Bài giảng kiến trúc máy tính và hợp ngữ bài 4 phạm tuấn sơn

Bài 04: Cấu trúc hoạt động Bộ xử lý Phạm Tuấn Sơn ptson@fit.hcmus.edu.vn Cấu trúc máy tính Máy tính Bộ xử lý Bộ nhớ (Central (Main Processing Memory) Unit) Hệ thống kết nối (Bus) Máy tính (Computer) Thiết bị nhập xuất (Input Output) Thực thi chương trình Cấu trúc xử lý Lưu trữ tạm liệu để ALU, CU xử lý điều khiển Computer Thanh ghi (Registers) I/O System Bus Bộ xử lý (CPU) Xử lý, tính tốn liệu lưu ghi Đơn vị xử lý (Arithmetic & Logic Unit) CPU Internal Bus Memory Đơn vị điều khiển (Control Unit) Kết nối thành phần CU, ALU Register CPU Điều khiển xử lý ALU liệu ghi Lệnh máy • Lệnh máy (machine instruction/ instruction/ machine code) dãy bit chứa yêu cầu mà xử lý phải thực • Cấu trúc lệnh máy thường gồm: – Mã thao tác (opcode): cho biết lệnh thực thao tác (+ –, and, or, …) – Các toán hạng (operand): cho biết đối tượng bị tác động thao tác mã thao tác (thanh ghi, vùng nhớ, số, …) • Mỗi xử lý hiểu số lệnh với vài cấu trúc định Thực thi chương trình… …cụ thể Hoạt động CPU • Xử lý lệnh máy qua bước, gọi chu kỳ lệnh (instruction cycle) – Nạp lệnh (Fetch) • Di chuyển lệnh từ nhớ vào ghi – Thực thi lệnh • Giải mã lệnh thực thao tác yêu cầu Quá trình np lnh ã ã ã ã MAR ò (PC) MBR ß Memory IR ß (MBR) PC ß (PC) + • Thanh ghi MAR (Memory Address Register) – Lưu địa gửi ra/ nhận vào từ bus địa • Thanh ghi MBR (Memory Buffer Register) – Lưu giá trị gửi ra/ nhận vào từ bus liệu • Thanh ghi PC (Program Counter) – Lưu địa lệnh nạp • Thanh ghi IR (Instruction Register) – Lưu lệnh xử lý • • Bộ xử lý di chuyển lệnh từ vùng nhớ có địa ghi PC vào ghi IR Mặc định, giá trị ghi PC tăng lượng chiều dài lệnh nạp Quá trình thực thi lệnh • Bộ xử lý giải mã lệnh ghi IR thực thao tác yêu cầu như: – Thực phép tính số học luận lý – Thực di chuyển liệu ghi nhớ – Thực di chuyển liệu ghi thiết bị nhập xuất – Thực thao tác điều khiển rẽ nhánh Ví dụ q trình xử lý lệnh CPU Nạp lệnh Thực thi lệnh Cấu trúc lệnh bit 12 bit Mã thao tác Địa Các ghi: PC, IR, AC Mã thao tác 0001 = Nạp liệu từ “địa chỉ” vào ghi AC 0010 = Lưu liệu từ ghi AC vào nhớ “địa chỉ” 0101 = Cộng dồn giá trị “địa chỉ” vào ghi AC 10 Chu kỳ lệnh tổng quát Tính địa lệnh Nạp lệnh Giải mã lệnh Tính địa toán hạng Nạp toán hạng Thực thi lệnh Tính địa tốn hạng chứa kết Ghi kết 11 Ngắt • Ngắt (Interrupt) chế cho phép ngắt trình thực thi thông thường lệnh xử lý để phục vụ công việc khác nhập xuất • Một số loại ngắt – Ngắt chương trình • Debug chương trình • Trường hợp tràn số, chia cho 0,… – Ngắt đồng hồ • Được phát sinh định bên xử lý • Được sử dụng môi trường đa nhiệm – Nhập xuất • Ví dụ: nhập ký tự,… – Lỗi phần cứng • Ví dụ: lỗi truyền liệu, 12 Q trình phục vụ ngắt • • • Bộ xử lý kiểm tra ngắt thực thi xong lệnh dựa vào tín hiệu ngắt Nếu khơng có ngắt, nạp lệnh có địa PC Nếu có ngắt: – – – – – Tạm ngừng thực thi tiếp lệnh chương trình thực Lưu lại liệu thực dang dở chương trình Đặt địa bắt đầu thủ tục xử lý ngắt vào ghi PC Xử lý ngắt Khôi phục liệu thực dang dở chương trình bị ngắt tiếp tục thực chương trình 13 Tham khảo • Chương 12, William Stallings 14 ...Cấu trúc máy tính Máy tính Bộ xử lý Bộ nhớ (Central (Main Processing Memory) Unit) Hệ thống kết nối (Bus) Máy tính (Computer) Thiết bị nhập xuất (Input Output) Thực thi chương trình Cấu trúc. .. Điều khiển xử lý ALU liệu ghi Lệnh máy • Lệnh máy (machine instruction/ instruction/ machine code) dãy bit chứa yêu cầu mà xử lý phải thực • Cấu trúc lệnh máy thường gồm: – Mã thao tác (opcode):... số lệnh với vài cấu trúc định Thực thi chương trình… …cụ thể Hoạt động CPU • Xử lý lệnh máy qua bước, gọi chu kỳ lệnh (instruction cycle) – Nạp lệnh (Fetch) • Di chuyển lệnh từ nhớ vào ghi – Thực