- Trang Chủ
- Phần cứng
- Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 6 - Nguyễn Kim Khánh
Xem mẫu
- NKK-HUST
Kiến trúc máy tính
om
.c
Chương 6
ng
co
BỘ XỬ LÝ
an
th
o ng
du
u
cu
Nguyễn Kim Khánh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
2017 Kiến trúc máy tính 310
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Nội dung học phần
Chương 1. Giới thiệu chung
om
.c
Chương 2. Cơ bản về logic số
ng
Chương 3. Hệ thống máy tính
co
Chương 4. Số học máy tính
an
Chương 5. Kiến trúc tập lệnh
th
Chương 6. Bộ xử lý
o ng
du
Chương 7. Bộ nhớ máy tính
u
Chương 8. Hệ thống vào-ra
cu
Chương 9. Các kiến trúc song song
2017 Kiến trúc máy tính 311
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Nội dung của chương 6
om
6.1. Tổ chức của CPU
.c
ng
6.2. Thiết kế đơn vị điều khiển
co
6.3. Kỹ thuật đường ống lệnh
an
th
6.4. Ví dụ thiết kế bộ xử lý theo kiến trúc
ng
MIPS (*)
o
du
u
cu
(*) dành cho Chương trình Tài năng và Chất lượng cao
2017 Kiến trúc máy tính 312
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
6.1. Tổ chức của CPU
1. Cấu trúc cơ bản của CPU
om
n Nhiệm vụ của CPU:
.c
n Nhận lệnh (Fetch Instruction): CPU đọc lệnh từ bộ
ng
nhớ
co
Giải mã lệnh (Decode Instruction): xác định thao tác
an
n
mà lệnh yêu cầu
th
n Nhận dữ liệu (Fetch Data): nhận dữ liệu từ bộ nhớ
ng
hoặc các cổng vào-ra
o
du
n Xử lý dữ liệu (Process Data): thực hiện phép toán số
u
học hay phép toán logic với các dữ liệu
cu
n Ghi dữ liệu (Write Data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay
cổng vào-ra
2017 Kiến trúc máy tính 313
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Sơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU
om
Đơn vị
Đơn vị Tập
.c
số học
điều khiển thanh ghi
ng
và logic
(CU) (RF)
(ALU)
co
an
th
bus bên trong
o ng
Đơn vị nối ghép bus (BIU)
du
u
cu
bus điều khiển bus dữ liệu bus địa chỉ
2017 Kiến trúc máy tính 314
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
2. Đơn vị số học và logic
Chức năng: Thực hiện các phép toán
om
n
số học và phép toán logic:
.c
ng
n Số học: cộng, trừ, nhân, chia, đảo dấu
co
n Logic: AND, OR, XOR, NOT, phép dịch bit
an
th
o ng
du
u
cu
2017 Kiến trúc máy tính 315
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Mô hình kết nối ALU
Dữ liệu từ Dữ liệu đến
om
các thanh ghi các thanh ghi
.c
Đơn vị
ng
số học và logic
co
Các tín hiệu (ALU)
an
từ đơn vị
th
điều khiển
o ng
du
u
Thanh ghi cờ
cu
Thanh ghi cờ: hiển thị trạng thái của kết quả phép toán
2017 Kiến trúc máy tính 316
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
3. Đơn vị điều khiển
Chức năng
om
n
.c
n Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào CPU
ng
n Tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế tiếp
co
Giải mã lệnh đã được nhận để xác định thao
an
n
tác mà lệnh yêu cầu
th
n
o ng
Phát ra các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh
du
n Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và
u
đáp ứng với các yêu cầu đó.
