1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

slide tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của bộ vi xử lý trong máy tính

63 3,3K 3

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 63
Dung lượng 18,2 MB

Nội dung

THANH GHI ĐA NĂNG thanh ghi dữ liệu 1 Là các thanh ghi 16 bit,chia ra làm 2 nửa cao và thấp gồm các thanh ghi 8 bit : AL,AH,BL,BH,CL,CH,DL,DH  DX :dùng cùng với AX trong nhân chia các

Trang 1

CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA VI XỬ LÝ

Trang 2

NỘI DUNG CHÍNH

Trang 4

CPU VÀ HỆ THỐNG BUS

Trang 5

CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA CPU

Trang 6

 Là 1 thành phần quyết định chủ yếu các thiết kế.

 Là mức cao nhất của hệ thống phân cấp bộ nhớ

Trang 7

THANH GHI NGƯỜI DÙNG CÓ THỂ NHÌN THẤY

 Thanh ghi đa năng

 Thanh ghi đoạn

 Thanh ghi con trỏ

 Thanh ghi chỉ số

 Thanh ghi cờ

Trang 8

THANH GHI ĐA NĂNG (thanh ghi dữ liệu )(1)

 Là các thanh ghi 16 bit,chia ra làm 2 nửa cao và thấp gồm các thanh ghi 8 bit : AL,AH,BL,BH,CL,CH,DL,DH

 DX :dùng cùng với AX trong nhân chia các số 16

bit,hay dung để chứa các địa chỉ cổng vào ra dữ liệu trực tiếp

Trang 9

THANH GHI ĐA NĂNG (ví dụ)

 ADD 3,4

Kết quả nằm trong thanh ghi AL

 MOV AX, 24H ; gán AX= 24h

MOV BX, 1234H; gán BX =1234H

ADD AX, [ BX]; cộng AX với địa chỉ của ô nhớ BX

Trang 10

THANH GHI ĐOẠN

 Gồm các thanh ghi 16bit :CS,DS,SS,ES

 Dùng để định địa chỉ đoạn vùng nhớ 1MB bằng cách chia thành 16đoạn 64KB

 Phạm vi 0 =>FFFFF =220 địa chỉ/ô nhớ

Trang 11

THANH GHI CON TRỎ

 Chứa địa chỉ bên trong của đoạn(gọi là địa chỉ lệch)

 Địa chỉ lệch :là độ lệch so với địa chỉ đầu đoạn

 Gồm các thanh ghi 16bit :BP,SP,IP

Trang 12

THANH GHI CHỈ SỐ

 SI: thanh ghi chỉ số nguồn

 DI: thanh ghi chỉ số đích

Trang 14

CÁC THANH GHI KHÁC

 Có thể thanh ghi trỏ tới

 Process control blocks (khối điều khiển xử lý)

 Interrupt Vectors (vector ngắt)

 Thiết kế CPU và thiết kế hệ điều hành có liên kết chặt chẽ

Trang 15

VÍ DỤ CẤU TẠO THANH GHI

Trang 16

CHU KỲ GIÁN TIẾP

 Có thể yêu cầu truy cập bộ nhớ để lấy toán hạng

 Địa chỉ gián tiếp đòi hỏi truy cập bộ nhớ nhiều hơn

 Có thể được coi như thêm chu kỳ lệnh nhỏ

Trang 17

CHU KỲ LỆNH GIÁN TIẾP

Trang 18

LUỒNG DỮ LIỆU( LẤY LỆNH)

 Phụ thuộc vào thiết kế của CPU

 Fetch(LẤY)

 Thanh ghi PC chứa địa chỉ của lệnh tiếp theo

 Địa chỉ thì được di chuyển tới MAR

 Hàng địa chỉ trên bus địa chỉ

 Đơn vị điều khiển thì yêu cầu bộ nhớ đọc

 Hàng kết quả trên bus dữ liệu, được copy tới MBR sau

đó tới IR

 Trong khi đợi lấy lệnh tiêp theo PC tăng lên mức 1

Trang 19

LUỒNG DỮ LIỆU ( LẤY DỮ

LIỆU)

