Đề tài Những nguyên tắc sáng tạo được ứng dụng trong quá trình nghiên cứu và đổi mới bộ vi xử lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG ________________ BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Đề tài: NHỮNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐỔI MỚI BỘ VI XỬ LÝ Giảng viên hướng dẫn: GS.TSKH. Hoàng Kiếm Học viên thực hiện: Trần Duy Phong Mã số: CH1101160 TP. HCM, năm 2012 MỤC LỤC Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 2 LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 3 I. GIỚI THIỆU NHỮNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ĐƯỢC DÙNG TRONG BÀI THU HOẠCH ................................................................................................................. 4 1. Nguyên tắc phân nhỏ ..................................................................................... 4 2. Nguyên tắc phản đối xứng ............................................................................. 4 3. Nguyên tắc kết hợp ........................................................................................ 4 4. Nguyên tắc vạn năng ...................................................................................... 4 5. Nguyên tắc dự phòng ..................................................................................... 4 6. Nguyên tắc tách khỏi ..................................................................................... 5 7. Nguyên tắc linh động ..................................................................................... 5 8. Nguyên tắc biến hại thành lợi ......................................................................... 5 9. Nguyên tắc rẻ thay cho đắt ............................................................................. 5 10. Nguyên tắc thay đổi màu sắc .......................................................................... 5 11. Nguyên tắc sao chép ...................................................................................... 6 12. Nguyên tắc sử dụng trung gian ....................................................................... 6 13. Nguyên tắc vượt nhanh .................................................................................. 6 14. Nguyên tắc đảo ngươc ................................................................................... 6 15. Nguyên tắc tự phục vụ ................................................................................... 6 16. Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học ................................................................... 7 17. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ ............................................................................ 7 18. Nguyên tắc liên tục tác động có ích ................................................................ 7 19. Nguyên tắc đồng nhất .................................................................................... 7 20. Nguyên tắc chứa trong ................................................................................... 7 21. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ ....................................................................... 8 22. Nguyên tắc chuyển theo chiều khác ............................................................... 8 II. NHỮNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐỔI MỚI BỘ VI XỬ LÝ (CPU – CENTRAL PROCESSING UNIT) ..................................................................................................... 9 1. Những nguyên tắc sáng tạo của dòng CPU INTEL ......................................... 9 2. Những nguyên tắc sáng tạo của dòng CPU AMD ......................................... 15 3. So sánh ........................................................................................................ 18 III. KẾT LUẬN ........................................................................................................ 20 IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 21 Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 3 LỜI MỞ ĐẦU Bạn có biết, những dòng CPU Intel Core i7, hay AMD Phenom II X6 đã được phát triển từ những dòng CPU đơn giản nhất, đó là vào tháng 11 năm 1971, hãng Intel đã tung ra thị trường Bộ Xử Lý 4004. Kể từ đó đến nay, công nghệ sản xuất CPU phát triển nhanh đến chóng mặt, nhằm đáp ứng những nhu cầu ngày càng cao của con người. Có thể nói, sự phát triển mạnh mẽ của ngành CNTT hiện nay, phụ thuộc một phần vào sự phát triển của hai công ty Intel và AMD, chính những sự sáng tạo trong việc sản xuất CPU của hai hãng sản xuất hàng đầu thế giới là Intel và AMD đã thúc đẩy quá trình phát triển những linh kiện máy tính khác, thúc đẩy sự phát triển của những nền tảng phần mềm, đem lại một tầng tri thức mới cho nhân loại. Trong nội dung bài thu hoạch, em xin trình bày khái quát những nguyên tắc sáng tạo được ứng dụng trong quá trình nghiên cứu và sản xuất CPU của hai hãng sản xuất là Intel và AMD cũng như so sánh những ưu nhược điểm của hai loại CPU Intel và AMD. Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH. Hoàng Kiếm, giảng viên môn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC đã truyền đạt những kiến thức quý báu trong môn học giúp cho chúng em có được những sáng tạo trong quá trình học tập và nghiên cứu sau này. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 4 I. GIỚI THIỆU NHỮNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ĐƯỢC DÙNG TRONG BÀI THU HOẠCH Dựa trên việc phân tích hàng trăm, hàng ngàn sáng chế ở những ngành kỹ thuật mũi nhọn, thì giáo sư Alshuller đã đúc kết được 40 Nguyên tắc sáng tạo cơ bản. Tuy nhiên trong bài thu hoạch, em chỉ tìm hiểu và áp dụng được một số nguyên tắc sáng tạo được nêu dưới đây. 1. Nguyên tắc phân nhỏ - Chia đối tượng thành các phần độc lập. - Làm đối tượng trở nên tháo lắp được. - Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng. 2. Nguyên tắc phản đối xứng - Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành không đối xứng (nói chung giảm bậc đối xứng). 3. Nguyên tắc kết hợp - Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận. - Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận. 4. Nguyên tắc vạn năng - Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của các đối tượng khác. 5. Nguyên tắc dự phòng - Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động ứng cứu an toàn. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 5 6. Nguyên tắc tách khỏi - Tách phần gây phiền phức (tính chất phiền phức) hay ngược lại tách phần duy nhất cần thiết (tính chất cần thiết) ra khỏi đối tượng. 7. Nguyên tắc linh động - Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc. - Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau. 8. Nguyên tắc biến hại thành lợi - Sử dụng những tác nhận có hại (thí dụ tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi. - Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác - Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa. 9. Nguyên tắc rẻ thay cho đắt - Thay thế các đối tượng đắt tiền bằng các đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn (thí dụ như về tuổi thọ). 10. Nguyên tắc thay đổi màu sắc - Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài. - Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay môi trường bên ngoài. - Để có thể quan sát được những đối tượng hay những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, huỳnh quang. - Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu - Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 6 11. Nguyên tắc sao chép - Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao. - Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ) với các tỉ lệ cần thiết. - Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sáng nhìn thấy được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoại hoặc tử ngoại. 12. Nguyên tắc sử dụng trung gian - Sử dụng tối tượng trung gian, chuyển tiếp. 13. Nguyên tắc vượt nhanh - Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn. - Vượt nhanh để có được hiểu ứng cần thiết. 14. Nguyên tắc đảo ngươc - Thay vì hành đồng theo yêu cầu bài toán, hành động ngược lại (ví dụ : không làm nóng mà làm lạnh đối tượng). - Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại, phần đứng yên thành chuyển động. 15. Nguyên tắc tự phục vụ - Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa. - Sử dụng phế liệu, chất thải, năng lượng dư. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 7 16. Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học - Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị. - Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng. - Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định. - Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ. 17. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ - Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng. - Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển. 18. Nguyên tắc liên tục tác động có ích - Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải). - Khắc phục vận hành không tải và trung gian. - Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động qua. 19. Nguyên tắc đồng nhất - Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước. 20. Nguyên tắc chứa trong - Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba... - Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 8 21. