Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu về vi xử lý Intel Aton N550
MỤC LỤC 1. MỞ ĐẦU 2 2. GIỚI THIỆU CHUNG 2 3. KIẾN TRÚC 4 3.1. Đặc điểm cấu trúc của vi xử lý 4 3.2. Các khối chính. 5 3.2.1. ALU 6 3.2.2. Memory Cache 7 3.2.3. Pipeline 9 4. KIẾN TRÚC TẬP LỆNH 10 4.1. Kiến trúc Intel 64 10 4.1.1. Các đặc trưng 10 4.1.2. Định dạng lệnh 11 4.2. Các tập lệnh SIMD (Single Instruction,Multiple Data) hỗ trợ Intel Atom N550. 12 4.2.1. SSE2 12 4.2.2. SSE3 14 4.2.3. SSSE3 (Supplemental Streaming SIMD Extensions 3) 15 4.3. Kiến trúc tập lệnh Intel64 16 4.3.1. Tập lệnh 16 4.3.2. Kiến trúc tập lệnh IA 64 20 5. CÔNG NGHỆ MỚI 25 5.1. Các công nghệ mới của chip Intel Atom N550 25 5.2. Một vài điểm về vi kiến trúc của chip Itel Atom 25 5.3. Công nghệ siêu phân luồng HyperThreading: (Intel HT Technology) 27 5.4. Enhanced Intel Speedstep® Technology (EIST) 27 5.5. Chế độ tiết kiệm điện năng 28 6. KẾT LUẬN 29 Kỹ thuật vi xử lý 2 1. MỞ ĐẦU Vào ngày 2 tháng 3 năm 2008, Intel thông báo ra đời vi xử lý mới (tên mã Silverthorne) để sử dụng trong các Máy tính cá nhân siêu di động/Thiết bị Internet di động (MID) sẽ thế chỗ Intel A100. Và cùng lúc đó Intel cũng ''hé lộ'' thông tin về một bộ xử lý mới cho nền tảng di động, dưới tên mã Diamondville, được cho là để cạnh tranh với bộ xử lý Geode x86 giá rẻ của đối thủ lâu năm AMD. Tuy vậy, bộ xử lý mới này được Intel (cố tình) bán với thương hiệu Atom. Silverthorne và Diamondville đều dựa trên vi kiến trúc giống nhau. Silverthorne sẽ được gọi là các xê-ri Atom Z và Diamondville là Atom N. Đắt và tiêu thụ điện ít hơn là Silverthorne sẽ được sử dụng trong các thiết bị MID còn Diamondville sẽ được sử dụng trong các máy xách tay và để bàn giá rẻ. 2. GIỚI THIỆU CHUNG Intel Atom là tên nhãn hiệu cho dòng CPU x86 của Intel, tên mã trước đó là bộ xử lý Silverthorne và Diamondville, thiết kế cho một tiến trình CMOS cỡ 45 nm dự định dùng cho máy tính siêu di động, điện thoại thông minh và các thiết bị bỏ túi cần tiêu thụ điện năng thấp. Intel® Atom™ - Bộ vi xử lý tí hon Intel® Atom™ có 47 triệu bóng bán dẫn dựa trên công nghệ 45nm High-K. Intel® Atom™ có kích thước cực nhỏ - 25 milimet vuông – 11 bộ vi xử lý tí hon Intel® Atom™ hợp lại với nhau mới lớn bằng đồng 1 xu USA (vui lòng nhìn hình dưới) - điều đặc biệt nhất là bộ vi xử lý tí hon Intel® Atom™ này có công suất tiêu thụ điện vào khoảng 2.4W – đây là khả năng tiết kiệm điện cực tốt (tiết kiệm hơn 90% lượng điện năng tiêu thụ). Kỹ thuật vi xử lý 3 Sự ra đời của Intel® Atom™ Processor N550 Thứ 2 ngày 23/8/2010, Intel đã phát hành chip Atom lõi kép N550 cải thiện ứng dụng và hiệu năng đồ họa cho netbook đồng thời kéo dài thời gian làm việc của pin. BXL Intel Atom N550 dual-core. Bộ xử lý (BXL) Atom N550 là một nâng cấp lớn từ những BXL trước đó trong dòng Atom mà chủ yếu bao gồm các chip đơn nhân. N550 là mẫu vi xử lý Intel Atom 2 nhân đầu tiên dành cho Netbook. Nó không chỉ mạnh hơn mà còn hỗ trợ những công nghệ mới, hỗ trợ tốt hơn cho các ứng dụng multimedia như game, video HD, cũng như công nghệ Adobe