HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Giảng viên: TS Hoàng Xuân Dậu Điện thoại/E-mail: dauhx@ptit.edu.vn Bộ mơn: Khoa học máy tính - Khoa CNTT1 Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ năm học 2009-2010 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Hoàng Duy, Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý, Học viện CN BC-VT, 2010 Hồ Khánh Lâm, Kỹ thuật vi xử lý, Nhà xuất Bưu điện, 2005 Văn Thế Minh Kỹ thuật vi xử lý NXB Giáo dục 1999 Douglas V Hall Microprocessor and Interfacingprogramming and hardware, 2nd edition McGraw Hill 1997 Hari BalaKrishnan & Samel Madden The lecture notes on Computer Systems Engineering, Open Courses Ware Massachusets Institute of Technology www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC  Các điểm thành phần:     www.ptit.edu.vn Chuyên cần: 10% Kiểm tra: 10% Bài tập + thảo luận: 20% Thi cuối kỳ: 60% GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ NỘI DUNG Giới thiệu vi xử lý Hệ vi xử lý  Cấu trúc hệ vi xử lý  Kiến trúc von-Neuman harvard Các đặc điểm cấu trúc vi xử lý  Công suất vi xử lý  Các đặc tính nâng cao Lịch sử phát triển vi xử lý www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Giới thiệu vi xử lý  Vi xử lý (microprocessor):  Là vi mạch kiểu VLSI (Very Large Scale Integrated Circuit)  Có thể lập trình  Chức VXL:  Tính tốn  Vận chuyển liệu  VXL thực chức thông qua thực lệnh chương trình:  Thực phép toán: số học, logic, dịch, quay,…  Kết nối trao đổi liệu với thiết bị bên ngồi thơng qua cổng vào www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Giới thiệu vi xử lý Vi xử lý Intel 8086 (1978) Vi xử lý Intel Core Duo (2006) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Giới thiệu vi xử lý  Phân loại VXL dựa chức năng:  Vi xử lý đa chức (general-purpose microprocessors): • Chứa tất thành phần phục vụ tính tốn điều khiển • Khơng bao gồm nhớ cổng vào  Vi điều khiển (micro-controllers): • Chứa tất thành phần phục vụ tính tốn điều khiển • Có bao gồm nhớ cổng vào • Tất thành phần vi điều khiển tích hợp chíp đơn www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Giới thiệu vi xử lý  Thực lệnh vi xử lý:  Vi xử lý thực tác vụ dựa dẫn (instructions), hay gọi lệnh  Một tập hợp lệnh xếp theo trật tự > chương trình  Chương trình thường lưu ổ đĩa Chương trình nạp vào nhớ kích hoạt Vi xử lý đọc thực lệnh chương trình nhớ  Quá trình thực lệnh: • • • • www.ptit.edu.vn Đọc lệnh Giải mã lệnh Thực lệnh Lưu kết lệnh (nếu có) GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Giới thiệu vi xử lý  Bus:  Là tập đường dây dẫn để vi xử lý trao đổi liệu thông tin điều khiển với phận khác  Các loại bus: • Bus trong: liên kết phận vi xử lý • Bus ngoài: liên kết vi xử lý với phận khác máy tính  Nhịp đồng hồ (clock)  Xung nhịp đồng hồ tạo đồng hồ chuẩn sử dụng để: • Tạo nhịp hoạt động cho vi xử lý • Đồng hố hoạt động vi xử lý với phận khác www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Hệ vi xử lý: giới thiệu  Hệ VXL hệ thống có khả tính tốn, xử lý thơng tin điều khiển;  Hệ VXL có khả giao tiếp với giới bên ngoài:  Tiếp nhận thơng tin từ bên ngồi  Kết xuất thơng tin bên ngồi www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1976, Zilog cho đời chip vi xử lý Z80:  Độ dài từ xử lý: bit  Bus liệu bit, bus địa 16 bit (dùng chung với bus liệu)  Tần số làm việc 2.5, 4, 6, 10MHz; 40 chân www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 24 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1978, Intel cho đời chip vi xử lý 8086:  Độ dài từ xử lý: 16 bit  Bus liệu 16 bit, bus địa 20 bit (dùng chung với bus liệu)  Tần số làm việc 510MHz, 40 chân www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 25 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1982, Motorola cho đời chip vi xử lý MC68020:  Độ dài từ xử lý: 32 bit  Bus liệu 32 bit, bus địa 32 bit  Tần số làm việc 16.6733.33 MHz www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 26 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1982, Intel cho đời chip vi xử lý 80286:  Độ dài từ xử lý: 16 bit  Bus liệu 16 bit, bus địa 24 bit (dùng chung với bus liệu)  Bộ nhớ max: 