Kiến trúc máy tính - Chương 6: Kiến trúc bộ lệnh potx

Chương – Kiến trúc lệnh 6.1 Phân loại kiến trúc lệnh 6.2 Địa nhớ 6.3 Mã hóa tập lệnh 6.3.1 Các tiêu chuẩn thiết kế dạng thức lệnh 6.3.2 Opcode mở rộng 6.3.3 Ví dụ dạng thức lệnh 6.3.4 Các chế độ lập địa 6.4 Bộ lệnh 6.4.1 Nhóm lệnh truyền liệu 6.4.2 Nhóm lệnh tính tốn số học 6.4.3 Nhóm lệnh Logic 6.4.4 Nhóm lệnh dịch chuyển 6.4.5 Nhóm lệnh có điều kiện lệnh nhảy 6.5 Cấu trúc lệnh CISC RISC Khoa KTMT Vũ Đức Lung 6.1 Phân loại kiến trúc lệnh  kiến trúc ngăn xếp (stack),  kiến trúc ghi tích lũy (Accumulator)  kiến trúc ghi đa dụng GPRA(general-purpose register architecture) Ví dụ phép tính C = A + B dùng kiểu kiến trúc: Khoa KTMT Vũ Đức Lung Kiểu kiến trúc GPR  Ưu điểm – Dùng ghi, dạng lưu trữ CPU có tốc độ nhanh nhớ ngồi – Trình tự thực lệnh thứ tự – Dùng ghi để lưu biến giảm thâm nhập đến nhớ => chương trình nhanh  Nhược điểm – Lệnh dài – Số lượng ghi bị giới hạn  Ngăn xếp (Stack) ?  Thanh ghi tích luỹ (Accumulator Register) ? Khoa KTMT Vũ Đức Lung Kiểu kiến trúc ghi đa dụng  lệnh có tốn hạng ADD A, B  lệnh có tốn hạng ADD A, B, C  Số toán hạng nhớ thay đổi từ tới  Các loại tốn hạng • ghi-thanh ghi (kiểu cịn gọi nạp - lưu trữ), • ghi - nhớ • nhớ - nhớ Khoa KTMT Vũ Đức Lung 6.2 Địa nhớ  Các khái niệm: – Memory, bit, cell, address, byte, word  Sắp xếp thứ tự byte – Có vấn đề khơng cách xếp thứ tự byte Khoa KTMT Vũ Đức Lung Vấn đề thứ tự byte VD: Biểu diễn JIM SMITH, 21 tuổi, phòng 260 Khoa KTMT Vũ Đức Lung 6.3 Mã hóa tập lệnh  Các trường mã hóa: – mã tác vụ (operation code): Opcode – Địa Khoa KTMT Vũ Đức Lung Các tiêu chuẩn thiết kế dạng thức lệnh  Có tiêu chuẩn thiết kế: – – – – Mã lệnh ngắn ưu việt mã lệnh dài Độ dài mã lệnh đủ đế biểu diễn tất phép toán mong muốn độ dài word máy bội số nguyên độ dài ký tự số BIT trường địa ngắn tốt Ví dụ thiết kế máy với ký tự bit nhớ chứa 216 ký tự Bộ nhớ dung lượng : 216 * = 219 bit + Ơ nhớ kích thước bit => Số ô nhớ: 219 / = 216 ⇒ trường địa cần 16 bit + Ơ nhớ kích thước 32 bit Số nhớ: 219 / 32 = 214 ⇒ trường địa cần 14 bit Khoa KTMT Vũ Đức Lung 0 Word 0 Khoa KTMT Word Word Word Word 216-1 31 214-1 Vũ Đức Lung Opcode mở rộng Ví dụ máy tính có lệnh dài 16 bit :  Lệnh (n+k) bit với opcode chiếm k bit địa chiếm n bit Ví dụ: 15 lệnh ba địa Khoa KTMT Vũ Đức Lung 10 Ví dụ lệnh Add với tham chiếu nhớ  Khoa KTMT Add R1, @(R3) Vũ Đức Lung 22 6.4 Bộ lệnh  Quá trình biên dịch ngôn ngữ máy Khoa KTMT Vũ Đức Lung 23 Nhóm lệnh truyền liệu  MOVE Ri, Rj  Một số ví dụ lệnh MOVE: Khoa KTMT Vũ Đức Lung 24 Nhóm lệnh truyền liệu  LOAD đích, nguồn – ví dụ: LOAD Ri, M (địa chỉ) // RiM[địa chỉ]  STORE đích, nguồn – ví dụ: STORE M(địa chỉ), Ri Khoa KTMT Vũ Đức Lung // M[địa chỉ] ←Ri 25 Nhóm lệnh tính tốn số học  ADD đích, nguồn  SUB đích, nguồn  Ví dụ: ADD ADD SUB SUB Khoa KTMT AX, BX AL,74H CL, AL AX, 0405H // đích  đích + nguồn // đích  đích – nguồn // AX AX + BX // AL  AL + M[74H] // CL  CL – AL // AX  AX – 0405H Vũ Đức Lung 26 Nhóm lệnh tính tốn số học  Các lệnh tính tốn số