Flash để truy cập một số lượng lớn các trang Web nội dung đa phương tiện. Intel Atom N550 có tốc độ 1,5GHz, 2 nhân, 4 luồng (nhờ công nghệ HT-Hyper Threading), bộ nhớ Cache 1MB, công nghệ xuất nguyên khối 45nm với GPU GMA 3150 tích hợp ngay trên nhân xử lý, có tốc độ xử lý đồ họa 200MHz. Đây cũng là vi xử lý Atom đầu tiên hỗ trợ bộ nhớ DDR3. Với mức tiêu thụ điện TDP tối đa chỉ 8,5W, dòng vi xử lý này cho thời gian sử dụng pin dài không kém là bao so với bộ vi xử lý đơn nhân Intel Atom N450. Với kiến trúc 2 nhân xử lý, N550 đã được giảm tốc độ từ 1,66MHz của N450 xuống còn 1,5GHz để giảm mức tiêu thụ điện. Ngoài ra, tuy mức Max TDP của N550 cao hơn 3W so với N450, nhưng hệ thống được bù lại với Kỹ thuật vi xử lý 4 việc sử dụng DDR3 vốn ít hao điện hơn DDR2. N550 hỗ trợ bộ lệnh 64- bit như của N450. Tuy nhiên đây không phải là BXL Atom lõi kép đầu tiên. Intel đã phát hành BXL Atom 330 và được dùng ở một số MTXT. Chip này dựa trên thiết kế bộ vi xử lý máy tính để bàn. 3. KIẾN TRÚC 3.1. Đặc điểm cấu trúc của vi xử lý Sản xuất theo công nghệ 45nm. Hỗ trợ NX bit và tập lệnh SSE2, SSE3, SSSE3.(NX bit là không thực thi, là một công nghệ sử dụng CPU để phân biệt các khu vực bộ nhớ để lưu trữ lệnh và dữ liệu) Kênh dữ liệu nội 128-bit (Digital Media Boost): o 2 cổng được dùng để phân phối các lệnh SIMD (Single Information, Multiple Data) tới đơn vị xử lý. o Một chu kì đơn cho phép dòng lệnh SIMD nhiều nhất 128-bit integer. o Một chu kì, cho phép tính toán với những toán hạng có 6 số sau dấu phẩy động. Atom có pipeline 16 bước. Có trang bị công nghệ siêu phân luồng HyperThreading :(Intel HT Technology): Công nghệ Enhanced Speed Step : Nhiều mức điện áp và xung nhịp vận hành mang lại hiệu suất hoạt động tối ưu ở mức tiêu thụ điện năng thấp nhất, cho phép hiệu suất hoạt động phù hợp nhất với mỗi nhu cầu ứng dụng. Tính năng nạp dữ liệu (Enhanced Data Prefetcher) và quản lý Enhanced Register Access Manager: Dự đoán những dữ liệu mà bộ vi xử lý có thể cần đến và lưu trữ các thông tin đó trong bộ nhớ đệm L2 của bộ vi xử lý, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động do bộ vi xử lý không phải chờ lâu khi nạp các dữ liệu. Bộ nhớ đệm thông minh - Intel Smart Cache: Bộ nhớ đệm và kênh truyền hệ thống được thiết kế cho việc chia sẻ dữ liệu hiệu quả, mang lại hiệu suất hoạt động, tính nhạy bén, và khả năng tiết kiệm điện năng tốt hơn. Kỹ thuật vi xử lý 5 o Cache L2 là 512KB với 8 cổng liên kết. o Tối ưu môi trường thực thi cho xử lý đơn luồng và đa luồng. o 256 bit dữ liệu trong giữa L1 và L2 làm tăng băng thông. Hỗ trợ kiến trúc Intel 64 bit. Tiêu tốn cực kì ít điện với TDP (Thermal Design Power) chỉ có 8.5W. Advanced Micro-Ops Execution: o Một dòng lệnh được thực thi bằng cách giải mã các lệnh, bao gồm các lệnh chỉ với thanh ghi, nạp và lưu trữ. o Pipeline 16 bước, tối ưu hiệu suất và giảm điện năng tiêu thụ. o 2 đường ống(pipelines) được dùng để giải mã, xuất ra, thực hiện và dừng. Mỗi chu kì có thể thực hiện cùng lúc 2 lệnh. o Nâng cao bộ nhớ stack để thực thi được nhiều hơn các chức năng vào/ra. Efficient Memory Access (Hiệu suất truy cập bộ nhớ). o Thông tin về phần cứng sẽ được nạp trước vào L1 và L2, việc nạp dữ liệu giống như 1 yêu cầu từ vi xử lý để giảm áp lực cho cache. 