Microsoft Word Bai Giang LT Vi xu ly Khoa CNDT docx Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ 24 CHƯƠNG 2 BỘ VI XỬ LÝ INTEL 80X86 2 1 Cấu trúc phần cứng của bộ vi xử lý 8086 + Control Unit (CU) tạo ra tất cả các tín hiệu điều khiển trong CPU Nó khởi tạo các thanh ghi khi ở nguồn, tạo ra các tín hiệu để lấy lệnh cho ALU Khối điều khiển có thể được thực hiện hoàn toàn bởi phần cứng (điều khiển cứng, ví dụ như sử dụng một bộ đếm trạng thái và một mảng logic khả lập triình) hay kết hợp giữa các lệnh phần mềm (vi.
Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG 2: BỘ VI XỬ LÝ INTEL 80X86 2.1 Cấu trúc phần cứng vi xử lý 8086 + Control Unit (CU) tạo tất tín hiệu điều khiển CPU Nó khởi tạo ghi nguồn, tạo tín hiệu để lấy lệnh cho ALU Khối điều khiển thực hồn tồn phần cứng (điều khiển cứng, ví dụ sử dụng đếm trạng thái mảng logic khả lập triình) hay kết hợp lệnh phần mềm (vi lệnh lưu trữ CPU) phần cứng (bộ điều khiển vi chương trình Cả hai họ vi xử lý Intel 8086 Motorola 68000 sử dụng điều khiển vi chương trình + Registers – nhớ nhỏ, nhanh, thường sử dụng để lưu liệu địa gắn với (tương ứng với) mã lệnh chương trình + ALU thực phép toán số học logic 2.2 Cấu trúc bên hoạt động + Trong sơ đồ khối, ta thấy CPU 8086 có hai khối chính: khối phối ghép bus (bus interface unit, BIU) khối thực lệnh (execution unit, EU) Việc chia CPU thành hai phần đồng thời có liên hệ với qua đệm lệnh làm tăng đáng kể tốc độ xử lý CPU Các bus bên CPU có nhiệm vụ chuyển tải tín hiệu khối khác Trong số bus có bus liệu 16 bit ALU, bus tín hiệu điều khiển EU bus hệ thống BIU Trước bus vào bus vi xử lý, tín hiệu truyền bus thường cho qua đệm để nâng cao tính tương thích cho nối ghép nâng cao khả phối ghép 24 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ + BIU có nhiệm vụ đưa địa chỉ, đọc mã lệnh từ nhớ, đọc/ghi liệu từ/vào cổng nhớ Bên BIU có nhớ đệm lệnh (cịn gọi hàng đợi lệnh) dùng để chứa lệnh đọc nằm sẵn chờ EU xử lý + EU có nhiệm vụ cung cấp địa cho BIU để khối đọc lệnh liệu, cịn thân giải mã lệnh thực lệnh Mã lệnh đọc vào từ nhớ đưa đến đầu vào giải mã (nằm khối điều khiển CU), thông tin thu từ đầu giải mã đưa đến mạch tạo xung điều khiển để tạo dãy xung khác (tùy lệnh) điều khiển hoạt động phận bên bên ngồi CPU Trong EU cịn có khối tính toán số học logic ALU dùng để thực thao tác khác với toán hạng lệnh 2.3 Sơ đồ khối bên 8086 + Đơn vị giao tiếp Bus (BIU) BIU bao gồm ghi đoạn (segment registers: CS, DS, SS, ES), trỏ lệnh IP (instruction pointer) điều khiển logic bus (bus control logic, BCL) Đơn vị giao diện BIU cịn có nhớ đệm cho mã lệnh Bộ nhớ có chiều dài byte (trong 8088) byte (trong 8086) Bộ nhớ đệm mã lệnh nối với khối điều khển CB (control block) đơn vị thực lệnh EU Bộ nhớ lưu trữ tạm thời mã lệnh dãy gọi hàng đợi lệnh Hàng đợi lệnh cho phép vi xử lý có khả xử lý xen kẽ liên tục dịng mã lệnh (pipelining) Hoạt động CPU chia làm ba giai đoạn: đọc mã lệnh (operation code fetching), giải mã lệnh (decording) thực lệnh (execution) BIU đưa địa chỉ, đọc mã lệnh từ nhớ, đọc/ghi liệu từ cổng vào nhớ Nói cách khác BIU chịu trách nhiệm đưa địa bus trao đổi liệu với bus 25 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ + Đơn vị xử lý lệnh (EU) Trong EU có khối điều khiển (control unit, CU) Chính bên khối điều khiển có mạch giải mã lệnh Mã lệnh đọc vào từ nhớ đưa đến đầu vào giải mã, thông tin thu từ đầu đưa đến mạch tạo xung điều khiển, kết thu dãy xung khác tuỳ theo mã lệnh, để điều khiển hoạt động phận bên bên CPU Trong EU có khối số học lơgic (arithmatic and logic unit, ALU) chuyên thực phép tính số học logic mã tốn tử nằm ghi đa Kết thường đặt ghi AX Ngồi EU cịn có ghi đa (registers: AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI), ghi cờ FR (flag register) Tóm lại, CPU hoạt động EU cung cấp thông tin địa cho BIU để khối đọc lệnh liệu, cịn thân giải mã thực lệnh + Nhóm ghi Vi xử lý 8086 có tất 14 ghi nội Các ghi phân nhóm sau: 26 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ o Thanh ghi liệu (data register) o Thanh ghi số trỏ (index & pointer register) o Thanh ghi đoạn (segment register) o Thanh ghi cờ a Các ghi liệu Các ghi liệu gồm có ghi 16 bit AX, BX, CX DX nửa cao nửa thấp ghi định địa cách độc lập Các nửa ghi (8 bit) có tên AH AL, BH BL, CH CL, DH DL Các ghi sử dụng phép toán số học logic hay q trình chuyển liệu Trong : AX (ACC – Accumulator): BX (Base): ghi sở CX (Count): đếm DX (Data): ghi liệu b Các ghi số trỏ Bao gồm ghi 16 bit SP, BP, SI DI, thường chứa giá trị offset (độ lệch) cho phần tử định địa phân đoạn (segment) Chúng sử dụng phép toán số học logic Hai ghi trỏ (SP – Stack Pointer BP – Base Pointer) cho phép truy xuất dễ dàng đến phần tử ngăn xếp (stack) hành Các ghi số (SI – Source Index DI – Destination Index) dùng để truy xuất phần tử đoạn liệu đoạn thêm (extra segment) Thông thường ghi trỏ liên hệ đến đoạn stack hành ghi số liên hệ đến doạn liệu hành SI DI dùng phép toán chuỗi c Các ghi đoạn Bao gồm ghi 16 bit CS (Code segment), DS (Data segment), SS (stack segment) ES (extra segment), dùng để định địa vùng nhớ MB cách chia thành 16 đoạn 64 KB Tất lệnh phải đoạn mã hành, định địa thông qua ghi CS Offset (độ lệch) mã xác định ghi IP Dữ liệu chương trình thường đặt đoạn liệu, định vị thông qua ghi DS Stack định vị thông qua ghi SS Thanh ghi đoạn thêm sử dụng để định địa toán hạng, liệu, nhớ phần tử khác đoạn liệu stack hành Do Bus địa vi xử lý 8086 có kích thước 20 bit, ghi trỏ ghi số rộng 16 bit nên khơng thể định địa cho tồn nhớ vật lý máy tính (2 20B = 1.048.576B = 1Mbyte) Vì chế độ thực (real mode) nhớ chia làm nhiều đoạn để 27 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ ghi trỏ 16 bit quản lý Các ghi đoạn 16 bit địa đầu đoạn nhớ, dung lượng lớn đoạn nhớ dài 216 = 64 Kbyte thời điểm định vi xử lý làm việc với đoạn nhớ 64Kbyte Việc thay đổi giá trị ghi đoạn làm cho đoạn dịch chuyển linh hoạt khơng gian Mbyte, đoạn nằm cách thông tin cần lưu chúng đòi hỏi dung lượng đủ 64 Kbyte nằm chồng có đoạn khơng dùng hết độ dài 64 Kbyte đoạn khác bắt đầu nối tiếp sau Địa nhớ nằm đầu đoạn ghi ghi đoạn 16 bit, địa gọi địa sở Mười sáu bit tương ứng với đường dây địa từ A4 đến A20 Như giá trị vật lý địa đoạn giá trị ghi đoạn dịch sang trái vị trí Điều tương đương với phép nhân với 24 = 16 Địa nhớ khác nằm đoạn tính cách cộng thêm vào địa sở giá trị gọi địa lệch hay độ lệch (offset), gọi ứng với khoảng lệch toạ độ nhớ cụ thể so với ô đầu đoạn Độ lệch xác định ghi 16 bit khác đóng vai trò ghi lệch (offset register) d Thanh ghi cờ Các cờ thị tình trạng vi xử lý điều khiển hoạt động Một ghi cờ flip-flop mà thị số tình trạng tạo việc thực thi lệnh hay hoạt động điều khiển cụ thể EU Thanh ghi cờ 16-bit EU có cờ o Các cờ điều kiện - conditional flags: Có cờ gọi cờ điều kiện Chúng lập hay xoá EU, dựa kết phép toán số học o Cờ điều khiển - control flags: cờ lại ghi cờ sử dụng để điều khiển số hoạt động vi xử lý Chúng gọi cờ điều khiển a) Carry Flag (CF)- set by carry out of MSB b) Parity Flag (PF)- set if result has even parity c) Auxiliary carry Flag (AF)- for BCD d) Zero Flag (ZF)- set if results = e) Sign Flag (SF) = MSB of result f) TF- single step trap flag g) IF- interrupt enable flag h) DF- string direction flag i) Overflow Flag (OF)- overflow flag + Các cờ điều kiện 28 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ o Cờ nhớ - Carry flag (CF) – Cờ đặt lên tính tốn số khơng dấu bị tràn Ví dụ cộng dạng byte: 255+1 (kết không nằm vùng 255) Khi không tràn, cờ đặt o Cờ chẵn lẻ - parity flag (PF) – Cờ PF=1 số lượng bit “1” kết chẵn, PF=0 số lượng bit “1” lẻ o Cờ nhớ phụ - auxiliary carry flag (AF)- có ý nghĩa quan trọng phép cộng phép trừ số BCD; AF=1 nhóm bit thấp (khơng dấu) tràn Chỉ sử dụng với lệnh thao tác với số BCD o Cờ không - zero flag (ZF)- thị kết qủa phép toán số học hay logic o Cờ dấu - sign flag (SF) - thị dấu số học kết sau phép toán số học Nếu số âm (MSB=1) SF=1 ngược lại SF=0 MSB=0 o Cờ tràn - overflow flag (OF)- Cờ tràn OF=1 tính tốn tràn số âm Ví dụ tính bới byte: 100+50 (kết khoảng -128 127) + Các cờ điều khiển Các cờ điều khiển lập hay xố thơng qua lệnh đặc biệt chương trình người dùng Ba cờ điều khiển là: o Cờ bẫy - trap flag (TF) – Khi cờ TF=1, CPU chờ ngắt từ thiết bị o Cờ ngắt - interrupt flag (IF) - sử dụng phép hay cấm ngắt chương trình; o Cờ hướng - direction flag (DF) - sử dụng với lệnh chuỗi, mảng liệu, DF=0 thực thi theo hướng tiến, DF=1 thực thi theo hướng lùi o Khơng có lệnh riêng để lập cờ TF 2.4 Mô tả chức chân + Sơ đồ chân 8086/8088 gần tương tự nhau, khác chỗ 8088 có 8bit liệu cịn 8086 có 16 bit liệu Cả xử lý có: o Độ rộng bus liệu nội 16 bit o 20 đường địa (16 address/data + address/status), cho phép địa hố khơng gian nhớ tối đa 1Mbyte chế độ dồn kênh address/data pins (8088 only multiplexes pins) o chế độ hoạt động (maximum minimum mode) o Cùng tập lệnh *** Sinh viên tham khảo them Internet *** 29 ... 27 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ ghi trỏ 16 bit quản lý Các ghi đoạn 16 bit địa đầu đoạn nhớ, dung lượng lớn đoạn nhớ dài 216 = 64 Kbyte thời điểm định vi xử lý làm vi? ??c với đoạn nhớ 64Kbyte Vi? ??c... khối đọc lệnh liệu, thân giải mã thực lệnh + Nhóm ghi Vi xử lý 8086 có tất 14 ghi nội Các ghi phân nhóm sau: 26 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ o Thanh ghi liệu (data register) o Thanh ghi số trỏ... nhớ Nói cách khác BIU chịu trách nhiệm đưa địa bus trao đổi liệu với bus 25 Bài giảng KỸ THUẬT VI XỬ LÝ + Đơn vị xử lý lệnh (EU) Trong EU có khối điều khiển (control unit, CU) Chính bên khối điều