Bên trong vi cấu trúc Intel Nehalem (phần 3)

Vi cấu trúc Core cũng thêm Loop Stream Detector ( LSD ) , về cơ bản nó là bộ nhớ Cache chứa 18 lệnh nằm ở giữa Bộ phận Lấy dữ liệu ( Fetch ) và Bộ phận Giải mã ( Decode ) từ CPU.Khi CPU đang chạy vòng lặp ( Loop – là một phần của chương trình được lặp đi lặp lại vài lần ) , CPU không cần lấy những lệnh yêu cầu một lần nữa từ Bộ nhớ Cache lệnh L1 : chúng đã sẵn sàng gần bộ phận Decode . Trên thực tế khi ấy...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bên trong vi cấu trúc Intel Nehalem (phần 3) Bên trong vi cấu trúc Intel Nehalem (phần 3) Vi cấu trúc Core cũng thêm Loop Stream Detector ( LSD ) , về cơ bản nó là bộ nhớ Cache chứa 18 lệnh nằm ở giữa Bộ phận Lấy dữ liệu ( Fetch ) và Bộ phận Giải mã ( Decode ) từ CPU. Khi CPU đang chạy vòng lặp ( Loop – là một phần của chương trình được lặp đi lặp lại vài lần ) , CPU không cần lấy nhữnglệnh yêu cầu một lần nữa từ Bộ nhớ Cache lệnh L1 : chúng đã sẵn sàng gần bộ phận Decode .Trên thực tế khi ấy CPU sẽ tắt Bộ phận Fetch và Dự đoán rẽ nhánh để tiết kiệm năng lượng .Với những bộ vi xử lí dựa vào Nehalem thì LSD được chuyển tới phái sau Bộ phận Decode . Dovạy thay vì giữ những lệnh x86 như trong những CPU Core 2 thì nó sẽ giữ những lệnh Micro-Ops ( 28 lệnh như vậy ) . Như vậy hiệu suất làm việc được cải tiến , bởi vì khi CPU đang chạyvòng lặp : chúng đã được giải mã rồi và những lệnh đó nằm bên trong LSD . Như vậy CPU giờđây khi chạy vòng lặp nó có thể tắt thêm cả Bộ phận Decode bên cạnh Fetch và Bộ phận dự đoánrẽ nhánh và điều đó sẽ tiết kiệm điện năng hơn nữa . Hình 6 : Vị trí của LSD trong những CPU Core và NehalemCấu trúc Nehalem thêm một cổng Gửi dữ liệu ( Dispatch ) phụ và bây giờ có 12 Bộ phận thựhiện lệnh ( Execution Unit ) , xem hình dưới . Với những CPU dựa vào cấu trúc này có thể cónhiều Vi lệnh được thực hiện cùng một lúc hơn so với những CPU trước kia . Hình 7 : Những cổng Dispatch và những Bộ phận thực hiện lệnh ( Execution Unit )Vi cấu trúc Nehalem cũng thêm hai bộ đệm phụ : TLB ( Translation Look-aside Buffer) thứhai với 512-Entry và BTB ( Brach Target Buffer ) thứ hai . Việc tăng bộ đệm này khiến chohiệu suất làm việc của CPU tăng lên .TLB là bảng dùng để chuyển đổi giữa Địa chỉ Vật lí và những Địa chỉ Ảo bằng Mạch điện bộnhớ Ảo . Bộ nhớ Ảo là kỹ thuật mà CPU mô phỏng nhiều bộ nhớ RAM thành những File nằmtrên ổ cứng ( hay còn gọi là Swap File ) để cho phép máy tính tiếp tục hoạt động ngay cả khikhông có đủ bộ nhớ RAM . Trong trường hợp không đủ bộ nhớ RAM để lưu trữ , dữ liệu sẽđược lưu trữ tạm thời trên ổ cứng nên nó được mô phỏng như là bộ nhớ RAM để sử dụng .Dự đoán Rẽ nhánh ( Branch Prediction ) là mạch điện mà có nhiệm vụ cố gắng phỏng đoánnhững bước tiếp theo của chương trình theo hướng tiến về phía trước , tải vào bên trong CPUnhững lệnh mà nó nghĩ rằng CPU sẽ tải theo bước tiếp theo . Nếu việc phỏng đoán là chính xácthì CPU sẽ không mất thời gian lãng phí để tải những lệnh này từ bộ nhớ vì chúng đã nằm bêntrong CPU . Việc tăng kích thước ( hoặc thêm Bộ đệm thứ hai , trong những CPU Nehalem ) củaBTB cho phép mạch điện này tải nhiều lệnh hơn và điều đó tăng việc phỏng đoán những bướctiến hành tiếp theo của CPU hơn và cũng đồng nghĩa với việc cải thiện hiệu suất làm việc củaCPU .Cải tiến Quản lí công suấtNhững Transistor bên trong CPU làm việc như một cái Công tắc ( Switch ) với hai trạng thái • Dẫn điện , khi ấy nó làm việc như là Công tắc được đóng để cho phép dòng điện đi qua • Không dẫn điện , Công tắc mở không cho phép dòng điện đi qua .Có một vấn đề đó là khi Switch làm việc ở trạng thái Không dẫn điện , theo lí thuyết chúng sẽkhông cho phép bất kì dòng điện nào đi qua , nhưng thực tế vẫn còn có dòng diện có cường độnhỏ đi qua . Dòng điện này gọi là hiện tượng dò điện và nếu cộng tất cả những dòng điện dò nàylại thì sẽ có một kết quả khá lớn và như vậy sẽ gây lãng phí điện năng vào tạo ra những nhiệtlượng không cần thiết . Một trông những thchs thức trong thiết kế CPU hiện nay đó là cố gắngloại trừ dòng điện dò .Nehalem có Bộ phận điều khiển năng lượng PCU ( Power Control Unit ) bên trong để quản línăng lượng tốt hơn ( xem Hình 8 ) . Bộ phận này làm giảm lượng điện dò và cũng cho phép“Turbo Mode” mới . Về cơ bản CPU có thể cung cấp những điện áp và tần số làm việc khácnhau cho mỗi lõi , cho những Bộ phận bên ngoài lõi , cho Bộ phận điều khiển bộ nhớ , cho bộnhớ Cache và cho những Bộ phận I/O .Những CPU trước kia của Intel , tất cả lõi phải chạy cùng một tốc độ xung nhịp nhưng trongNehalem mõi lõi có thể được lập trình để chạy những tốc độ xung nhịp khác nhau để tiết kiệmnăng lượng . Hình 8 : Bộ phận điều khiển năng lượng - PCUVì tích hợp PCU nên bây giờ nó có thể tắt bất kì lõi nào bên trong CPU , đó là một đặc điểm mànhững CPU Core 2 không làm được . Như vậy trong thực tế bây giờ CPU có thể cho bất kì lõinào thành trạng thái nguồn C6 ( “Deep Power Down” ) mà không cần phụ thuộc vào những lõikhác . Như vậy điều đó sẽ cho phép tiết kiệm năng lượng khi đang chạy PC trong khi đó mộthoặc nhiều lõi được nghỉ thậm trí là tắt hẳn nguồn . ...