Chặng đường phát triển của bộ xử lý máy tính cá nhân

“Con đường phía trước của bộ xử lý (BXL) máy tính để bàn”, phần nào cho chúng ta thấy BXL máy tính trong tương lai. BXL máy tính đã thay đổi rất nhiều so với ban đầu, từ BXL 4bit 4004 của Intel, AM2900 của AMD đầu thập niên 70 cho đến những BXL 64bit hiện nay.

Từ BXL dành cho máy tính cá nhân (PC) đầu tiên của Intel cho đến BXL máy tính 4 nhân, 8 nhân trong năm 2007 và hơn nữa trong tương lai. Chúng ta sẽ cùng nhìn lại chặng đường 36 năm phát triển của BXL đầy những cạnh tranh gay gắt, và điểm qua những công nghệ áp dụng trong BXL máy tính.

BXL 4bit

4004 là BXL đầu tiên được Intel giới thiệu vào tháng 11 năm 1971, sử dụng trong máy tính (calculator) của Busicom. 4004 có tốc độ 740KHz, khả năng xử lý 0,06 triệu lệnh mỗi giây (milion instructions per second - MIPS); được sản xuất trên công nghệ 10 µm, có 2.300 transistor (bóng bán dẫn), bộ nhớ mở rộng đến 640 byte.

4040, phiên bản cải tiến của 4004 được giới thiệu vào năm 1974, có 3.000 transistor, tốc độ từ 500 KHz đến 740KHz.

BXL 8bit

8008 (năm 1972) được sử dụng trong thiết bị đầu cuối Datapoint 2200 của Computer Terminal Corporation (CTC). 8008 có tốc độ 200kHz, sản xuất trên công nghệ 10 µm, với 3.500 transistor, bộ nhớ mở rộng đến 16KB.

8080 (năm 1974) sử dụng trong máy tính Altair 8800, có tốc độ gấp 10 lần 8008 (2MHz), sản xuất trên công nghệ 6 µm, khả năng xử lý 0,64 MIPS với 6.000 transistor, có 8 bit bus dữ liệu và 16 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng tới 64KB.

8085 (năm 1976) sử dụng trong Toledo scale và những thiết bị điều khiển ngoại vi. 8085 có tốc độ 2MHz, sản xuất trên công nghệ 3 µm, với 6.500 transistor, có 8 bit bus dữ liệu và 16 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng 64KB.

BXL 16bit

8086 xuất hiện tháng 6 năm 1978, sử dụng trong những thiết bị tính toán di động. 8086 được sản xuất trên công nghệ 3 µm, với 29.000 transistor, có 16 bit bus dữ liệu và 20 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng 1MB. Các phiên bản của 8086 gồm 5, 8 và 10 MHz.

8088 trình làng vào tháng 6 năm 1979, là BXL được IBM chọn đưa vào chiếc máy tính (PC) đầu tiên của mình; điều này cũng giúp Intel trở thành nhà sản xuất BXL máy tính lớn nhất trên thế giới. 8088 giống hệt 8086 nhưng có khả năng quản lý địa chỉ dòng lệnh. 8088 cũng sử dụng công nghệ 3 µm, 29.000 transistor, kiến trúc 16 bit bên trong và 8 bit bus dữ liệu ngoài, 20 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng tới 1MB. Các phiên bản của 8088 gồm 5 MHz và 8 MHz.

80186 (năm 1982) còn gọi là iAPX 186. Sử dụng chủ yếu trong những ứng dụng nhúng, bộ điều khiển thiết bị đầu cuối. Các phiên bản của 80186 gồm 10 và 12 MHz.

80286 (năm 1982) được biết đến với tên gọi 286, là BXL đầu tiên của Intel có thể chạy được tất cả ứng dụng viết cho các BXL trước đó, được dùng trong PC của IBM và các PC tương thích. 286 có 2 chế độ hoạt động: chế độ thực (real mode) với chương trình DOS theo chế độ mô phỏng 8086 và không thể sử dụng quá 1 MB RAM; chế độ bảo vệ (protect mode) gia tăng tính năng của bộ vi xử lý, có thể truy xuất đến 16 MB bộ nhớ.

286 sử dụng công nghệ 1,5 µm, 134.000 transistor, bộ nhớ mở rộng tới 16 MB. Các phiên bản của 286 gồm 6, 8, 10, 12,5, 16, 20 và 25MHz.

BXL 32bit

Intel386 gồm các họ 386DX, 386SX và 386SL. Intel386DX là BXL 32 bit đầu tiên Intel giới thiệu vào năm 1985, được dùng trong các PC của IBM và PC tương thích. Intel386 là một bước nhảy vọt so với các BXL trước đó. Đây là BXL 32 bit có khả năng xử lý đa nhiệm, nó có thể chạy nhiều chương trình khác nhau cùng một thời điểm. 386 sử dụng các thanh ghi 32 bit, có thể truyền 32 bit dữ liệu cùng lúc trên bus dữ liệu và dùng 32 bit để xác định địa chỉ. Cũng như BXL 80286, 80386 hoạt động ở 2 chế độ: real mode và protect mode.

