Bộ Công Thương
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Công Nghệ Thông Tin
-----------------------

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thanh Hải
Môn : Kiến Trúc Máy Tính

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU
VỀ THẾ HỆ VI XỬ LÝ INTEL
PENTIUM IV.
NHÓM 2:
TRẦN ĐĂNG HUY
ĐÀO DUY THANH
ĐỖ HOÀNG LONG
TRẦN VĂN QUÂN
VŨ CÔNG MINH
1


MỤC LỤC
PHẦN I : HOÀN CẢNH RA ĐỜI VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ……………….. 3
PHẦN II. NỘI DUNG CHÍNH ……………………………………………………..5
I. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ CHUNG …………………………………………….5
II. Đặc trưng công nghệ chi tiết của từng loại biến thể của vi xử lý Pentium IV...8
1.1 Pentium 4 Extreme
Edition……………………………………………………….8
1.2 P4 Prescott (năm 2004)
…………………………………………………………..9
1.3 Pentium D (năm 2005)
…………………………………………………………...9

rộng số hàng lệnh xử lý, Execution Trace Cache tránh tình trạng lệnh bị chậm trễ khi
chuyển từ bộ nhớ đến CPU, Rapid Execution Engine tăng tốc bộ đồng xử lý toán học,
bus hệ thống (system bus) 400 MHz và 533 MHz; các công nghệ Advanced Transfer
Cache, Advanced Dynamic Execution, Enhanced Floating point và Multimedia Unit,
Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) cũng được cải tiến nhằm tạo ra những BXL tốc
độ cao hơn, khả năng tính toán mạnh hơn, xử lý đa phương tiện tốt hơn.

+) Lịch sử phát triển :

3


Pentium 4 đầu tiên (tên mã Willamette) xuất hiện cuối năm 2000 đặt dấu chấm
hết cho "triều đại" Pentium III. Willamette sản xuất trên công nghệ 0,18 µm, có 42
triệu transistor (nhiều hơn gần 50% so với Pentium III), bus hệ thống (system bus)
400 MHz, bộ nhớ đệm tích hợp L2 256 KB, socket 423 và 478. P4 Willamette có một
số tốc độ như 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0 GHz.
 Socket 423 chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn, từ tháng 11 năm

2000 đến tháng 8 năm 2001 và bị thay thế bởi socket 478.

 Xung thực (FSB) của Pentium 4 là 100 MHz nhưng với công nghệ Quad Data

Rate cho phép BXL truyền 4 bit dữ liệu trong 1 chu kỳ, nên bus hệ thống của
BXL là 400 MHz.

- P4 Northwood. Xuất hiện vào tháng 1 năm 2002, được sản xuất trên công nghệ 0,13
µm, có khoảng 55 triệu transistor, bộ nhớ đệm tích hợp L2 512 KB, socket 478.
Northwood có 3 dòng gồm Northwood A (system bus 400 MHz), tốc độ 1,6; 1,8; 2,0;
2,2; 2,4; 2,5; 2,6 và 2,8 GHz. Northwood B (system bus 533 MHz), tốc độ 2,26; 2,4;

F, 3.4F, 3.6F, 3.8F với các
tốc độ tương ứng từ 3,2 GHz đến 3,8 GHz, Pentium 4 HT 517, 520, 5
20J, 521, 524, 530, 530J,
531, 540, 540J, 541, 550, 550J, 551, 560, 560J, 561, 570J, 571 với cá
c tốc độ từ 2,8 GHz đến 3,8 GHz.

