Bài giảng kiến trúc máy tính chương 4 phan trung kiên

1 Kiến trúc máy tính Chương 4 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) Phan Trung Kiên 2 Nội dung chương 4  Cấu trúc chung của bộ xử lý  Khối điều khiển  Khối số học & logic  Ho?t d?ng c?a CPU  RISC & CISC Phan Trung Kiên 3 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU Phan Trung Kiên 4 Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)  Cấu trúc  Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU)  Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU)  Tập thanh ghi (Register File - RF)  Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU)  Bus bên trong (Internal Bus)  Các thanh ghi (Registers) Phan Trung Kiên 5 Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)  Chức năng  Điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống  Xử lý dữ liệu  Nguyên tắc hoạt động  BXL hoạt động dựa theo chương trình nằm sẵn trong bộ nhớ Phan Trung Kiên 6 Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)  Các nhiệm vụ của BXL  Nhận lệnh: nhận lệnh từ bộ nhớ  Giải mã lệnh: Giải mã lệnh được nhận vào để biết lệnh làm gì  Nhận dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu nhận dữ liệu từ bên ngoài vào  Xử lý dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu thực hiện một phép toán nào đó  Ghi dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu cất kết quả ra ngoài Ngoài ra, trong quá trình thực hiện chương trình còn nhận các yêu cầu từ bên ngoài, xử lý các yêu cầu đó Phan Trung Kiên 7 BXL với bus hệ thống Phan Trung Kiên 8 Cấu trúc bên trong của BXL Phan Trung Kiên 9 Phân tích nhiệm vụ của BXL  Nhận lệnh (Fetch Instructions - FI)  Địa chỉ của lệnh cần thực hiện nằm trong bộ đếm chương trình (PC - Program Counter), được đưa qua bộ đệm địa chỉ, qua bus địa chỉ để tìm ra ngăn nhớ chứa lệnh  Tiếp theo, BXL phát ra tín hiệu đọc ngăn nhớ vừa tìm được  Nội dung của ngăn nhớ được chuyển qua bus dữ liệu và đưa đến thanh ghi lệnh (Instruction Reg.) Phan Trung Kiên 10 Phân tích nhiệm vụ của BXL  Giải mã lệnh (Interpret Instructions - II)  Lệnh từ thanh ghi lệnh được đưa đến khối điều khiển  Tại đây, lệnh được giải mã để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu  Khi đó, khối điều khiển sẽ phát ra tín hiệu điều khiển tương ứng với lệnh đó. [...]... nhớ Điều khiển các modul vào-ra Phan Trung Kiên 16 Các phương pháp thiết kế KĐK  KĐK vi chương trình (Microprogrammed Control Unit)  KĐK nối kết cứng (Hardwired Control Unit) Phan Trung Kiên 17 Đơn vị điều khiển vi chương trình Phan Trung Kiên 18 Đơn vị điều khiển vi chương trình      Bộ nhớ vi chương trình (ROM) lưu trữ các vi chương trình (microprogram) Một vi chương trình bao gồm các vi lệnh... bit Phan Trung Kiên 22 Mô hình kết nối ALU Dữ liệu vào từ các thanh ghi ALU Dữ liệu ra đến các thanh ghi T/h điều khiển từ KĐK Thanh ghi cờ Phan Trung Kiên 23 Hoạt động của CPU  Chu trình lệnh       Nhận lệnh Giải mã lệnh Nhận toán hạng Thực hiện lệnh Cất toán hạng Ngắt Phan Trung Kiên 24 Giản đồ trạng thái của chu kỳ lệnh Nhận toán hạng Nhận lệnh Cất toán hạng Nhiều kết quả Nhiều toán hạng Tính. .. tác số học/logic Chuyển điều khiển (rẽ nhánh) Phan Trung Kiên 32 Ghi toán hạng     CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ CPU đưa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu CPU phát tín hiệu điều khiển ghi Dữ liệu trên bus dữ liệu được copy đến vị trí xác định Phan Trung Kiên 33 Sơ đồ mô tả quá trình ghi toán hạng Phan Trung Kiên 34 Ngắt      Nội dung của bộ đếm chương trình PC (địa chỉ trở về sau khi ngắt) được... (microoperation) Để hoàn thành một lệnh cần thực hiện một hoặc một vài vi chương trình Tốc độ chậm Phan Trung Kiên 19 Đơn vị điều khiển nối kết cứng Phan Trung Kiên 20 Đơn vị điều khiển nối kết cứng    Sử dụng mạch cứng để giải mã và tạo các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh Tốc độ nhanh Đơn vị điều khiển phức tạp Phan Trung Kiên 21 Khối số học và logic (ALU)  Chức năng: thực hiện các phép toán... như nhận lệnh Phan Trung Kiên 29 Nhận dữ liệu gián tiếp       CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ CPU phát tín hiệu điều khiển đọc Nội dung ngăn nhớ được đọc vào CPU, đó chính là địa chỉ của toán hạng Địa chỉ này được CPU phát ra bus địa chỉ để tìm ra toán hạng CPU phát tín hiệu điều khiển đọc Toán hạng được đọc vào CPU Phan Trung Kiên 30 Sơ đồ tả nhận toán hạng gián tiếp Phan Trung Kiên 31 Thực hiện... vào thanh ghi lệnh IR CPU tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh kế tiếp Phan Trung Kiên 26 Sơ đồ mô tả quá trình nhận lệnh Phan Trung Kiên 27 Giải mã lệnh    Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa đến đơn vị điều khiển Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh để xác định thao tác phải thực hiện Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU Phan Trung Kiên 28 Nhận dữ liệu     CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus địa... hiệu điều khiển thực hiện lệnh đó Nhận tín hiệu yêu cầu từ bên ngoài, xử lý các tín hiệu đó Phan Trung Kiên 13 Mô hình kết nối KĐK Thanh ghi lệnh Các t/h điều khiển bên trong BXL Các cờ Khối điều khiển Xung nhịp Các t/h điều khiển từ bus hệ thống Các t/h điều khiển đến bus hệ thống Bus hệ thống Phan Trung Kiên 14 Các tín hiệu đưa đến KĐK  Nhịp: tín hiệu đồng hồ từ mạch tạo nhịp bên ngoài: T0   ... địa chỉ CPU phát tín hiệu điều khiển ghi bộ nhớ Địa chỉ trở về trên bus dữ liệu được ghi ra vị trí xác định (ở ngăn xếp) Địa chỉ lệnh đầu tiên của chương trình con điều khiển ngắt được nạp vào PC Phan Trung Kiên 35 Sơ đồ mô tả chu trình ngắt Phan Trung Kiên 36 ... liệu được chuyển qua bus dữ liệu đưa vào tập thanh ghi bên trong Phan Trung Kiên 11 Phân tích nhiệm vụ của BXL  Xử lý dữ liệu (Process Data - PD)    Dữ liệu được chuyển từ các thanh ghi vào ALU ALU sẽ thực hiện các phép toán dưới sự điều khiển của khối điều khiển Kết quả phép toán được cất tạm thời vào thanh ghi dữ liệu Phan Trung Kiên 12 Khối điều khiển (CU)  Chức năng      ĐK nhận lệnh tiếp... quả Nhiều toán hạng Tính toán địa chỉ lệnh Giải mã thao tác lệnh Kết thúc lênh, nhận lệnh tiếp theo Tính toán địa chỉ toán hạng Xử lý dữ liệu DL dạng xâu hoặc vectơ Phan Trung Kiên Tính toán địa chỉ toán hạng Kiểm tra ngắt Ngắt Không có ngắt 25 Nhận lệnh     CPU đưa địa chỉ của lệnh cần nhận từ bộ đếm chương trình PC ra bus địa chỉ CPU phát tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ Lệnh từ bộ nhớ được đặt lên . 1 Kiến trúc máy tính Chương 4 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) Phan Trung Kiên 2 Nội dung chương 4  Cấu trúc chung của bộ xử lý  Khối điều khiển  . RISC & CISC Phan Trung Kiên 3 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU Phan Trung Kiên 4 Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)  Cấu trúc  Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU)  Đơn vị . thực hiện chương trình còn nhận các yêu cầu từ bên ngoài, xử lý các yêu cầu đó Phan Trung Kiên 7 BXL với bus hệ thống Phan Trung Kiên 8 Cấu trúc bên trong của BXL Phan Trung Kiên 9 Phân