16MB  Tần số làm việc 625MHz www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 27 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1985, Intel cho đời chip vi xử lý 80386:  Độ dài từ xử lý: 32 bit  Bus liệu 32 bit, bus địa 32 bit (dùng chung với bus liệu)  Bộ nhớ max: 4GB  Tần số làm việc 1633MHz www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 28 BÀI GIẢNG MƠN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1989, Intel cho đời chip vi xử lý 80486:  Độ dài từ xử lý: 32 bit  Bus liệu 32 bit, bus địa 32 bit (dùng chung với bus liệu)  Bộ nhớ max: 4GB  Tần số làm việc 25100MHz  Tích hợp cache L1 8K  Tích hợp đồng xử lý số thực 80487 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 29 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1993, Intel cho đời chip vi xử lý Pentium:  Độ dài từ xử lý: 32 bit  Bus liệu 32 bit, bus địa 32 bit (dùng chung với bus liệu)  Bộ nhớ max: 4GB  Tần số làm việc 60, 75, 90, 120MHz  Tích hợp cache I-L1 8K D-L1 8K  Hỗ trợ tập lệnh xử lý multimedia MMX www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 30 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1997, Intel cho đời chip vi xử lý Pentium II:  Tần số làm việc 233450MHz  Tích hợp cache I-L1 1632K D-L1 16-32K  Tích hợp cache L2 256512K  Sử dụng khe cắm kiểu slot I www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 31 BÀI GIẢNG MƠN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 1999, Intel cho đời chip vi xử lý Pentium III:  Tần số làm việc 450MHz-1.4GHz  Tích hợp cache L1, L2  Giới thiệu tập lệnh SSE (Streaming SIMD Extensions) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 32 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 2000, Intel cho đời chip vi xử lý Pentium IV:  Tần số làm việc 1.5-3.8GHz, công nghệ 180-130nm  Hỗ trợ tập lệnh tiên tiến SSE, SSE2, SSE3  Một số phiên hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng ảo hoá Pentium IV socket 478 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 33 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL Pentium IV socket 775 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 34 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 2003, Intel cho đời chip vi xử lý Pentium M:  Công nghệ 130-90nm  Tần số làm việc 900MHz2.26GHz  Thiết kế dành riêng cho máy xách tay  Cache L1 32K, L2 đến 2MB  Hỗ trợ tập lệnh tiên tiến MMX, SSE, SSE2  Công nghệ quản lý nguồn tiên tiến Intel Speedstep www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 35 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 2006, Intel cho đời chip vi xử lý dựa vi kiến trúc Core Core 2:  Công nghệ 65nm  Hỗ trợ tập lệnh tiên tiến MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4  Cache lớn thông minh  Nhiều nhân/lõi  Công nghệ tiết kiệm điện Dynamic Power Coordination Enhanced Intel Deeper Sleep www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 36 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Năm 2008, Intel cho đời vi xử lý Atom:  Công nghệ 45nm  Vi kiến trúc Atom tối ưu hố cho thiết bị có kích thước nhỏ tiêu thụ lượng  Enhanced SpeedStep Technology  Deep Power Down Technology with Dynamic Cache Sizing  Intel Virutalization Technology www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 37 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Lịch sử phát triển VXL  Tháng 11.2008, Intel cho đời vi xử lý dựa vi kiến trúc Intel Core i7:  Cơng nghệ 45nm  Kiến trúc 64 bít  Tích hợp nhân, hỗ trợ luồng ảo/nhân  8MB Smart Cache L2  Tần số làm việc: 1.6-3.47GHz www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 38 ...BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Hoàng Duy, Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý, Học vi? ??n CN BC-VT, 2 010 Hồ Khánh Lâm, Kỹ thuật vi. .. KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Giới thiệu vi xử lý  Thực lệnh vi xử lý:  Vi xử lý thực tác vụ dựa dẫn (instructions),... MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 18 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ VÀ HỆ VI XỬ LÝ Các đặc điểm cấu trúc vi xử lý  Công suất vi xử lý:  Tốc độ xử lý lệnh (instruction