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ - Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại ). 22. Nguyên tắc chuyển theo chiều khác - Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều). Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều). - Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng. - Đặt đối tượng nằm nghiêng. - Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước. - Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 9 II. NHỮNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐỔI MỚI BỘ VI XỬ LÝ (CPU – CENTRAL PROCESSING UNIT) CPU viết tắt của chữ Central Processing Unit, là đơn vị xử lí trung tâm. CPU có thể được xem như não bộ, một trong những phần tử cốt lõi nhất của máy tính cũng như những thiết bị điện tử ngày nay. Nhiệm vụ chính của CPU là xử lý các chương trình và dữ liệu máy tính. Trên thị trương sản xuât CPU cho máy tính hiện nay có hai hãng sản xuất lớn nhất là INTEL và AMD (Advanced Micro Devices). Intel và AMD là hai hãng sản xuất CPU hàng đầu cho máy tính. 1. Những nguyên tắc sáng tạo của dòng CPU INTEL Intel (Integrated Electronics) là tập đoàn hợp nhất về thiết bị điện tử, được thành lập vào năm 1968. Năm 1971, Intel tung ra thị trường dòng sản phẩm bộ xử lý 4004, là tiền đề cho sự phát triển của dòng sản phẩm CPU sau này. Đến này Intel đã trở thành hãng sản xuất CPU hàng đầu thế giới với thị trường chiếm khoảng 77%. Trải qua một quá trình dài, Intel đã lần lượt cho ra đời những dòng sản phẩm của mình, ẩn chứa trong đó là những nguyên tắc sáng tạo vô cùng hấp dẫn. 1.1 Nguyên tắc phân nhỏ - Mặc dù cũng là CPU, nhưng Intel đã phân nhỏ những con CPU ra thành nhiều đời khác nhau nhằm giúp cho khách hàng có nhiều sự lựa chọn phù hợp với mục đích sử dụng của mỗi người. - Ví dụ: CPU Celeron thì phù hợp với những khách hàng có nhu cầu thấp, sử dụng máy tính với mục đích học tập hay văn phòng, CPU Core i7 thì Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 10 phụ hợp với những khách hàng muốn đầu tư những chiếc máy tính mạnh mẽ, nhằm phục vụ cho mục đích học tập hoặc giải trí ở mức độ cao hơn… 1.2 Nguyên tắc kết hợp - CPU được kết hợp từ nhiều phần khác với các chức năng riêng biệt bao gồm Bộ Điều Khiển (CU – Control Unit), đơn vị xử lý số học (ALU – Arithmetic Logic Unit, FPU – Floating Point Unit), Khối luân chuyển dữ liệu (I/O – Bus Unit)… Nhờ ứng dụng nguyên lý kết hợp nên CPU đã trở thành một con Chip xử lý được mọi vấn đề, và nhờ nguyên lý này mà những CPU ngày nay đã trở nên hoàn hảo hơn. 1.3 Nguyên tắc đảo ngược - Dòng CPU Pentium 4 được ra đời vào khoảng đầu những năm 2001 được đánh giá là một sản phẩm thành công của Intel. Vào thời điểm đó, người sử dụng cũng như các nhà nghiên cứu chú trọng nhất là tốc độ của CPU. Họ sản xuất những dòng CPU Pentium 4 có tốc độ như 2.4GHz, đến 2.8GHz, 3.0GHz, 3.2GHz,… và rồi thì vấn đề phát sinh xảy ra. Đó là khi càng đẩy tốc độ xử lý của CPU lên cao thì nhiệt độ cũng tăng lên, và độ hao mòn của các transitor cũng tăng lên, đồng nghĩa với việc CPU tỏa nhiệt rất lớn, và độ bền không được đảm bảo. - Chính lúc này thì nguyên lý đảo ngược lại được ứng dụng, thay vì chú trọng tăng tốc độ xử lý của CPU lên cao thì hãng Intel tìm cách hạ tốc độ xử lý xuống ở mức vừa phải, nhưng lại tăng số nhân làm việc lên, và các dòng CPU mới ra đời, khởi đầu là dòng CPU Intel Dual Core, sử dụng 2 nhân trong 1 CPU, tăng khả năng xử lý đồng thời vẫn đảm bảo tốc độ hoạt động ổn định của CPU. Đây có thể xem là một thành công trong công nghệ sản xuất CPU. - Những dòng sản phẩm CPU mới hiện nay như: Intel Core 2 Duo (2 nhân), Intel Core 2 Quad (4 nhân), Intel Core i3, i5 (2-4 nhân), Intel Core i7 (4-6 nhân). Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 11 1.4 Nguyên tắc linh động - Những dòng CPU mới hiện nay như Intel Core i3-i5-i7 thì luôn tuân theo nguyên lý linh động, nếu chúng ta sử dụng máy tính với các ứng dụng và chức năng bình thường thì tốc độ hoạt động của CPU thấp, nhưng nếu chúng ta sử dụng các ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý cao thì CPU sẽ tự đẩy nhanh tốc độ của mình lên tới một giới hạn cho phép. Đây là một sự linh động rất hay của những CPU hiện nay, giúp tiết kiệm được năng lượng và tăng độ bền cho CPU. 1.5 Nguyên tắc sao chép (copy) - Đây là một nguyên lý mà tất cả những hãng sản xuất, những công ty đều luôn sử dụng để cho ra đời những sản phẩm mới, nhưng vẫn giữ được những nét cũ so với dòng sản phẩm mới. - Ví dụ: CPU Intel có dòng CPU Pentium 4, rồi sau đó lại sản xuất tiếp dòng CPU Pentium 4 HT (Hyper Threading – Siêu phân luồng). Một vài năm gần đây, có những dòng CPU rất giống nhau, Intel Core i5 (Socket 1156) và dòng sản phẩm mới là Intel Core i5 (Socket 1155). - Tuy nhiên đôi khi nếu chúng ta có những bước phát triển vượt bậc, không sao chép những dòng sản phẩm cũ, thì cũng là một sự sáng tạo trong công nghệ sản xuất. 1.6 Nguyên tắc vượt nhanh - Từ dòng CPU Core i5, Core i7 trở đi, Intel đã tích hợp công nghệ Turbo Boost giúp CPU có thể vượt nhanh qua những tình huống đòi hỏi khả năng xử lý phức tạp. Đây là một sự sáng tạo mà Intel đã bắt chước theo AMD. 1.7 Nguyên tắc phản đối xứng - Từ dòng Pentium D, hãng sản xuất Intel đã cho ra đời một loại CPU sử dụng tiếp điểm thay cho chân tiếp xúc như trước đây. Đây là một nét rất Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 12 mới mẻ của dòng CPU lúc bấy giờ, khi sử dụng CPU, người lắp đắt co thể yên tâm hơn, không sợ bị gãy nhưng chân tiếp xúc khi thao tác lắp ráp. 1.8 Nguyên tắc liên tục tác động có ích - Trong CPU, có một bộ phận là Cache – bộ nhớ đệm, đây là một thành phần rất quan trọng, Cache là RAM tĩnh được tích hợp trong CPU, có chức năng tương tự RAM, thông thường khi xử lý dữ liệu thì CPU sẽ lấy dữ liệu để vào Cache, Cache các lớn thì dữ liệu để vào các nhiều. Và từ đó CPU sẽ liên tục xử lý các dữ liệu ở trong Cache, mà không cần mất thời gian xuống RAM. Tuy nhiên mặt hạn chế thì Cache khá nhỏ, nên trong sơ đồ hệ thống máy tính vẫn cần có RAM. - Ngày nay, một số CPU có Cache L3 (Cache thông minh) khá lớn, Cache càng lớn thì khả năng liên tục xử lý dữ liệu của CPU càng nhiều, nên khi mua sản phẩm CPU, chúng ta cũng cần chú trọng tới thông số Cache. 1.9 Nguyên tắc sử dụng trung gian - Trong sơ đồ hoạt động của máy tính, để xử lý dữ liệu, CPU phải đi xuống RAM để xử lý dữ liệu đặt trong RAM, tuy nhiên qua trình xử lý dữ liệu của RAM cần phải qua một bước trung gian đó là Chipset (Chipset thì gồm hai con Chip là Chip Cầu Bắc và Chip Cầu Nam). CPU sẽ được nối với Chip cầu bắc, và Chip cầu bắc sẽ nối với RAM. Vậy CPU đã sử dụng một nguyên tắc trung gian trong qua trình xử lý dữ liệu. 1.10 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác - Công nghệ Smart Cache, một công nghệ mới xuất hiện khoảng vài năm gần đây, được tích hợp vào những dòng CPU Core i3, i5, i7 thế hệ mới. Smart Cache, được hiểu là Cache thông minh, khi dữ liệu được đặt vào Smart Cache, và một nhân (core) của CPU đang bận chưa xử lý kịp thì nó sẽ lập tức chuyển sang cho một nhân (core) khác xử lý, tránh tình trạng chờ đợi, giúp CPU hoạt động nhanh hơn. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 13 1.11 Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học - Như chúng ta đã biết, sơ đồ hoạt động của những CPU Intel của những dòng Intel Core 2 Quad trở về trước thì luôn hoạt động với sơ đồ như đã nêu ở mục 1.8 – đó là sử dụng nhân tố trung gian trong quá trình xử lý dữ liệu của CPU. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, thì các nhà khoa học đã cố gắng thay đổi sơ đồ hoạt động cũ bằng một sơ đồ hoạt động mới, đó là bỏ qua nhân tố trung gian, và CPU sẽ xử lý dữ liệu trực tiếp từ RAM mà không thông qua Chip cầu bắc. - Các dòng CPU Intel mới hiện nay đã sử dụng nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học là Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7… 1.12 Nguyên tắc thay đổi màu sắc - Mỗi một dòng sản phẩm mới ra đời, Intel luôn tạo ra một màu sắc chủ đạo, nhằm tăng sự thu hút đối với khách hàng sử dụng. Nguyên tắc thay đổi màu sắc là một trong những nguyên tắc chủ đạo mà tất cả các hãng sản xuất đều chú trọng khi đưa ra sản phẩm mới của mình. 1.13 Nguyên tắc dự phòng - CPU luôn luôn dự phòng một khoản tài nguyên nhỏ, nhằm những trường hợp người sử dụng đã sử dụng hết công suất hoạt động của CPU, thì một khoản tài nguyên dự phòng này sẽ giúp cho người sử dụng kịp thời tắt đi những ứng dụng nặng, giúp cho máy tính ít bị treo máy hơn trong quá trình sử dụng. Đối với một số dòng CPU cũ thì không có chức năng này nên trong quá trình sử dụng, nếu chúng ta sử dụng hết công suất thì máy sẽ tự động treo. Phương pháp nghiên cứu khoa học GS.TSKH. Hoàng Kiếm Trần Duy Phong – CH1101160 Trang 14 1.14 Nguyên tắc rẻ thay cho đắt - Hãng sản xuất CPU Intel không những c