386DX sử dụng công nghệ 1,5 µm, 275.000 transistor, bộ nhớ mở rộng tới 4GB. Các phiên bản của 386DX gồm 16, 20, 25 và 33 MHz (công nghệ 1 µm).

386SX (năm1988) sử dụng công nghệ 1,5 µm, 275.000 transistor, kiến trúc 32 bit bên trong, 16 bit bus dữ liệu ngoài, 24 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng 16MB; gồm các phiên bản 16, 20, 25 và 33 MHz.

386SL (năm1990) được thiết kế cho thiết bị di động, sử dụng công nghệ 1 µm, 855.000 transistor, bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 16, 20, 25 MHz.

486DX ra đời năm 1989 với cấu trúc bus dữ liệu 32 bit. 486DX có bộ nhớ sơ cấp (L1 cache) 8 KB để giảm thời gian chờ dữ liệu từ bộ nhớ đưa đến, bộ đồng xử lý toán học được tích hợp bên trong. Ngoài ra, 486DX được thiết kế hàng lệnh (pipeline), có thể xử lý một chỉ lệnh trong một xung nhịp.

486DX sử dụng công nghệ 1 µm, 1,2 triệu transistor, bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 25 MHz, 35 MHz và 50 MHz (0,8 µm).

486SX (năm 1991) dùng trong dòng máy tính cấp thấp, có thiết kế giống hệ 486DX nhưng không tích hợp bộ đồng xử lý toán học. 486DX sử dụng công nghệ 1 µm (1,2 triệu transistor) và 0,8 µm (0,9 triệu transistor), bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 16, 20, 25, 33 MHz.

486SL (năm 1992) là BXL đầu tiên dành cho máy tính xách tay (MTXT), sử dụng công nghệ 0,8 µm, 1,4 triệu transistor, bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 20, 25 và 33 MHz.

Intel Pentium, BXL thế hệ kế tiếp 486 ra đời năm 1993. Cải tiến lớn nhất của Pentium là thiết kế hai hàng lệnh (pipeline), dữ liệu bên trong có khả năng thực hiện hai chỉ lệnh trong một chu kỳ, do đó Pentium có thể xử lý chỉ lệnh nhiều gấp đôi so với 80486 DX trong cùng thời gian. Bộ nhớ sơ cấp 16KB gồm 8 KB chứa dữ liệu và 8 KB khác để chứa lệnh. Bộ đồng xử lý toán học được cải tiến giúp tăng khả năng tính toán đối với các trình ứng dụng.

Pentium sử dụng công nghệ 0,8 µm chứa 3,1 triệu transistor, có các tốc độ 60, 66 MHz (socket 4 273 chân, PGA). Các phiên bản 75, 90, 100, 120 MHz sử dụng công nghệ 0,6 µm chứa 3,3 triệu transistor (socket 7, PGA). Phiên bản 133, 150, 166, 200 sử dụng công nghệ 0,35 µm chứa 3,3 triệu transistor (socket 7, PGA)

Ghi chú: Bạn đọc có thể tham khảo thêm thông tin về các đế cắm BXL tại http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_CPU_sockets.

Pentium MMX (năm 1996), phiên bản cải tiến của Pentium với công nghệ MMX được Intel phát triển để đáp ứng nhu cầu về ứng dụng đa phương tiện và truyền thông. MMX kết hợp với SIMD (Single Instruction Multiple Data) cho phép xử lý nhiều dữ liệu trong cùng chỉ lệnh, làm tăng khả năng xử lý trong các tác vụ đồ họa, đa phương tiện.

Pentium MMX sử dụng công nghệ 0,35 µm chứa 4,5 triệu transistor, có các tốc độ 166, 200, 233 MHz (Socket 7, PGA).

Pentium Pro. Nối tiếp sự thành công của dòng Pentium, Pentium Pro được Intel giới thiệu vào tháng 9 năm 1995, sử dụng công nghệ 0,6 và 0,35 µm chứa 5,5 triệu transistor, socket 8 387 chân, Dual SPGA, hỗ trợ bộ nhớ RAM tối đa 4GB. Điểm nổi bật của Pentium Pro là bus hệ thống 60 hoặc 66MHz, bộ nhớ đệm L2 (cache L2) 256KB hoặc 512KB (trong một số phiên bản).

Pentium Pro có các tốc độ 150, 166, 180, 200 MHz.