3.2. Các khối chính. Sơ đồ cơ bản của 1 CPU Kỹ thuật vi xử lý 6 Kiến trúc máy tính Atom đã từ 3 chip trước đây (bên trái) giờ thành 2 chip. 3.2.1. ALU Atom được trang bị 2 khối ALU (khối tính toán) và 2 khối FPU (dùng tính toán các phép tính với dấu phẩy động). Khối ALU thứ nhất quản lý các phép dịch và khối thứ 2 quản lý các phép nhảy (jump). Tất cả các phép tính cộng và nhân được chuyển tới FPU ( ngoại trừ với các số nguyên). Khối FPU thứ nhất dùng tính các phép cộng, trong khi khối thứ 2 quản lý các lệnh SIMD và các phép nhân/chia. Kỹ thuật vi xử lý 7 3.2.2. Memory Cache Memory Cache là một kiểu bộ nhớ hiệu suất cao, cũng được gọi là bộ nhớ tĩnh. Kiểu bộ nhớ đã sử dụng trên bộ nhớ RAM chính của máy tính được gọi là bộ nhớ động. Bộ nhớ tĩnh tiêu tốn nhiều năng lượng điện hơn, đắt hơn và có kích thước vật lý lớn hơn so với bộ nhớ động, tuy nhiên nó lại chạy nhanh hơn. Nó có thể làm việc với cùng tốc độ clock của CPU, điều mà bộ nhớ động không thể thực hiện được. Vào “thế giới bên ngoài” để tìm nạp dữ liệu làm cho CPU phải làm việc ở tốc độ clock thấp hơn do vậy mà kỹ thuật cache nhớ được sử dụng ở đây để khắc phục nhược điểm này. Khi CPU nạp dữ liệu từ một vị trí nhớ nào đó thì mạch có tên gọi là memory cache controller nạp vào cache nhớ một khối dữ liệu bên dưới vị trí hiện hành mà CPU đã nạp. Vì các chương trình được thực hiện theo thứ tự nên vị trí nhớ Kỹ thuật vi xử lý 8 tiếp theo mà CPU sẽ yêu cầu có thể là vị trí ngay dưới vị trí nhớ mà nó đã nạp. Do memory cache controller đã nạp rất nhiều dữ liệu dưới vị trí nhớ đầu tiên được đọc bởi CPU nên dữ liệu kế tiếp sẽ ở bên trong cache nhớ, chính vì vậy CPU không cần phải thực hiện thao tác lấy dữ liệu bên ngoài: nó đã được nạp vào bên trong cache nhớ nhúng trong CPU, chính vì nhúng trong CPU mà chúng có thể truy cập bằng tốc độ clock trong. Cache controller luôn luôn quan sát các vị trí nhớ đã và đang được nạp dữ liệu từ một vài vị trí nhớ sau khi vị trí nhớ vừa được đọc. Một ví dụ thực tế, nếu một CPU đã nạp dữ liệu được lưu tại địa chỉ 1.000 thì cache controller sẽ nạp dữ liệu từ “n” địa chỉ sau địa chỉ 1.000. Số “n” được gọi là trang; nếu một bộ vi xử lý này làm việc với 4KB trang (giá trị điển hình) thì nó sẽ nạp dữ liệu từ các địa chỉ 4.096 dưới vị trí nhớ hiện hành đang được nạp (địa chỉ 1.000 trong ví dụ). 1KB bằng 1.024 byte, do đó là 4,096 chứ không phải 4,000. Memory cache controller làm việc như thế nào? Memory cache càng lớn thì cơ hội cho dữ liệu yêu cầu bởi CPU ở đây càng cao, chính vì vậy CPU sẽ giảm sự truy cập trực tiếp vào bộ nhớ RAM, do đó hiệu suất hệ thống tăng (hãy nên nhớ rằng khi CPU cần truy cập trực tiếp vào bộ nhớ RAM thì nó phải thực hiện ở tốc độ clock thấp hơn nên giảm hiệu suất của toàn hệ thống). Kỹ thuật vi xử lý 9 Chúng ta gọi là “hit” khi CPU nạp một dữ liệu yêu cầu từ cache và “miss” nếu dữ liệu yêu cầu