TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

Đề tài:
Phân tích kiến trúc, nguyên lí làm việc của bộ vi xử lí AMD K8

Giáo viên:

Ths.Nguyễn Tuấn Tú

Các thành viên:
1.Vũ Văn Lương MãSV: 0541060109
2.Nguyễn Thế Duy MãSV: 0541060136
3.Nguyễn Duy Quý Mã SV: 0441360079

Hà Nội 20/6/2012


Mục Lục
1.1.Giới thiệu tổng quát...........................................................................................................2
1.2.Các dòng CPU dùng socket AM2.....................................................................................5
1.2.1.AMD Sempron...........................................................................................................5
1.2.2.AMD Athlon 64..........................................................................................................7
1.2.3.AMD Athlon 64 X2..................................................................................................10
1.2.4.AMD Athlon 64 FX..................................................................................................12
1.3.Thông tin chi tiết.............................................................................................................18
1.3.1.Các tính năng và công nghệ mới..............................................................................18
1.3.2 Các tính năng và công nghệ có sẵn...........................................................................19
2.1Tìm nạp dòng lệnh – Instructions Fetch..........................................................................21

CHƯƠNG I: KIẾN TRÚC BỘ VI XỬ LÍ AMD K8
1.1.Giới thiệu tổng quát.
K8 AMD là một bộ xử lý máy tính vi kiến trúc được thiết kế bởi AMD là sự kế thừa
cho vi kiến trúc AMD K7 . K8 là thực hiện đầu tiên của các AMD64 64-bit mở rộng
các kiến trúc xử lý x86 .
Bộ vi xử lý dựa trên lõi K8 bao gồm:


Athlon 64



Athlon 64 X2



Athlon 64 FX



Sempron



Opteron



Turion 64


Hình 1.4: Sơ đồ kiến trúc AMD Sưmpron
Đặc điểm :
Bus hệ thống 1600MHz.
Hỗ trợ RAM DDR2 dual channel 400/533/667MHz.
Hỗ trợ Cool’n’Quiet
Hỗ trợ AMD64.
Công suất TDP : 62W ( 35W đối với dòng Energy Efficient)
Vcore
5


•

1,20 / 1,25 V (dòng Energy Efficient).

•

1,25 / 1,30 / 1,35 V.

6


•

Các loại CPU AMD Sempron dùng socket AM2 :

Bảng 1.1 Các loại CPU AMD Sempron dùng socket AM2

1.2.2.AMD Athlon 64.




1.2.3.AMD Athlon 64 X2.

Hình 1.6: AMD Athlon 64 X2
Đặc điểm
Bộ xử lí 2 nhân.
Bus hệ thống 2000MHz.
Hỗ trợ RAM DDR2 dual channel 400/533/667/800 MHz.
Hỗ trợ công nghệ AMD Virtualization.
Hỗ trợ Cool’n’Quiet.
Hỗ trợ AMD64
Công suất TDP : 89W ( 65W đối với dòng Energy Efficient).
10


Có thể hạ thấp hệ số nhân.
Vcore
•

1,20 / 1,25 V (dòng Energy Efficient).

•

1,30 / 1,35 V.

Các loại CPU AMD Athlon 64 X2 dùng socket AM2

Bảng 1.3 Các loại CPU AMD Athlon 64 X2 dùng socket AM2



14


a)

15


b)
Hình 1.9: hình ảnh của Athlon 64 3000+ socket AM2

16


17


a)

b)
Hình 1.10: CPU dung socket AM2 (940 chân) và CPU dung socket 939 (939 chân)
1.3.Thông tin chi tiết.
1.3.1.Các tính năng và công nghệ mới.
Bộ nhớ DDR2.

Thế hệ CPU sử dụng socket AM2 hỗ trợ RAM DDR2 ở chế độ

dual channel. RAM DDR2 có tốc độ cao hơn DDR1 , tiêu thụ điện năng ít hơn và hiện
nay, DDR2 là chuẩn RAM phổ biến nhất

tiêu thụ. Công suất tiêu thụ của các CPU dùng socket AM2 thấp hơn thế hệ 939 từ
10% đến hơn 30%. Đây thực sự là 1 cải tiến hữu ích cho ocer và ... các phòng net.
(công suất tiêu thụ điện thấp -> mát mẻ -> dễ oc cao )
1.3.2 Các tính năng và công nghệ có sẵn.
AMD64 (Công nghệ tính toán 64-bit).
HyperTransport Technology (Công nghệ siêu truyền)
Integrated Memory Controller (Bộ điều khiển bộ nhớ tích hợp).
Cool’n’Quiet (Công nghệ làm mát và tiết kiệm điện năng)
19


Enhanced Virus Protection (Tính năng phòng chống virus).

