Chương 7: W7 coa cpu edit

Bài giảng tổ chức và cấu trúc máy tính của trường đại học công nghệ thông tin, chương 7. Bài giảng là slide powerpoint cung cấp đầy đủ kiến thức, bài tập, kỹ năng cho sinh viên về chương 7 của môn tổ chức và cấu trúc máy tính

Computer Organization and Architecture

(Tổ chức và Kiến trúc Máy tính)

Review: Major Components of a Computer

Processor Control Datapath

Memory

Devices Input Output

CPU viết tắt của chữ Central Processing Unit (tiếng Anh), tạm dịch là bộ xử lý trung tâm, là các mạch điện tử trong một máy tính, thực hiện các câu lệnh của chương trình máy tính bằng cách thực hiện các phép tính số học, logic, so sánh và các hoạt động nhập/xuất dữ liệu (I/O) cơ bản do

mã lệnh chỉ ra

Chương trình

 Chương trình là tập hợp của nhiều lệnh

 Mỗi lệnh có thể là lệnh số học, luận lý, điều khiển, lệnh

lặp, …

 Mỗi lệnh sẽ có một tập các tín hiểu điều khiển cần thiết.

 Một số lệnh ví dụ: Add, Move, …

4

Các thành phần trong máy tính

 CPU = Control Unit + ALU

 Dữ liệu & Lệnh cần cho hệ thống thực thi.

Input & Output

 Khối lưu trữ dữ liệu & lệnh: Bộ nhớ chính

Các thành phần trong máy tính

6

Chu trình lệnh

 2 công đoạn chính:

Nạp lệnh

Thực thi

Nạp lệnh

 PC lưu trữ địa chỉ lệnh kế tiếp thực thi

 Processor nạp lệnh từ vị trí bộ nhớ

 Tăng PC

 Lệnh được lưu vào trong thanh ghi lệnh (IR)

 Processor thực thi lệnh và các yêu cầu cần thiết để hoàn

tất lệnh

8

Ví dụ thực thi chương trình

10

Sơ đồ trạng thái chu trình lệnh

 Instruction fetch (if): Read instruction from its memory location into the

processor.

• Instruction operation decoding (iod): Analyze instruction to determine type

of operation to be performed and operand(s) to be used.

• Operand address calculation (oac): If the operation involves reference to an

operand in memory or available via I/O, then determine the address of the

operand.

• Operand fetch (of): Fetch the operand from memory or read it in from I/O.

• Data operation (do): Perform the operation indicated in the instruction.

• Operand store (os): Write the result into memory or out to I/O

12

Sinh ra bởi các bộ timer bên trong processor

Được sử dụng khi hệ thống thực hiện chế độ đa nhiệm

(multi-tasking) ở chế độ pre-emptive

Luồng điều khiển chương trình

14

Chu Trình Interrupts

 Được thêm vào quá trình thực thi lệnh

 Processor kiểm tra interrupt

Sinh ra bởi tín hiệu interrupt

 Nếu không có interrupt thực thi lệnh kế tiếp

 Nếu Interrupt xảy ra:

Tạm dừng thực thi lệnh hiện tại

Lưu lại các thông tin

Thiết lệp PC đến lệnh đầu tiên đoạn chương trình xử lý

interrupt

Xử lý interrupt

Nạp các thông tin & tiếp tực thực thi chương trình

Các bước Interrupt

16

Chu trình thực hiện lệnh với Interrupt

Chu trình lệnh (có interrupt) – Lược đồ

trạng thái

18

Multiple Interrupts

 Disable interrupts

Processor chỉ xử lý một interrupt tại một thời điểm

Các interrupt còn lại chưa xử lý, được kiểm tra để xử lý sau

khi interrupt trước đó đã hoàn thành

Nếu có nhiều interrupt đồng thời thì processor xử lý tuần tự

từng interrupt

 Define priorities

Các interrupt có độ ưu tiên thấp được xử lý sau các interrupt

có độ ưu tiên cao

Khi các interrupt có độ ưu tiên cao được xử lý xong, processor

quay trở lại xử lý các interrupt trước.

Multiple Interrupts – Tuần tự

20

Multiple Interrupts – Lồng

Multiple Interrupts – trình tự thực hiện

22

Mối Liên Kết

 Tất cả các thành phần trong máy tính được kết nối với

Các Module trong máy tính

24

Memory – kết nối

Input/Output – kết nối

 Tương tự như kết nối từ bộ nhớ đến máy tính

 Output

Nhận dữ liệu từ máy tính

Gửi dữ liệu đến các thiết bị ngoại vi

 Input

Nhận dữ liệu từ thiết bị ngoại vi

Gửi dữ liệu đến máy tính

26

Input/Output – kết nối

 Nhận các tin hiệu điều khiển từ máy tính

 Gửi các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị ngoại vi

Ví dụ: spin disk

 Nhận địa chỉ từ máy tính

Ví dụ: chỉ số port xác định thiết bị ngoại vi

 Gửi các tín hiệu interrupt (điều khiển)

CPU connection

 Đọc lệnh & Dữ liệu

 Ghi dữ liệu (sau khi thực thi lệnh)

 Gửi các tín hiệu điều khiển đến các thành phần khác

trong máy tính

 Nhận interrupt

28

Bus là gì?

 Là cách giao tiếp giữa hai hay nhiều thiết bị.

 Sử dụng cơ chế broadcast

 Thường sử dụng nhóm

Một kênh chứa một số kệnh

Bus dữ liệu 32 bit và 32 kênh 1 bit đơn

 Có một số kết nối trong hệ thống

 Cấu trúc single bus & multiple bus

 Ví dụ:

PC: Control / Address / Data bus

DEC-PDP: Unibus

30

Data Bus

 Truyền dữ liệu

Không có sự phân biệt dữ liệu & lệnh

 Độ rộng của bus – quyết định hiệu suất

Address Bus

 Xác định dữ liệu nguồn & đích

 Ví dụ: CPU cần đọc 1 lệnh (dữ liệu) tại 1 vị trí ô nhớ

trong bộ nhớ

 Độ rộng của Bus xác định khả năng lưu trữ tối đa của bộ

nhớ

Ví dụ: 8086 có 16 bit địa chỉ - xác định bộ nhớ có không gian

lưu trữ tối đa là 64k.

32

Control Bus

 Thông tin điều khiển (control) & định thời (timing)

Tín hiệu đọc/ghi bộ nhớ

Yêu cầu interrupt

Tín hiệu xung clock

Mô hình liên kết Bus

34

Kiến trúc Bus

Traditional (ISA) (with cache)

High Performance Bus

38

Loại Bus

 Dedicated

Chia bus dữ liệu & bus địa chỉ thành 2 loại bus riêng

 Multiplexed

Chia sẽ đường truyền

Sử dụng đường điều khiển để quyết định truyền dữ liệu – địa

Bus – cơ chế phân xử

 Nhiều hơn 1 module điều khiển bus

 Ví dụ: CPU & DMA controller

 Chỉ 1 module điều khiển bus tại 1 thời điểm

 Có 2 cơ chế phân xử

Tập trung

Phân tán

40

Tập trung & Phân tán

Mỗi module muốn sử dụng bus thì phài yêu cầu được sử dụng

Có bộ điều khiển luận lý truy xuất tất cả các module

Định thời

 Bất đồng bộ

 Đồng bộ

42

PCI Bus

 Đường hệ thống

Bao gồm clock & tín hiệu reset

 Địa chỉ & Dữ liệu

PCI bus

Tài liệu tham khảo

 Stallings, chapter 3 (all of it)

 www.pcguide.com/ref/mbsys/buses/

46