không có ở đó và CPU cần phải truy cập vào bộ nhớ RAM của hệ thống. L1 và L2 tương ứng là “Level 1” và “Level 2”, được đại diện cho khoảng cách chúng cách lõi CPU (khối thực thi). Một sự ngờ vực hay có ở đây là tại sao có đến 3 bộ nhớ Cache (L1 data cache, L1 instruction cache và L2 cache). Hãy chú ý trên hình và bạn sẽ thấy được rằng L1 instruction cache làm việc như một “input cache”, trong khi đó L1 data cache làm việc như một “output cache”. L1 instruction cache – thường nhỏ hơn L2 cache – chỉ hiệu quả khi chương trình bắt đầu lặp lại một phần nhỏ của nó (loop), vì các chỉ lệnh yêu cầu sẽ gần hơn với khối tìm nạp. 3.2.3. Pipeline Atom có pipeline 16 bước, dài hơn so với các CPU Core 2 hiện nay. Điều này được thực hiện với một số lý do: Thứ nhất, điều này làm giảm điện năng tiêu thụ, làm giảm sự tỏa nhiệt không cần thiết. Với các bước nhiều hơn, xác suất có các thành phần nghỉ nhiều hơn so với các CPU có ít bước hơn, do vậy ta có thể tắt đi một số bước không thực sự cần thiết để tiết kiệm điện năng. Một ưu điểm khác trong pipeline dài hơn sẽ làm cho các vi kiến trúc có thể đạt được tốc độ đồng hồ cao hơn. Kết quả kiểm tra bằng CPU-Z Kỹ thuật vi xử lý 10 4. KIẾN TRÚC TẬP LỆNH Intel Atom N550 là bộ VXL 2 nhân hỗ trợ kiến trúc Intel 64 và các tập lệnh mở rộng MMX,SSE,SSE2,SS3,SSSE3 4.1. Kiến trúc Intel 64 Hỗ trợ 2 chế độ hoạt động:chế độ tương thích và chế độ 64bits cho phép HĐH 64-bit chạy các ứng dụng 32bits và 64bits. 4.1.1. Các đặc trưng Cơ chế xử lý song song là song song các lệnh mã máy (EPIC) thay vì các bộ xử lý song song như hệ thống đa bộ xử lý. Các lệnh dài hay rất dài (LIW hay VLIW). Các lệnh rẽ nhánh xác định (thay vì đoán các lệnh rẽ nhánh như trước). [...]... loại máy tính bảng kết hợp với netbook sử dụng vi xử lý Intel Atom N550 5.2 Một vài điểm về vi kiến trúc của chip Itel Atom Atom được xây dựng dựa trên toàn bộ vi kiến trúc mới, có những tập lệnh giống với những CPU dựa trên vi kiến trúc Core, giống như Core 2 Duo Điểm khác 25 Kỹ thuật vi xử lý biệt chính của vi kiến trúc được sử dụng trên Atom là nó xử lý những tập lệnh tuần tự (in-order), là cách... trong tươnglai Tuy nhiên, 29 Kỹ thuật vi xử lý đâu là những khác biệt giữa các bộ vi xử lý Atom, Snapdragon và Tegras có thể nhiều người chưa biết Atom của Intel: Được coi là ông vua của các bộ vi xử lý tiết kiệm điện và giá thấp, chip Atom của Intel hiện đang thống trị thị trường netbook Dựa trên cấu trúc x86, Atom có thể chạy trên tất cả các hệ điều hành Windows XP, Vista (mặc dù không tốt lắm) và Windows... 64bit và địa chỉ hoá bộ nhớ Vi xử lý IA-64 có bus địa chỉ 64 bit, cho phép định địa chỉ một không gian bộ nhớ tuyến tính lớn đến 16 Ebyte (Exabyte)l Cấu trúc số học đấu chấm trượt hiện đại đáp ứng được nhu cầu tính toán khoa học kỹ thuật với độ chính xác cao Vi xử lý 64 bit tương thích ngược với các mã lệnh của vi xử lý 32 bit trước Vi xử lý 64 bit cho phép mã lệnh của vi xử lý 32 bit chạy trên hệ điều... (Atom 2xx không hỗ trợ C4 và sẽ không có tính năng này) Một tính năng tiết kiệm điện khác của những vi xử lý