 Thanh ghi IR được kiểm tra

 Nếu địa chỉ gián tiếp thì chu kỳ lệnh gián tiếp được thi hành

 N bit ở phía bên phải nhất của MBR được di chuyển tới MAR

 Đơn vị điều khiển thì yêu cầu bộ nhớ đọc

 Kết quả (địa chỉ của toán hạng) đưa tới MBR

Trang 20

LUỒNG DỮ LIỆU (sơ đồ lấy lệnh)

Trang 21

LUỒNG DỮ LIỆU (sơ đồ lấy lệnh gián tiếp)

Trang 22

LUỒNG DỮ LIỆU ( THI HÀNH)

 Cho phép lấy nhiều dạng

 Phụ thuộc vào lệnh đang thi hành

Trang 23

LUỒNG DỮ LIỆU ( NGẮT)

 Đơn giản

 Có thể dự đoán

 Dòng PC được lưu lại, cho phép lấy lại sau khi ngắt

 Những nội dung của PC được copy sang MBR

 Vị trí đặc biệt của bộ nhớ đưa tới MAR

Trang 24

LUỒNG DỮ LIỆU ( SƠ ĐỒ NGẮT)

Trang 25

TÌM NẠP

 Lấy địa chỉ của bộ nhớ chính

 Sự thi hành thường không được đưa tới bô nhớ chính

 Có thể lấy lệnh tiếp theo trong khoảng thời gian đó

 Sự thi hành của dòng lệnh

 Lệnh tìm nạp được gọi

Trang 26

CẢI THIỆN HIỆU SUẤT

 Nhưng không tăng gấp đôi:

 Tìm nạp thường ngắn hơn so với thực hiện

 Nạp trước nhiều hơn 1 lệnh.

 Bất kỳ nhảy hoặc nhánh có nghĩa là lệnh tìm nạp trước không phải là lệnh yêu cầu

 Thêm nhiều giai đoạn để cải thiện hiệu suất

Trang 28

SƠ ĐỒ THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CỦA PIPELINE

Trang 29

TÁC ĐỘNG CỦA RẼ NHÁNH CÓ ĐIỀU KIỆN VÀO PIPELINE

Trang 30

Nguy hiểm Pipeline

 Pipeline, hoặc 1 vài đoạn của pipeline, phải được ngăn

 Các loại nguy hiểm

 Resource

 Data

 Control

Trang 31

NGUY HẠI VỀ TÀI NGUYÊN

 Hai hoặc nhiều lệnh trong pipeline cần sử dụng tài nguyên.

 Thực hiện nối tiếp thay vì song song trong mỗi phần của đường ống.

 Còn được gọi là nguy hiểm về cấu trúc.

Trang 32

Nguy hại về dữ liệu

 Tranh chấp trong việc tiếp cận một vị trí toán hạng

 Hai lệnh được thực hiện theo thứ tự

 Cả hai truy cập vào một bộ nhớ riêng hoặc thanh ghi toán hạng.

 Nếu theo thứ tự không có vấn đề gì xảy ra.

 Nếu trong một đường ống dẫn, giá trị toán hạng có thể được cập nhật để xuất kết quả khác nhau từ thực hiện tuần tự nghiêm ngặt.

Trang 33

SƠ ĐỒ NGUY HẠI VỀ DỮ LIỆU

Trang 34

CÁC LOẠI NGUY HIỂM DỮ LIỆU

 Đọc sau ghi

 1 lệnh thây đổi vị trí thanh ghi hoặc bộ nhớ.

 Kế tiếp lệnh đọc dữ liệu tại điểm đó

 Nguy hiểm nếu đọc trước khi ghi được hoàn tất.

 Ghi sau đọc

 1 lệnh đọc vị trí thanh ghi hoặc bộ nhớ

 Kế tiếp lệnh ghi vào vi trí.

 Nguy hiểm nếu ghi hoàn tất trước đọc.

 Ghi sau ghi

 Cả 2 lệnh ghi vào cùng 1 vị trí.

 Nguy hiểm nếu ghi theo trình tự ngược lại.