PHẦN II : NỘI DUNG CHÍNH
I. Đặc điểm công nghệ chung.
1. Những điểm kỹ thuật chính của Pentium IV bao gồm :
Tốc độ từ 1,3GHz đến 3.8GHz.
Phần mềm tương thích với những bộ xử lý Intel 32bit trước.
Một số phiên bản hỗ trợ EM64T ( các mở rộng 64 bit ) và Bit vô hiệu hóa thực
thi ( bảo vệ vượt dòng bộ nhớ đệm).
Bus bộ xử lý ( front-side) chạy ở 400MHz, 533MHz, SOOMhz hay 1066Mhz.
Những bộ logic số học ( ALUs : Arithmetic logic units ) chạy gấp hai lần tần số
nhân bộ xử lý.
Công nghệ siêu đường dẫn ( 20 – 30 tầng ).
Công nghệ siêu phân luồng hỗ trợ tất cả bộ xử lý 2.4GHz và nhanh hơn chạy
bus 800MHz, tất cả bộ xử lý 3.06GHz và nhanh hơn chạy bus 533MHz.
Thực thi tập lệnh ngoài lệnh chuyên nghiệp.
Bộ dự đoán phụ được mở rộng.
Bộ nhớ đệm LI 8KB ha> 16KB cộng với bộ nhớ đậm theo vết thực thi vi lệnh
12k.
Bộ nhớ đệm L2 56bit trên khuôn tốc độ nhân 256KB, 512KB, 1 MB hoặc 2
MB kết hợp 8 đường.
Bộ nhớ đệm 1,2 có thể tận dụng toàn bộ nhớ vật lý và hỗ trợ ECC.
5


Bộ nhớ đệm L3 tốc dộ nhân 2MB tích hợp trên khuôn.

về mặt kỹ thuật mà nói bus bộ xử lý là bus quad-pumped 100MHz,
l33Mhz, 200Mhz hay 266Mhz chuyển giao dữ liệu gấp bốn lần trong
một chu kỳ (4x), cho tốc độ hiệu dụng 400Mhz, 533Mhz, 800Mhz hay
1066Mhz. Bởi vì bus dung lượng 64 bit (8 byte) cho tốc độ lưu lượng
3200MBps, 4266MBps, 6400MBps, hay 8532MBps.
Trong kiến trúc nội bộ đường dẫn 20 tầng hay 30 tầng của Pentium 4
những tập lệnh đơn bị bẽ thành nhiều tầng nhỏ hơn so với bộ xử lý
trước như Pentium III, làm nó hầu như giống bộ xử lý RISC. Không
may là có thể thêm vào số chu kỳ để thực thi những tập lệnh nếu
chúng không được tối ưu cho bộ xử lý. Một ưu điểm kiến trúc quan
trọng khác là công nghệ siêu phân luồng, có thề được tìm thấy trong
tất cả Pentium 4 2.4GHz và nhanh hơn chạy bus 800MHz hay tất cả
Pentium 4 3.06GHz và nhanh hơn chạy bus 533MHz. Siêu phân
luồng cho phép một bộ xử lý đơn chạy hai luồng cùng thời, hoạt
động như thể nó là hai bộ xử lý thay vì một.
Pentium 4 đời đầu sử dụng socket 423 có 423 chân trong sự sắp xếp
SPGA 39x39. Những phiên bản sau cùng socket 47H; phiên bản hiện
nay dùng socket T (I.GA775) có những chân thêm để hỗ trợ tính
năng mới như EM64T (sự mở rộng 64 bit), bit vô hiệu hóa thực thi
(sự bảo vệ chống những tấn công tràn bộ nhớ đệm), công nghệ ảo
Intel, và những tính năng tiên tiến khác. Celeron không bao giờ được
thiết kế để làm việc trong socket 423, nhưng Celeron và Celeron D
có socket 478 hay socket T (LGA775), cho phép hệ thống hạ giá so
với Pentium 4. Bộ chọn điện áp được tạo ra nhờ vào module điều
chỉnh điện áp tự động được đặt trên bo mạch chủ và được nối đến
socket.
Bảng 3.24 bao gồm một hướng dẫn đối với các tính năng bộ xử lý
Pentium 4 cũng như các bộ xử lý Pentium 4 Extreme Edition, được đi
sâu vào chi tiết trong phần tiếp theo.


g tự Prescott 2M nhưng
không tích hợp Virtualization Technology. Cedar Mill được sản xuất tr
ên công nghệ 65nm nên tiêu
thụ điện năng thấp hơn, tỏa nhiệt ít hơn các dòng trước, gồm 631 (3,
0 GHz), 641 (3,2 GHz), 651 (3,4 GHz) và 661 (3,6 GHz).