Atom (chỉ có ở model N270) là công nghệ Intel Enhanced Speed Step Ngoài ra các vi xử lý Atom còn xử lý tập lệnh theo dạng in-order và nhiều phép toán trong một lệnh được gộp vào làm một và thực hiện trong một xung nhịp Vi c đó giúp cải thiện hiệu suất và tiết kiệm điện năng hơn 28 Kỹ thuật vi. .. thuật vi xử lý 5 CÔNG NGHỆ MỚI 5.1 Các công nghệ mới của chip Intel Atom N550 N550 có kiến trúc tương tự như N450, cũng có xử lý đa luồng và hỗ trợ tập lệnh 64-bit Tuy nhiên nó có 2 nhân, gấp đôi cache L2 (1MB) và hỗ trợ DDR3 Tốc độ core giảm từ 1.66GHz xuống còn 1.5GHz, để giảm bớt vi c tiêu thụ điện năng N550 không phải là chip Atom lõi kép đầu tiên mà Intel sản xuất Trước đây Intel chỉ sản xuất vi xử. .. Pentium Pro và Pentium II sử dụng phương pháp out-of-order Sự thay đổi này giúp các vi xử lý Atom tiết kiệm năng lượng hơn, vì những CPU xử lý lệnh theo phương pháp out-of-order cần thêm thành phần điều khiển vi c xử lý này Atom có thể xử lý 2 lệnh mỗi một xung nhịp hay nói cách khác giải mã 2 lệnh trongmột chu kì Bên cạnh đó, Atom có kênh dữ liệu 16 bước –dài hơn các CPU Core 2 Duo tuy nhiên lại tiết kiệm... thao tác Các kiểu thao tác o Chuyển dữ liệu o Xử lý số học với số nguyên o Xử lý logic o Điều khiển vào-ra o Chuyển điều khiển (rẽ nhánh) o Điều khiển hệ thống o Xử lý số dấu chấm động o Xử lý các dữ liệu chuyên dụng 4.3.1.1 Các lệnh chuyển dữ liệu MOVE: Copy dữ liệu từ nguồn đến đích LOAD: Nạp dữ liệu từ bộ nhớ đến bộ xử lý STORE: Cất dữ liệu từ bộ xử lý đến bộ nhớ EXCHANGE: Trao đổi nội dung của... thuật, vi xử lý IA-32 hỗ trợ công nghệ này với nhiều hơn 2 bộ xử lý lôgic, mỗi bộ xử lý lôgic chứa đầy đủ các thanh ghi dữ liệu, thanh ghi đoạn, thanh ghi điều khiển, thanh ghi gỡ rối, và nhiều MSRs khác Mỗi phần đều được lập trình điều khiển cho phép ngắt 5.4 Enhanced Intel Speedstep® Technology (EIST) Intel SpeedStep® Technology (EIST) là công nghệ đặc biệt của Intel được áp dụng cho các sản phẩm vi xử. .. lượng lớn các trang Web nội dung đa phương tiện như YouTube và Hulu Intel Atom N550 có tốc độ 1.5GHz, 2 nhân, 4 luồng, bộ nhớ Cache 1MB, sản xuất trên công nghệ 45nm và được tích hợp GMA 3150 ngay trên nhân xử lý, có tốc độ xử lý đồ họa 200MHz Hiện nay trên thị trường có hàng loạt Netbook sử dụng bộ vi xử lý hai nhân di động Intel Atom, do các nhà sản xuất Acer, ASUS, Fujitsu, Lenovo, LG, Samsung,... đắp 15 Kỹ thuật vi xử lý Bổ sung: Kiến trúc Intel6 4 o Các thanh ghi bên trong: 64 bit o Xử lý các phép toán sốnguyên với 64-bit o Xử lý các phép toán số dấu chấm động o Không tương thích phần cứng với các bộ xử lý trước đó o Tương thích phần mềm bằng cách giả lập môi trường Không gian địa chỉ o 64 bits không gian địa chỉ tuyến tính cho phần mềm o 40 bits không gian địa chỉ vật lý Hỗ trợ 2 chế . thụ điện năng thấp. Intel Atom - Bộ vi xử lý tí hon Intel Atom có 47 triệu bóng bán dẫn dựa trên công nghệ 45nm High-K. Intel Atom có kích thước. TRÚC TẬP LỆNH Intel Atom N550 là bộ VXL 2 nhân hỗ trợ kiến trúc Intel 64 và các tập lệnh mở rộng MMX,SSE,SSE2,SS3,SSSE3 4.1. Kiến trúc Intel 64 Hỗ trợ
