Kiến trúc máy tính Phân I - Chương 5 ppsx

1 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (Central Processing Unit -CPU) 2 Nộidung 4.1. CấutrúccơbảncủaCPU 4.2. Tậplệnh 4.3. Hoạt độngcủaCPU 4.4. Cấutrúccủacácbộxửlýtiêntiến 4.5. KiếntrúcIntel 4.6. CPU 8086 3 CấutrúccơbảncủaCPU Xemlạichương1 4 CấutrúccơbảncủaCPU • Đơnvịđiềukhiển(Control Unit –CU) • Đơnvịsốhọcvàlogic (Arithmetic and Logic Unit -ALU) •Tậpthanhghi(Register File -RF) • Đơnvịnốighépbus (Bus Interface Unit - BIU) •Bus bêntrong(Internal Bus) 5 NhiệmvụcủaCPU •Nhậnlệnh(Fetch Instruction): CPU đọclệnhtừ bộnhớ •Giảimãlệnh(Decode Instruction): Xác định thaotácmàlệnhyêucầu •Nhậndữliệu(Fetch Data): nhậndữliệutừbộ nhớ hoặccáccổngvào-ra •Xửlýdữliệu(Process Data): thựchiệnphép toánsốhọchay phéptoánlogic vớicácdữliệu •Ghidữliệu(Write Data): ghidữliệurabộnhớ hay cổngvào-ra 6 ALU •Chứcnăng: Thựchiệncácphéptoánsố họcvàphéptoánlogic: –Sốhọc: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm, đảodấu –Logic: AND, OR, XOR, NOT, phépdịchbit. 7 ALU-PhéptoánSốhọc 8 ALU A.Quay phảikhôngnhớ B.Dịchtráisốhọc& luậnlý C.Quay tráicónhớ D.Dịchphảilogic 9 Control Unit • Điềukhiểnnhậnlệnhtừbộnhớđưavào thanhghilệnh •Tăngnộidung củaPC để trỏ sang lệnhkế tiếp •Giảimãlệnh đã đượcnhận để xác địnhthao tácmàlệnhyêucầu •Phátracáctínhiệu điềukhiểnthựchiệnlệnh •Nhậncáctínhiệuyêucầutừbus hệ thốngvà đáp ứngvớicácyêucầuđó. 10 Tínhiệu đếnC.U. •Clock: tínhiệunhịptừmạchtạodao độngbênngoài. •Mãlệnhtừthanhghilệnh đưa đến để giảimã. •Cáccờtừthanhghicờchobiếttrạng tháicủaCPU. •Cáctínhiệuyêucầutừbus điềukhiển [...]...Tín hiệu i u khiển của C.U • Các tín hiệu i u khiển bên trong CPU: – i u khiển các thanh ghi – i u khiển ALU • Các tín hiệu i u khiển bên ngo i CPU: – i u khiển bộ nhớ – i u khiển các môđun vào-ra 11 Tập thanh ghi • Tập hợp các thanh ghi nằm trong CPU • Chứa các thông tin tạm th i phục vụ cho hoạt động ở th i i m hiện t i của CPU • Được coi là mức đầu tiên của hệ thống nhớ •... ghi nhiều à tăng hiệu năng của CPU • Có hai lo i thanh ghi – Các thanh ghi lập trình được – Các thanh ghi không lập trình được 12 Tập thanh ghi • Phân lo i theo chức năng – Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào-ra – Thanh ghi dữ liệu: chứa tạm th i các dữ liệu – Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu – Thanh ghi i u khiển/trạng th i: chứa các thông tin i u khiển... thanh ghi dữ liệu • Chứa các dữ liệu tạm th i hoặc các kết quả trung gian • Cần có nhiều thanh ghi dữ liệu – Các thanh ghi số nguyên: 8, 16, 32, 64 bit – Các thanh ghi số dấu chấm động 23 Status Register • Còn g i là thanh ghi cờ (Flag Register) • Chứa các thông tin trạng th i của CPU – Các cờ phép toán: báo hiệu trạng th i của kết quả phép toán – Các cờ i u khiển: biểu thị trạng th i i u khiển của... v i số có dấu 25 Status Register Ví dụ cờ i u khiển: • Cờ Interrupt (Cờ cho phép ngắt) – Nếu IF = 1 à CPU ở trạng th i cho phép ngắt v i tín hiệu yêu cầu ngắt từ bên ngo i g i t i – Nếu IF = 0 à CPU ở trạng th i cấm ngắt v i tín hiệu yêu cầu ngắt từ bên ngo i g i t i 26 27 4.2 Tập lệnh • M i bộ xử lý có một tập lệnh xác định • Tập lệnh thường có hàng chục đến hàng trăm lệnh • M i lệnh là một chu i. .. liệu từ nguồn đến