10


1.3 Pentium D (năm 2005)

Pentium D (tên mã Smithfield, 8xx) là BXL lõi kép (dual core) đ
ầu tiên của Intel, được cải tiến từ
P4 Prescott nên cũng gặp một số hạn chế như hiện tượng thắt cổ ch
ai do băng thông BXL ở mức
800 MHz (400 MHz cho mỗi lõi), điện năng tiêu thụ cao, tỏa nhiều nh
iệt. Smithfield được sản xuất
trên công nghệ 90nm, có 230 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 2 MB (
2x1 MB, không chia sẻ), bus
hệ thống 533 MHz (805) hoặc 800 MHz, socket 775LGA. Ngoài các tậ
p lệnh MMX, SSE, SSE2,
SSE3, Smithfield được trang bị tập lệnh mở rộng EMT64 hỗ trợ đánh
địa chỉ nhớ 64 bit, công
nghệ Enhanced SpeedStep (830, 840). Một số BXL thuộc dòng này n
hư Pentium D 805 (2,66
GHz), 820 (2,8 GHz), 830 (3,0 GHz), 840 (3,2 GHz).
Cùng sử dụng vi kiến trúc NetBurst, Pentium D (mã Presler, 9xx) đượ
c Intel thiết kế mới trên công
nghệ 65nm, 376 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 4 MB (2x2 MB), hiệu
năng cao hơn, nhiều tính

MHz, socket 775LGA) là một trong những BXL thuộc dòng này.
Pentium EE Presler sử dụng công nghệ 65 nm, bộ nhớ đệm L2 được
mở rộng đến 4 MB (2x2
MB), hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, công nghệ HT, Enhance
d Intel SpeedStep
Technology (EIST), EM64T và Virtualization Technology. Một số BXL th
uộc dòng này là Pentium
EE 955 (3,46GHz) và Pentium EE 965 (3,73GHz) có bus hệ thống 106
6 MHz, socket 775.

PHẦN III. CÁC CÔNG NGHỆ MỚI.
Khả năng cung cấp một số công nghệ mới và các tính năng được tăng cườngtrên đây
dựa vào các tiến bộ mới nhất của Intel trong lĩnh vực thiết kế mạch, quản lý
việc tiêu thụ năng lượng và tính toán không thể thực hiện được ở các mô hình vi kiến
trúc của các thế hệ CPU trước.
1.1.HYPER-PIPELINED TECHNOLOGY(Công nghệ Siêu ống)
Là công nghệ mới được giới thiệu trong Vi kiến trúc Netburst™ của Intel. Nó tăng
gấp đôi "độ sâu" của "ống" xử lý lệnh của CPU khi so sánh với mô hình Vi kiến trúc
P6 được sử dụng ở các thế hệ CPU Pentium III. Lệnh được thực hiện trong 20 giai
đoạn (20 stages) trong vi kiến trúc Netburst, so với 10 giai đoạn trong vi kiến trúc P6.
Ống lệnh dài giúp chip Pentium 4 có thể đạt được mức xung nhịp cao hơn. Với các
CPU Pentium 4 sử dụng 400Mhz System bus, tốc độ truyền nhận dữ liệu vào-ra CPU
là 3.2GB mỗi giây so với tốc độ tương ứng là 1.06GB/ Giây với thế hệ Pentium III sử
dụng kênh truyền hệ thống 133Mhz (133Mhz system bus).

Vi kiến trúc Netburst™
13


- Trong CPU Pentium III thì pipeline có 10 stage (giai đoạn). Pentium IV có

nếu chương trình sử dụng một trong tám

chuẩn x86 nó sẽ được đổi tên thành một trong 128 thanh ghi của Pentium IV.
•

Stage 9 - Queue: các vi lệnh được đưa vào các hàng đợi dành riêng cho
từng loại
(ví dụ: truy cập bộ nhớ, xử lý số nguyên hay dấu chấm động …). Lệnh nằm yên

trong
hàng đợi cho đến khi có một chỗ trống tương ứng xuất hiện trong scheduler.
•