cu
2017 Kiến trúc máy tính 317
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Mô hình kết nối đơn vị điều khiển
om
.c
Thanh ghi lệnh
ng
co
Các cờ Các tín hiệu
an
điều khiển
th
bên trong CPU
Đơn vị điều khiển
Clock
o ng
du
u
Các tín hiệu Các tín hiệu
cu
điều khiển từ điều khiển đến
bus hệ thống bus hệ thống
Bus điều khiển
2017 Kiến trúc máy tính 318
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Các tín hiệu đưa đến đơn vị điều khiển
Clock: tín hiệu nhịp từ mạch tạo dao
om
n
động bên ngoài
.c
ng
n Lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để giải
co
mã
an
th
n Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng
thái của CPU
o ng
du
n Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển
u
cu
2017 Kiến trúc máy tính 319
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Các tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển
Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU:
om
n
Điều khiển các thanh ghi
.c
n
ng
n Điều khiển ALU
co
n Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU:
an
th
n Điều khiển bộ nhớ
n
o ng
Điều khiển các mô-đun vào-ra
du
u
cu
2017 Kiến trúc máy tính 320
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
4. Hoạt động của chu trình lệnh
Chu trình lệnh
om
.c
n Nhận lệnh
ng
co
n Giải mã lệnh
an
Nhận toán hạng
th
n
n Thực hiện lệnh
o ng
du
n Cất toán hạng
u
cu
n Ngắt
2017 Kiến trúc máy tính 321
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Giản đồ trạng thái chu trình lệnh
om
Nhận lệnh Nhận Cất
.c
toán hạng toán hạng
ng
Nhiều Nhiều
co
toán toán
hạng hạng
an
Có
th
Tính Giải mã Tính Tính ngắt
địa chỉ Thao tác Kiểm tra
thao tác địa chỉ địa chỉ Ngắt
của lệnh lệnh
o ng
toán hạng
dữ liệu
toán hạng
ngắt
du
Không
Lệnh hoàn thành, Quay lại với dữ liệu ngắt
nhận lệnh tiếp theo String hoặc Vector
u
cu
2017 Kiến trúc máy tính 322
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Nhận lệnh
om
n CPU đưa địa chỉ của lệnh cần nhận từ bộ
.c
đếm chương trình PC ra bus địa chỉ
ng
CPU phát tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ
co
n
an
n Lệnh từ bộ nhớ được đặt lên bus dữ liệu
th
và được CPU copy vào thanh ghi lệnh IR
o ng
du
n CPU tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh
u
kế tiếp
cu
2017 Kiến trúc máy tính 323
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Sơ đồ mô tả quá trình nhận lệnh
om
CPU
.c
PC
ng
co
Bộ nhớ
Đơn vị
an
điều khiển
th
o ng
du
IR
u
cu
PC: Bộ đếm chương trình Bus Bus Bus
IR: Thanh ghi lệnh địa dữ điều
chỉ liệu khiển
2017 Kiến trúc máy tính 324
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Giải mã lệnh
om
Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa
.c
n
đến đơn vị điều khiển
ng
co
n Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh
an
để xác định thao tác phải thực hiện
th
n
o ng
Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU
du
u
cu
2017 Kiến trúc máy tính 325
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Nhận dữ liệu từ bộ nhớ
om
n CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus
.c
địa chỉ
ng
co
n CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
an
Toán hạng được đọc vào CPU
th
n
ng
Tương tự như nhận lệnh
o
n
du
u
cu
2017 Kiến trúc máy tính 326
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Sơ đồ mô tả nhận dữ liệu từ bộ nhớ
om
CPU
.c
MAR
ng
co
Đơn vị
Bộ nhớ
an
điều khiển
th
o ng
MBR
du
u
cu
MAR: Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ Bus Bus Bus
MBR: Thanh ghi đệm bộ nhớ địa dữ điều
chỉ liệu khiển
2017 Kiến trúc máy tính 327
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Thực hiện lệnh
om
n Có nhiều dạng tuỳ thuộc vào lệnh
.c
n Có thể là:
ng
Đọc/Ghi bộ nhớ
co
n
an
n Vào/Ra
th
n Chuyển giữa các thanh ghi
ng
Phép toán số học/logic
o
n
du
Chuyển điều khiển (rẽ nhánh)
u
n
cu
n ...
2017 Kiến trúc máy tính 328
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- NKK-HUST
Ghi toán hạng
om
n CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ
.c
ng
n CPU đưa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu
co
n CPU phát tín hiệu điều khiển ghi
an
th
n Dữ liệu trên bus dữ liệu được copy đến
ng
vị trí xác định
o
du
u
cu
2017 Kiến trúc máy tính 329
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
nguon tai.lieu . vn