một cổng xác định 35 Các lệnh chuyển i u khiển • JUMP (BRANCH) - Lệnh nhảy không i u kiện: – Nạp vào PC một địa chỉ xác định • JUMP CONDITIONAL - Lệnh nhảy có i u kiện: – i u kiện đúng à nạp PC một địa chỉ xác định – i u kiện sai à không làm gì cả – i u kiện thường được kiểm tra thông qua các cờ • CALL - Lệnh g i chương trình con: – Cất n i dung của PC (địa chỉ trở về) ra một... g i là con trỏ lệnh IP – Instruction Pointer • Giữ địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được nhận vào • Sau khi một lệnh được nhận vào, n i dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp 15 Thanh ghi con trỏ dữ liệu • Chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu mà CPU muốn truy cập • Thường có một số thanh ghi con trỏ dữ liệu – DS, ES,… 16 Ngăn xếp (Stack) • Ngăn xếp là vùng nhớ có cấu trúc LIFO (FILO) – Last In – First... thêm 1 Giảm toán hạng i 1 Trừ 2 toán hạng để lập cờ 32 Các lệnh logic AND Thực hiện phép AND hai toán hạng OR Thực hiện phép OR hai toán hạng XOR Thực hiện phép XOR hai toán hạng NOT Đảo bit của toán hạng (lấy bù 1) TEST Thực hiện phép AND 2 toán hạng để lập cờ SHIFT Dịch tr i (ph i) toán hạng ROTATE Quay tr i (ph i) toán hạng 33 Minh hoạ các lệnh AND, OR, XOR • Giả sử có hai thanh ghi chứa dữ liệu như... khiển và trạng th i của CPU – Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang được thực hiện 13 Tập thanh ghi • Một số thanh ghi i n hình Các thanh ghi địa chỉ Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) Con trỏ dữ liệu DP (Data Pointer) Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer) Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register) – Các thanh ghi dữ liệu – Thanh ghi trạng th i – – – – – 14 Bộ đếm chương trình PC... dữ liệu ra của thao tác 29 Các kiểu thao tác • • • • • • • • Chuyển dữ liệu Xử lý số học v i số nguyên Xử lý logic i u khiển vào-ra Chuyển i u khiển (rẽ nhánh) i u khiển hệ thống Xử lý số dấu chấm động Xử lý các dữ liệu chuyên dụng 30 Các lệnh chuyển dữ liệu MOVE Copy dữ liệu từ nguồn đến đích LOAD Nạp dữ liệu từ bộ nhớ đến bộ xử lý STORE Cất dữ liệu từ bộ xử lý đến bộ nhớ EXCHANGE Trao đ i n i dung... số bit và giữ nguyên một số bit còn l i của toán hạng • R1 ß (R1) OR (R2) = 1010 1111 – Phép toán OR dùng để thiết lập một số bit và giữ nguyên một số bit còn l i của toán hạng • R1 ß (R1) XOR (R2) = 1010 0101 – Phép toán XOR dùng để đảo một số bit và giữ nguyên một số bit còn l i của toán hạng 34 Các lệnh vào ra chuyên dụng • INPUT • OUTPUT Copy dữ liệu từ một cổng xác định đến đích Copy dữ liệu từ . Đơnvị i ukhiển(Control Unit –CU) • Đơnvịsốhọcvàlogic (Arithmetic and Logic Unit -ALU) •Tậpthanhghi(Register File -RF) • Đơnvịnốighépbus (Bus Interface Unit - BIU) •Bus bêntrong(Internal Bus) 5 NhiệmvụcủaCPU •Nhậnlệnh(Fetch. i ukhiểncủaC.U. •Cáctínhiệu i ukhiểnbêntrong CPU: – i ukhiểncácthanhghi – i ukhiểnALU •Cáctínhiệu i ukhiểnbênngo i CPU: – i ukhiểnbộnhớ – i ukhiểncácmôđunvào-ra 12 Tậpthanhghi •TậphợpcácthanhghinằmtrongCPU •Chứacácthôngtin. tínhiệunhịptừmạchtạodao độngbênngo i. •Mãlệnhtừthanhghilệnh đưa đến để giảimã. •Cáccờtừthanhghicờchobiếttrạng tháicủaCPU. •Cáctínhiệuyêucầutừbus i ukhiển 11 Tínhiệu i ukhiểncủaC.U. •Cáctínhiệu