học Khoa KTMT Vũ Đức Lung 27 Nhóm lệnh logic  AND đích, nguồn  OR đích, nguồn  Ví dụ: AND AL, BL AL = 00001101B BL = 00110011B => AL = 00000001B Khoa KTMT Vũ Đức Lung 28 Nhóm lệnh dịch chuyển số học logic (SHIFT )  SRL (Shift Right Logical - dịch phải logic)  SLL (Shift Left Logical - dịch trái logic)  SRA (Shift Right Arithmetic - dịch phải số học)  SLA (Shift Left Arithmetic – dịch trái số học) Khoa KTMT Vũ Đức Lung 29 Các lệnh dịch chuyển Khoa KTMT Vũ Đức Lung 30 Các lệnh dịch chuyển Khoa KTMT Vũ Đức Lung 31 Các lệnh có điều kiện lệnh nhảy Nếu khơng (IF THEN ELSE ) Khoa KTMT Vũ Đức Lung 32 Các lệnh có điều kiện lệnh nhảy Ví dụ: LOAD Loop: ADD DECREMENT BEQZ Khoa KTMT R1, #100 R0, (R2)+ R1 R1, Loop // Giải thích Vũ Đức Lung 33 Thống kê sử dụng CPU Loại lệnh % sử dụng thời gian Chuyển liệu Điều khiển dịng chảy 23% Tính tốn số học 15% So sánh 13% Phép toán Logic 5% Các lệnh khác Khoa KTMT 43% 1% Vũ Đức Lung 34 Cấu trúc lệnh CISC RISC RISC CISC – Độ dài lệnh cố định (32 bit) – Sử dụng kiến trúc load-store lệnh xử lý liệu hoạt động ghi cách ly với lệnh truy cập nhớ – Một số lớn ghi đa dụng 32 bit – Có số lệnh (thường 100 lệnh) – Có số kiểu định vị – Có số dạng lệnh (một hai) – Chỉ có lệnh ghi đọc ô nhớ thâm nhập vào nhớ – Kích thước tập lệnh thay đổi – Giá trị nhớ dùng như toán hạng lệnh xử lý liệu – Có nhiều ghi, hầu hết để sử dụng cho mục đích riêng biệt – Có nhiều lệnh (khoảng 500) – Có nhiều kiểu định vị (xem phần 6.3.4) – Có nhiều dạng lệnh – Có nhiều lệnh khác thâm nhập vào nhớ – Giải mã lệnh logic kết nối phần cứng – Thực thi lệnh theo cấu trúc dòng chảy (xem hình 7.9 chương sau) – Một lệnh thực thi chu kì xung nhịp – Sử dụng nhiều code ROM giải mã lệnh – Các máy cũ phải hết dòng lệnh đến dòng lệnh khác – Cần nhiều chu kì xung nhịp để hồn thành lệnh Khoa KTMT Vũ Đức Lung 35 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Giả sử cần thiết kế máy với ký tự bit nhớ chứa 24 ký tự Hãy cho biết trường địa cần bit trường hợp: a) Ơ nhớ kích thước bit b) Ơ nhớ kích thước 16 bit c) Ô nhớ kích thước 32 bit Thiết kế opcode mở rộng nhằm cho phép mã hóa nội dung sau lệnh 36 bit – – – lệnh có hai địa 15 bit số hiệu ghi bit 500 lệnh có địa 15 bit số hiệu ghi bit 50 lệnh khơng có địa ghi Có thể thiết kế opcode mở rộng phép mã hóa nội dung sau lệnh 12 bit khơng? Trường ghi rộng bit – – – lệnh có ba ghi 255 lệnh có hai ghi 2048 lệnh khơng có ghi Khoa KTMT Vũ Đức Lung 36 ... loại kiến trúc lệnh  kiến trúc ngăn xếp (stack),  kiến trúc ghi tích lũy (Accumulator)  kiến trúc ghi đa dụng GPRA(general-purpose register architecture) Ví dụ phép tính C = A + B dùng kiểu kiến. .. Lung 10 Opcode mở rộng  14 lệnh hai địa Khoa KTMT Vũ Đức Lung 11 dạng thức lệnh PDP-11  Mã hóa lệnh máy PDP-11  tám cách PDP-11  opcode mở rộng có dạng x111  lệnh tốn hạng – opcode 10 bit:... 23% Tính tốn số học 15% So sánh 13% Phép toán Logic 5% Các lệnh khác Khoa KTMT 43% 1% Vũ Đức Lung 34 Cấu trúc lệnh CISC RISC RISC CISC – Độ dài lệnh cố định (32 bit) – Sử dụng kiến trúc load-store