20


CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ AMD K8
2.1Tìm nạp dòng lệnh – Instructions Fetch
Bộ xử lý bắt đầu quá trình mã hoá bằng việc tìm nạp dòng lệnh từ cache lệnh L1
và giải mã chúng.Độ dài của lệnh x86 thường không ổn định nên rất khó xác định giới
hạn của chúng trước khi quá trình giải mã bắt đầu. Để đảm bảo rằng việc xác định độ
dài lệnh không ảnh hưởng đến tốc độ giải mã, các bộ xử lý K8 sẽ giải mã dòng lệnh
trong khi chúng đang được nhập vào cache L1. Thông tin về quá trình giải mã được
chứa trong những vùng đặc biệt bên trong cache L1 (3bit thông tin trước khi giải mã
cho một byte lệnh). Bằng cách giải mã trước (predecoding) trong khi đang tải lệnh
vào cache, phạm vi những lệnh có thể được xác định trong quá trình giải mã, cho phép
đảm bảo tốc độ giải mã ổn định không phụ thuộc vào dạng thức và độ dài của lệnh.
Các bộ xử lý tải các khối dòng lệnh từ cache và lấy ra các dòng lệnh mà nó cần
gửi cho giải mã. Một chiếc CPU sử dụng công nghệ vi cấu trúc K8 và Core 2 thì nạp
lệnh trong các khối 16-byte. Khi đó, tốc độ nạp lệnh đủ nhanh để bộ xử lý K8 và Core

lệnh Case trong chương trình dịch và được sử dụng trong suốt quá trình để gọi hàm địa
chỉ vàhàm ảo trong việc lập trình hướng tới đối tượng. Các bộ xử lý K8 thường cố sử
dụng địa chỉ nhánh cuối cùng để tìm nạp một nhóm mã. Nếu như địa chỉ đó đã thay
đổi thì Pipe giải mã sẽ hoàn toàn trống rỗng. Còn nếu địa chỉ nhánh thường xuyên thay
22


đổi thì hệ điều hành sẽ liên tục mắc lỗi. Việc dự đoán địa chỉ không cố định đối với
nhánh gián tiếp được sử dụng lần đầu tiên trong bộ xử lý Pentium M. Do trong CPU
K8 không có những thuật toán như vậy nên những CPU này cũng hoạt động kém hiệu
quả hơn trong các mã định hướng đối tượng.
2.3Giải mã - Decoding
Các khối lệnh nhận được từ cache lệnh được sao chép vào bộ nhớ đệm tạm thời
Predecode/Pick , nơi các dòng lệnh được chọn ra từ các khối, định dạng, và chuyển
vào các bộ phận ( Pipe ) giải mã tương ứng. Các lệnh đơn giản có thể được giải mã chỉ
bằng một hoặc hai vi lệnh ( Micro-Operation hay được ghi Micro-Ops ) sẽ được gửi
đến một bộ phận giải mã đơn giản có tên DirectPath . Còn các dòng lệnh phức tạp
hơn, yêu cầu từ 3 phép toán trở lên, sẽ được gửi vào bộ phận giải mã vi chương trình
được gọi là VectorPath .

Hình 2.2: Bộ phận giải mã
Cứ mỗi xung nhịp, có tối đa 3 Macro-Operation (MOP) được ra khỏi bộ phận giải mã.
Trong mỗi xung nhịp, bộ phận giải mã DirectPath có thể xử lý 3 lệnh 1-MOP đơn
giản hoặc một lệnh 2-MOP và một lệnh 1-MOP, hoặc 1.5 lệnh 2-MOP (ba lệnh 2
MOP trong hai xung nhịp). Nhưng việc giải mã các lệnh phức tạp phải cần đến hơn 3
MOP, đó chính là lý do tại sao phải cần đến vài xung nhịp mới giải mã đầy đủ được
chúng. Để tránh xung đột khi rời Pipe giải mã , K8 và K8 những lệnh đơn giản và
phức tạp có thể được gửi liên tục để giải mã .
Các MOP gồm hai vi lệnh ( Micro-Ops ) : một phép tính số nguyên hay một phép tính
số học dấu phẩy động và một yêu cầu địa chỉ bộ nhớ. Các vi lệnh được lấy ra từ các