Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 - Nguyễn Kim Khánh

Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUT Kiến trúc máy tính 18 March 2007 NKK-HUT Nội dung giáo trình Chương 4 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (Central Processing Unit - CPU) Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội ④ Chương 1. Giới thiệu chung ④ Chương 2. Hệ thống máy tính ④ Chương 3. Số học máy tính ④ Chương 4. Bộ xử lý trung tâm ④ Chương 5. Bộ nhớ máy tính ④ Chương 6. Hệ thống vào-ra ④ Chương 7. Kiến trúc máy tính tiên tiến 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 1 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 2 NKK-HUT Nội dung của chương 4 NKK-HUT 4.1. Cấu trúc cơ bản của CPU 4.1. Cấu trúc cơ bản của CPU 4.2. Tập lệnh 4.3. Hoạt động của CPU 4.4. Kiến trúc của các bộ xử lý tiên tiến 4.5. Kiến trúc Intel 1. Nhiệm vụ và cấu trúc của CPU ④ Nhiệm vụ của CPU: ④ Nhận lệnh (Fetch Instruction): CPU đọc lệnh từ bộ nhớ. ④ Giải mã lệnh (Decode Instruction): xác định thao tác mà lệnh yêu cầu. ④ Nhận dữ liệu (Fetch Data): nhận dữ liệu từ bộ nhớ hoặc các cổng vào-ra. ④ Xử lý dữ liệu (Process Data): thực hiện phép toán số học hay phép toán logic với các dữ liệu. ④ Ghi dữ liệu (Write Data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay cổng vào-ra 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 3 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 4 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 1 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUT Sơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU 18 March 2007 NKK-HUT Các thành phần cơ bản của CPU ④Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU) ④Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU) ④Tập thanh ghi (Register File - RF) ④Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit -BIU) ④Bus bên trong (Internal Bus) 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 5 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 6 NKK-HUT 2. Đơn vị số học và logic NKK-HUT Mô hình kết nối ALU ④Chức năng: Thực hiện các phép toán số học và phép toán logic: ④Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm, đảo dấu ④Logic: AND, OR, XOR, NOT, phép dịch bit. 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 7 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 8 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 2 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUT 3. Đơn vị điều khiển ④Chức năng ④Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào thanh ghi lệnh ④Tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế tiếp ④Giải mã lệnh đã được nhận để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu ④Phát ra các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh ④Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và đáp ứng với các yêu cầu đó. 18 March 2007 NKK-HUT Mô hình kết nối đơn vị điều khiển 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 9 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 10 NKK-HUT Các tín hiệu đưa đến đơn vị điều khiển NKK-HUT Các tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển ④Clock: tín hiệu nhịp từ mạch tạo dao động bên ngoài. ④Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để giải mã. ④Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng thái của CPU. ④Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển ④Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU: ④Điều khiển các thanh ghi ④Điều khiển ALU ④Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU: ④Điều khiển bộ nhớ ④Điều khiển các mô-đun vào-ra 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 11 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 12 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 3 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUT Các phương pháp thiết kế đơn vị điều khiển 18 March 2007 NKK-HUT Đơn vị điều khiển vi chương trình ④Đơn vị điều khiển vi chương trình (Microprogrammed Control Unit) ④Đơn vị điều khiển nối kết cứng (Hardwired Control Unit) 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 13 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 14 NKK-HUT NKK-HUT Đơn vị điều khiển vi chương trình (tiếp) Đơn vị điều khiển nối kết cứng ④Bộ nhớ vi chương trình (ROM) lưu trữ các vi chương trình (microprogram) ④Một vi chương trình bao gồm các vi lệnh (microinstruction) ④Mỗi vi lệnh mã hoá cho một vi thao tác (microoperation) ④Để hoàn thành một lệnh cần thực hiện một hoặc một vài vi chương trình ④Tốc độ chậm 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 15 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 16 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 4 Bài giảng Kiến trúc máy tính NKK-HUT Đơn vị điều khiển nối kết cứng (tiếp) 18 March 2007 NKK-HUT 4.Tập thanh ghi ④Sử dụng mạch cứng để giải mã và tạo các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh ④Tốc độ nhanh ④Đơn vị điều khiển phức tạp ④Chức năng và đặc điểm: ④Chứa các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động ở thời điểm hiện tại của CPU ④Được coi là mức đầu tiên của hệ thống nhớ ④Số lượng thanh ghi nhiều ⮳ tăng hiệu năng của CPU ④Có hai loại thanh ghi: ④Các thanh ghi lập trình được ④Các thanh ghi không lập trình được 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 17 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 18 NKK-HUT Phân loại thanh ghi theo chức năng NKK-HUT Một số thanh ghi điển hình ④Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào-ra. ④Thanh ghi dữ liệu: chứa tạm thời các dữ liệu. ④Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu. ④Thanh ghi điều khiển/trạng thái: chứa các thông tin điều khiển và trạng thái của CPU. ④Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang được thực hiện. ④Các thanh ghi địa chỉ ④Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) ④Con trỏ dữ liệu DP (Data Pointer) ④Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer) ④Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register) ④Các thanh ghi dữ liệu ④Thanh ghi trạng thái 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 19 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 20 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 5 ... - tailieumienphi.vn