Pentium II (năm 1997), phiên bản cải tiến từ Pentium Pro được sử dụng trong những dòng máy tính cao cấp, máy trạm (workstation) hoặc máy chủ (server). Pentium II có bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 512KB, tích hợp công nghệ MMX được cải tiến giúp việc xử lý dữ liệu video, audio và đồ họa hiệu quả hơn. Pentium II có đế cắm dạng khe - Single-Edge contact (SEC) 242 chân, còn gọi là Slot 1.

BXL Pentium II đầu tiên, tên mã Klamath, sản xuất trên công nghệ 0,35 µm, có 7,5 triệu transistor, bus hệ thống 66 MHz, gồm các phiên bản 233, 266, 300MHz.

Pentium II, tên mã Deschutes, sử dụng công nghệ 0,25 µm, 7,5 triệu transistor, gồm các phiên bản 333MHz (bus hệ thống 66MHz), 350, 400, 450 MHz (bus hệ thống 100MHz).

Celeron (năm 1998) được “rút gọn” từ kiến trúc BXL Pentium II, dành cho dòng máy cấp thấp. Phiên bản đầu tiên, tên mã Covington không có bộ nhớ đệm L2 nên tốc độ xử lý khá chậm, không gây được ấn tượng với người dùng. Phiên bản sau, tên mã Mendocino, đã khắc phục khuyết điểm này với bộ nhớ đệm L2 128KB.

Covington sử dụng công nghệ 0,25 µm, 7,5 triệu transistor, bộ nhớ đệm L1 32KB, bus hệ thống 66MHz, đế cắm 242 chân Slot 1 SEPP (Single Edge Processor Package), tốc độ 266, 300 MHz.

Mendocino cũng sử dụng công nghệ 0,25 µm có đến 19 triệu transistor, bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 128KB, bus hệ thống 66 MHz, đế cắm Slot 1 SEPP hoặc socket 370 PPGA, tốc độ 300, 333, 366, 400, 433, 466, 500, 533 MHz.

Pentium III (năm 1999) bổ sung 70 lệnh mới (Streaming SIMD Extensions - SSE) giúp tăng hiệu suất hoạt động của BXL trong các tác vụ xử lý hình ảnh, audio, video và nhận dạng giọng nói. Pentium III gồm các tên mã Katmai, Coppermine và Tualatin.

Katmai sử dụng công nghệ 0,25 µm, 9,5 triệu transistor, bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 512KB, đế cắm Slot 1 SECC2 (Single Edge Contact cartridge 2), tốc độ 450, 500, 550, 533 và 600 MHz (bus 100 MHz), 533, 600 MHz (bus 133 MHz).

Coppermine sử dụng công nghệ 0,18 µm, 28,1 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 256 KB được tích hợp bên trong nhằm tăng tốc độ xử lý. Đế cắm Slot 1 SECC2 hoặc socket 370 FC-PGA (Flip-chip pin grid array), có các tốc độ như 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850 MHz (bus 100MHz), 533, 600, 667, 733, 800, 866, 933, 1000, 1100 và 1133 MHz (bus 133MHz).

Tualatin áp dụng công nghệ 0,13 µm có 28,1 triệu transistor, bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB hoặc 512 KB tích hợp bên trong BXL, socket 370 FC-PGA (Flip-chip pin grid array), bus hệ thống 133 MHz. Có các tốc độ như 1133, 1200, 1266, 1333, 1400 MHz.

Celeron Coppermine (năm 2000) được “rút gọn” từ kiến trúc BXL Pentium III Coppermine, còn gọi là Celeron II, được bổ sung 70 lệnh SSE. Sử dụng công nghệ 0,18 µm có 28,1 triệu transistor, bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB tích hợp bên trong BXL, socket 370 FC-PGA, Có các tốc độ như 533, 566, 600, 633, 667, 700, 733, 766, 800 MHz (bus 66 MHz), 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300 MHz (bus 100 MHz).

Tualatin Celeron (Celeron S) (năm 2000) được “rút gọn” từ kiến trúc BXL Pentium III Tualatin, áp dụng công nghệ 0,13 µm, bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB tích hợp, socket 370 FC-PGA, bus hệ thống 100 MHz, gồm các tốc độ 1,0, 1,1, 1,2, 1,3 và 1,4 GHz.

Pentium 4 được Intel giới thiệu vào năm 2000 đã mở ra một kỷ nguyên mới của BXL máy tính và cũng bổ sung sự “rắc rối” cho người dùng với một số tên gọi, đế cắm khó nhớ khác. Chúng ta sẽ tiếp tục ‘điểm mặt” các BXL Pentium 4, Pentium D, Core 2 Duo trong bài viết tiếp theo và cũng không thể quên AMD, “bạn đồng hành” với Intel trên “con đường” BXL máy tính.

Đông Quân