Stages 10, 11, 12 - Schedule: scheduler sắp xếp lại các lệnh nhằm giữ
cho mọi execution unit đều hoạt động. Ví dụ, nếu đơn vị xử lý dấu
chấm độngrảnh rỗi,scheduler lấy ra một lệnh xử lý dấu chấm động để gửi
cho đơn vị đó, mặc dù lệnh tiếp theo trong chương trình có thể là một lệnh xử
lý số nguyên.
14


•
•
•
•
•

Stages 13 & 14 - Dispatch: gửi vi lệnh tới Execution Unit tương ứng.
Stages 15 & 16 - Register Files: đọc register file.
Stage 17 - Execute: vi lệnh được thực hiện.



lần tần số xử lý cơ bản của bộ xử lý. Như vậy CPU Pentium 4 - 2.0Ghz (bus 400Mhz)
có khả năng thực hiện các lệnh trên với tốc độ 4.0Ghz và CPU Pentium 4 2.53Ghz (bus533Mhz) thực hiện với tốc độ 5.1Ghz.

1.4. Out-Of-Order Execution
Nhân hỗ trợ Out-of-Order Execution có thể sắp xếp lại các vi lệnh, cho phép lệnh
(cùng với đầu vào và các tài nguyên hệ thống cần thiết) để thực thi ngay khi có thể và
tránh lãng phí thời gian. Khi một vi lệnh đang chờ được cấp phát tài nguyên hoặc dữ
liệu, các lệnh khác (thường là trong buffer) có thể chen vào thực thi. Nhờ thực thi các
lệnh song song, những khoảng trễ của pipeline bị loại bỏ. Nhân có thể thực thi nhiều
lệnh trong mỗi giai đoạn của pipeline.
Sau đó in-order retirement unit sẽ tìm các lệnh được thực hiện xong và không còn
phụ thuộc dữ liệu cũng như liên quan đến các lệnh rẽ nhánh chưa hoàn tất để xử lý
và lưu kết quả ra bộ nhớ theo trật tự ban đầu của nó.

1.5.Quad Data Rate
FSB của Pentium 4 có thể truyền bốn lần dữ liệu trong một xung clock. Công
nghệ này là Quad Pumped hay còn gọi là Quad Data Rate (QDR).
QDR khiến cho xung nhịp hiệu dụng tăng lên gấp 4 lần so với xung thực. Nhờ đó
các CPU Pentium 4 có thể đạt đến 400Mhz System bus, tốc độ truyền nhận
dữ
liệu vào-ra CPU là 3.2GBps so với tốc độ tương ứng là 1.06GBps của Pentium
III (133Mhz system bus).

16


Bảng: Tốc độ truyền dẫn dữ liệu
1.6. Hyper Threading (siêu phân luồng)

thấp (và đôi khi còn kém hơn không dùng HT). Trên thực tế, nếu người dùng phổ
thông kích hoạt tính năng “siêu luồng” trên máy tính desktop của mình, họ có
thể chẳnng được gì ngoại trừ phải trả giá bằng việc giảm tốc độ tới 10%.
Tuy nhiên Pentium 4 không chỉ có những nhược điểm. Với tập lệnh SSE2 và
SSE3 cùng những công nghệ hàng đầu như Quad Data Rate, Trace Cache, Rapid
Execution Engine, Dual Channel Memory, Pentium 4 tỏ ra rất xuất sắc trong các ứng
dụng từ văn phòng tới multimedia. Người dùng các ứng dụng tính toán phức
tạp (kiểu như rendering

của Maya, 3DS) sẽ được

hưởng

lợi rất nhiều

từ HyperThreading. Và khi card đồ họa 3D ngày càng trở nên mạnh mẽ, một
chip P4 sẽ đem đến nền tảng tuyệt vời cho các game thủ. Đặc biệt giới overclock
rất quan tâm tới nhân Northwood phát hành năm 2002. Với một bộ mạch chủ
và RAM đủ mạnh, ngay cả những người mới tập overclock cũng có thể đạt
tới 1GHz khi sử dụng giải pháp tản nhiệt thông thường.

18