Core nàycủa Intel nhằm trang bị thêm cho các bạn một số kiến thức về phầncứng máy tính.Thứ đầu tiên mà bạn cần phải lưu ý đó là phần tên, kiến trúc Core không cóliên quan gì với các CPU Core Solo và Core Duo của Intel. Core Single làmột CPU Pentium M được sản xuất ở công nghệ 65 nm, còn các CPU CoreDuo – trước đây được gọi là Yonah – là loại CPU dual-core công nghệ 65nm dựa trên kiến trúc của Pentium M.Pentium M được xây dựng trên kiến trúc thế hệ thứ 6 của Intel, kiến trúc nàycũng được sử dụng trong các CPU Pentium Pro, Pentium II, Pentium III vàcác CPU trước đây của Celeron chứ không phải trên Pentium 4 như bạn vẫnnghĩ, ý tưởng ban đầu được nhắm đến các máy tính di động. Nếu bạn có thểnghĩ Pentium M là một Pentium III nâng cao thì cũng có thể nghĩ kiến trúcCore là một Pentium M nâng cao.Tuy vậy để có thể đọc được hướng dẫn này bạn cần phải đọc hai hướng dẫnkhác mà chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn đó là Tìm hiểu cách làm việccủa CPU và Bên trong kiến trúc Pentium M. Hướng dẫn đầu tiên chúngtôi giới thiệu một cách cơ bản về cách làm việc của CPU còn trên hướng dẫnthứ hai là giới thiệu về cách Pentium M làm việc như thế nào. Trong hướngdẫn này chúng tôi thừa nhận rằng bạn đã có những kiến thức ở trong cả haihướng dẫn trên. Cũng rất tốt với các bạn đã có kiến thức am hiểu nữa vềkiến trúc Pentium 4, vì các bạn có thể so sánh giữa hai kiến trúc với nhaunhằm hiểu sâu hơn về hai kiểu kiến trúc này.Kiến trúc Core sử dụng cấu trúc 14 tầng. Cấu trúc này là một danh sách tấtcả các tầng mà một chỉ lệnh được cho phải trải qua khi thực thi hoàn tất.Intel đã không tiết lộ cấu trúc của Pentium M và chính vì vậy cho tới nay họvẫn chưa công bố những chỉ dẫn của mỗi tầng trong kiến trúc Core. Do đóchúng tôi cũng không thể cung cấp nhiều thông tin chi tiết hơn. Pentium IIIđã sử dụng cấu trúc 11 tầng, Pentium 4 ban đầu có 20 tầng và các CPUPentium 4 mới hơn dựa trên lõi “Prescott” được biết có đến 31 tầng.Bây giờ chúng ta hãy nói về một số điểm khác trong kiến trúc Core củaPentium M.Cache nhớ và khối tìm nạpHãy nhớ rằng Cache nhớ là bộ nhớ tốc độ cao (SRAM) được nhúng vào bêntrong CPU, sử dụng để lưu dữ liệu mà CPU có thể cần đến. Nếu dữ liệuđược yêu cầu bởi CPU không có trong Cache nhớ thì nó sẽ phải truy cập vàobộ nhớ RAM chính, điều này sẽ làm giảm tốc độ của CPU vì bộ nhớ RAMđược truy vập bằng sử dụng tốc độ clock ngoài của CPU. Ví dụ, trên mộtCPU 3,2GHz, Cache nhớ được truy cập ở tốc độ 3,2GHz nhưng bộ nhớRAM chính chỉ được truy cập ở tốc độ clock 800MHz.Kiến trúc Core được tạo bằng việc có khái niệm multi-core, nghĩa là cónhiều chip trên một đóng gói. Trên Pentium D, phiên bản dual-core củaPentium 4, mỗi core đều có Cache nhớ L2 của riêng nó. Vấn đề với haiCache riêng ở đây là tại một thời điểm nào đó khi một lõi này sử dụng hếtCache nhớ trong khi lõi kia lại không sử dụng hết hiệu suất trên Cache nhớL2 của riêng nó. Khi xảy ra điều này thì lõi đầu tiên phải truy cập và lấy dữliệu từ bộ nhớ RAM chính, thậm chí Cache nhớ L2 của lõi thứ hai là hoàntoàn trống rỗng mà lẽ ra có thể được sử dụng để lưu dữ liệu, tránh tình trạnglõi phải truy cập trực tiếp vào bộ nhớ RAM chính.Đối với kiến trúc Core, vấn đề này đã được giải quyết. Cache nhớ L2 đượcchia sẻ, có nghĩa là cả hai lõi đều có thể sử dụng Cache nhớ L2 một cáchchung nhau, cấu hình động sẽ được thực hiện cho mỗi Cache. Ví dụ với mộtCPU có 2 MB L2 cache, một lõi có thể đang sử dụng 1,5MB còn lõi kia sửdụng 512 KB (0.5 MB), ngược lại với tỷ lệ chia cố định 50-50 như đã đượcsử dụng trước đây trong các CPU dual-core.Khối tiền tìm nạp được chia sẻ giữa các lõi, nghĩa là nếu hệ thống Cache nhớđã nạp một khối dữ liệu để được sử dụng bởi lõi đầu tiên thì lõi thứ hai cũngcó thể sử dụng dữ liệu đã được nạp trên Cache này rồi. Trong các kiến trúctrước, nếu lõi thứ hai cần dữ liệu giống như dữ liệu đã được nạp vào Cachecủa lõi đầu tiên thì nó vẫn phải truy cập thông qua bus ngoài (điều đó khiếnCPU làm việc ở tốc độ clock ngoài, có tốc độ clock thấp hơn tốc độ clocktrong) hoặc thậm chí lấy dữ liệu cần thiết trực tiếp từ bộ nhớ RAM của hệthống.Intel cũng đã cải thiện khối tiền tìm nạp của CPU, đưa ra các mẫu theo cáchmà CPU hiện đang lấy dữ liệu từ bộ nhớ để đoán thử dữ liệu mà CPU sẽ tìmnạp tiếp theo là gì và nạp nó vào Cache nhớ trước khi CPU yêu cầu. Ví dụ,nếu CPU đã nạp dữ liệu từ địa chỉ 1, sau đó yêu cầu dữ liệu trên địa chỉ 3 vàsau đó yêu cầu tiếp dữ liệu trên địa chỉ 5 thì khối tiền tìm nạp sẽ đoán rằngchương trình sẽ nạp dữ liệu từ địa ...