Trang 35

SƠ ĐỒ NGUY HIỂM TÀI NGUYÊN

Trang 36

NGUY HIỂM ĐIỀU KHIỂN

 Còn gọi là nguy hiểm rẽ nhánh

 Pipeline tạo ra quyết định sai về dự báo nhánh

 Lệnh đưa vào pipeline sau đó phải được loại bỏ

Trang 37

Nhiều luồng

 Có 2 pipelines

 Tìm nạp trước mỗi nhánh vào một pipeline riêng biệt

 Sử dụng pipeline phù hợp

 Dẫn tới tranh chấp bus và thanh ghi

 Nhiều nhánh dẫn đến luôn luôn cần dùng pipeline

Trang 38

TÌM NẠP TRƯỚC NHÁNH MỤC TIÊU

 Nhánh mục tiêu của chi nhánh là Tìm nạp trước ngoài lệnh sau đây:

 Giữ mục tiêu cho đến khi chi nhánh được thực hiện

 Được sử dụng bởi IBM 360/91

Trang 39

VÒNG ĐỆM

 Bộ nhớ cực nhanh

 Duy trì bởi tìm nạp trạng thái của đường ống

 Kiểm tra bộ đệm trước khi lấy từ bộ nhớ

 Rất tốt cho vòng nhỏ hoặc nhảy

 Như bộ nhớ cache

Trang 40

SƠ ĐỒ VÒNG LẶP

Trang 41

DỰ ĐOÁN NHÁNH(1)

 Dự đoán không bao giờ xảy ra:

 Giả định nhảy sẽ không xảy ra.

 Luôn luôn tìm nạp lệnh kế tiếp.

 Dự đoán luôn thực hiện:

 Giả định nhảy sẽ xảy ra.

 Luôn tìm nạp lệnh đích.

Trang 42

DỰ ĐOÁN NHÁNH(2)

 Dự đoán bởi mã máy

 Một số lệnh có khả năng dẫn đến bước nhảy hơn các lệnh khác.

 Có thể lên đến 75% thành công.

 Chuyển đổi thực hiện/không thực hiện

 Dựa vào lịch sử trước đó

 Tốt cho các vòng lặp

 Dựa trên mối tương quan

 Trong các nhánh vòng lặp đóng, lịch sử là dự đoán tốt.

Trang 43

DỰ ĐOÁN NHÁNH(3)

 Nhánh bị làm trễ

 Không có bước nhảy cho đến khi bạn tác động

 Sắp xếp lại các lệnh

Trang 44

Sơ đồ dự đoán nhánh

Trang 45

Sơ đồ dự đoán trạng thái nhánh

Trang 46

Xử lý nhánh

Trang 47

Pipelining trong Intel 80486

 Lấy:

 Từ bộ nhớ cache hay bộ nhớ ngoài

 Đưa vào một trong hai bộ đệm prefetch 16-byte

 Điền vào bộ đệm với dữ liệu mới ngay sau khi dùng dữ liệu cũ

 Trung bình có 5 lệnh lấy trên 1 tải

 Các trạng thái độc lập để giữ bộ đệm full

 Giải mã trạng thái 1: Tất cả mã máy và giải quyết các chế

độ thông tin được giải mã trong trạng thái D1 Các thông tin cần thiết, cũng như thông tin lệnh dài, được bao gồm trong nhiều nhất là 3 byte đầu tiên của chỉ lệnh

Trang 48

Pipelining trong Intel 80486

 Giải mã trạng thái 2

 • Giải mã trạng thái 2: Giai đoạn D2 mở rộng mỗi mã máy

thành tín hiệu điều khiển cho ALU Nó cũng kiểm soát tính toán các chế độ giải quyết phức tạp hơn

 • Thực hiện: Giai đoạn này bao gồm các hoạt động ALU, truy cập bộ nhớ cache, và thanh ghi cập nhật

 Ghi lại:

 Cập nhật thanh ghi và các cờ

 Kết quả gửi đến bộ nhớ cache và bus giao tiếp ghi bộ đệm

Trang 49

Ví dụ về xử lý đường ống trong 80486

Trang 50

Pentium 4 Registers

Trang 51

Thanh ghi EFLAGS

Trang 52

Thanh ghi điều khiển

Trang 53

Thanh ghi ánh xạ MMX

 MMX là thanh ghi dùng 1 số dữ liệu 64bit

 Sử dụng 3bit trong trường thanh ghi địa chỉ

 8 thanh ghi

 Trong thực tế, bộ vi xử lý không bao gồm thanh ghi MMX cụ thể Thay vào đó, bộ vi xử lý sử dụng một kỹ thuật khử răng cưa

Trang 54

Ánh xạ của thanh ghi MMX tới thanh ghi dấu chấm động

Trang 55

 Các ngoại lệ được lập trình: Đây là lệnh tạo ra một ngoại lệ (ví dụ, INTO, INT

3, INT, và BOUND)Interrupt vector table

 Tất cả các loại ngắt được gán một con số, và con số này được sử dụng để chỉ vào bảng

 Có 256 * 32 bit vector ngắt

 Có 5 lớp ưu tiên

Trang 56

Các thuộc tính ARM

 RISC

Trang 57

Tổ chức ARM đơn giản

Trang 58

Tổ chức bộ xử lý ARM

 Có rất nhiều biến thể phụ thuộc vào phiên bản ARM

 Trao đổi dữ liệu giữa bộ xử lý và bộ nhớ thông qua bus dữ liệu

 Lệnh đi qua bộ giải mã trước khi thực hiện

 Xử lý đường ống và kiểm soát thế hệ tín hiệu trong đơn vị điều khiển

 Các dữ liệu được đặt trong tập thanh ghi, bao gồm một tập các thanh ghi 32-bit

 Lệnh xử lý dữ liệu ARM thường có hai thanh ghi nguồn, Rn và Rm

 Luân chuyển hoặc thay đổi trước ALU

Trang 59

 Một số thanh ghi dành riêng cho mỗi chế độ đặc quyền

 Thay đổi mau lẹ trong bối cảnh

• Ngoại lệ :

 5 chế độ đặc quyền

 Nhập vào trường hợp ngoại lệ được

 Thay thế một số thanh ghi cho người sử dụng thanh ghi

 tránh hư hỏng

Trang 60

Tổ chức thanh ghi trong ARM

 Bộ vi xử lý ARM có tổng số 37 thanh ghi 32-bit

 31thanh ghi đa năng

 Sáu thanh ghi trạng thái chương trình

 16 thanh ghi số và một hoặc hai thanh ghi trạng thái chương trình hiển thị

Trang 61

Thanh ghi đa năng

 Bình thương R13 là con trỏ ngăn xếp(SP)

 Mỗi 1 chế độ ngoại lệ thì có R13 riêng biệt

 R14 thnah ghi liên kết (LR)

 Chương trình con và chế độ ngoại lệ địa chỉ trả lại

 R15 chương trình đếm

Trang 62

chứa cờ nhìn thấy trong người dùng chế độ, và có thể được

sử dụng để ảnh hưởng đến hoạt động của một chương trình

Trang 63

Chương trình xử lý ngắt trong ARM

 Hỗ trợ 7 loại ngoại lệ

 Thực hiện buộc phải từ vector ngoại lệ Nhiều

trường hợp ngoại lệ xử lý theo thứ tự ưu tiên

 Xử lý tạm dừng thực hiện sau khi lệnh hiện hành

 Trạng thái xử lý lưu giữ trong SPSR cho ngoại lệ

 Địa chỉ lệnh thực hiện đưa vào thanh ghi liên kết

 Trở lại bằng cách di chuyển SPSR để CPSR và R14 với

máy tính(PC)

Ngày đăng: 23/04/2014, 17:02

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

SƠ ĐỒ THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG  CỦA PIPELINE - slide tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của bộ vi xử lý trong máy tính
SƠ ĐỒ THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CỦA PIPELINE (Trang 28)
SƠ ĐỒ NGUY HẠI VỀ DỮ LIỆU - slide tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của bộ vi xử lý trong máy tính
SƠ ĐỒ NGUY HẠI VỀ DỮ LIỆU (Trang 33)
SƠ ĐỒ NGUY HIỂM TÀI NGUYÊN - slide tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của bộ vi xử lý trong máy tính
SƠ ĐỒ NGUY HIỂM TÀI NGUYÊN (Trang 35)
SƠ ĐỒ VÒNG LẶP - slide tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của bộ vi xử lý trong máy tính
SƠ ĐỒ VÒNG LẶP (Trang 40)
Sơ đồ dự đoán nhánh - slide tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của bộ vi xử lý trong máy tính
Sơ đồ d ự đoán nhánh (Trang 44)
Sơ đồ dự đoán trạng thái  nhánh - slide tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của bộ vi xử lý trong máy tính
Sơ đồ d ự đoán trạng thái nhánh (Trang 45)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w