Giáo trình môn học cấu trúc máy tính nghề quản trị mạng trình độ cao đẳng nghề (phần 1)

67 844 0
Giáo trình môn học cấu trúc máy tính   nghề   quản trị mạng   trình độ cao đẳng nghề (phần 1)

Đang tải... (xem toàn văn)

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

Thông tin tài liệu

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Môn học: Cấu trúc máy tính NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25/02/2013 Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề) Hà Nội, năm 2013 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thông tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm MÃ TÀI LIỆU: MH09 LỜI GIỚI THIỆU Chìa khóa để hướng tới xã hội thông tin phát triển công nghệ thông tin (CNTT), nhiên để phát triển CNTT lâu dài bền vững, đào tạo kiến thức nhất, mà nội dung đào tạo phải trang bị sinh viên kiến thức tảng, sở tạo cho sinh viên phát huy tính sáng tạo, chủ động việc tiếp thu nghiên cứu, ứng dụng CNTT Do đó, trường đào tạo, sinh viên phải trang bị kiến thức tảng CNTT thể thiếu môn học Cấu trúc máy tính Hiện có nhiều giáo trình cấu trúc máy tính, nhiên hầu hết giáo trình đáp ứng đối tượng sinh viên đại học Giáo trình viết chủ yếu cho đối tượng sinh viên trường dạy nghề Giáo trình cung cấp cho sinh viên kiến thức cấu trúc máy tính, tổ chức hoạt động vi xử lý, thành phần phần hệ thống máy tính biện pháp kĩ thuật Cấu trúc máy tính môn học sở để sinh viên thực hành bảo trì hệ thống máy tính Giáo trình bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan cấu trúc máy tính Chương 2: Kiến trúc phần mềm xử lý Chương 3: Tổ chức vi xử lý Chương 4: Hệ thống nhớ Chương 5: Thiết bị nhập xuất Chương 6: Các loại bus Chương 7: Ngôn ngữ assembly Trong chương có giới thiệu mục tiêu, nội dung câu hỏi tập Giáo trình xem nguồn tài liệu cung cấp thông tin cho giáo viên giảng dạy, đồng thời tài liệu học tập cho sinh viên Nhân ban biên soạn xin cảm ơn lãnh đạo đồng nghiệp trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng tạo điều kiện giúp đỡ, cho ý kiến quý báu trình biên soạn giáo trình Vì thời gian có hạn lần giáo trình soạn thảo nên tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2013 Tham gia biên soạn Chủ biên Trương Văn Hiền Nguyễn Xuân Diệu Nguyễn Thị Trường Giang MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH 1.Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính 2.Thông tin mã hóa thông tin 12 2.1 Khái niệm thông tin lượng thông tin 13 2.2 Sự mã hóa thông tin 15 Đặc điểm hệ máy tính điện tử 22 3.1 Thế hệ thứ nhất: (1945-1955) 23 3.2 Thế hệ thứ hai: (1955-1965) 23 3.3 Thế hệ thứ ba: (1965-1980) 23 3.4 Thế hệ thứ tư: (1980- ) 24 Kiến trúc tổ chức máy tính 25 4.1 Khái niệm kiến trúc máy tính 25 4.2 Khái niệm tổ chức máy tính 26 Các mô hình kiến trúc máy tính 26 5.1 Mô hình kiến trúc Von Neumann 26 5.2 Mô hình kiến trúc Havard 28 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 29 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC TẬP LỆNH CỦA MÁY TÍNH 30 Thành phần máy tính 30 1.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) 31 1.2 Bộ nhớ máy tính 32 1.3 Hệ thống vào - 34 1.4 Liên kết hệ thống 34 Kiến trúc tập lệnh CISC RISC 36 2.1 Kiến trúc tập lệnh CISC 36 2.2 Kiến trúc tập lệnh RISC 37 Mã lệnh 39 3.1 Khái niệm lệnh máy, mã lệnh 39 3.2 Tập lệnh 40 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 47 CHƯƠNG 3: BỘ XỬ LÝ 48 1.Sơ đồ khối xử lý 48 Đường dẫn liệu 49 2.1 Các thành phần đường dẫn liệu 49 2.2 Nhiệm vụ đường dẫn liệu 50 Bộ điều khiển 51 3.1 Chức điều khiển 51 3.2 Các phương pháp thiết kế điều khiển 52 Tiến trình thực lệnh máy 54 4.1 Đọc lệnh 54 4.2 Giải mã lệnh 55 4.3 Nhận liệu 55 4.4 Thực lệnh 56 4.5 Lưu trữ kết 56 Kỹ thuật ống dẫn lệnh 57 Kỹ thuật siêu ống dẫn lệnh 59 Các chướng ngại ống dẫn lệnh 60 7.1 Chướng ngại cấu trúc 60 7.2 Chướng ngại liệu 60 7.3 Chướng ngại điều khiển 61 Các loại ngắt 63 8.1 Ngắt 63 8.2 Các loại ngắt 63 8.3 Hoạt động ngắt 64 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 65 CHƯƠNG 4: BỘ NHỚ 66 1.Phân loại nhớ 66 1.1 Phân loại nhớ theo phương pháp truy nhập 66 1.2.Phân loại theo đọc ghi nhớ 66 Các loại nhớ bán dẫn 67 2.1.ROM (Read Only Memory) 67 2.2.RAM (Random Access Memory) 68 Hệ thống nhớ phân cấp 71 Kết nối nhớ với xử lý 73 5.Các tổ chức cache 74 5.1 Cache (bộ nhớ đệm nhanh) 74 5.2 Tổ chức cache 75 5.3 Các phương pháp ánh xạ địa 76 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 80 CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ NHỚ NGOÀI 81 1.Các thiết bị nhớ vật liệu từ 81 1.1 Đĩa từ (đĩa cứng, đĩa mềm) 81 1.2 Băng từ 84 2.Thiết bị nhớ quang học 85 2.1 CD-ROM, CD-R/W 86 2.2 DVD-ROM, DVD-R/W 86 2.3 Bluray 87 3.Các loại thẻ nhớ 87 An toàn liệu lưu trữ 88 4.1 RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) 88 4.2 Các loại RAID 89 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 93 CHƯƠNG 6: CÁC LOẠI BUS 94 Định nghĩa bus, bus hệ thống 94 1.1 Định nghĩa bus 94 1.2 Bus hệ thống(System bus) 95 Bus đồng không đồng 95 2.1.Bus đồng 95 2.2 Bus không đồng 95 Hệ thống bus phân cấp 95 3.1 Bus nối xử lý với nhớ 96 3.2 Bus vào – 96 Các loại bus sử dụng hệ thống vi xử lý 98 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 99 CHƯƠNG 7: NGÔN NGỮ ASSEMBLY 100 Tổng quan 100 2.Cấu trúc chương trình 101 2.1 Cấu trúc chương trình hợp ngữ 101 2.2 Cú pháp lệnh hợp ngữ 103 2.3 Các kiểu liệu hợp ngữ 105 Các lệnh điều khiển 108 3.1 Các lệnh 108 3.2 Các lệnh chuyển điều khiển 117 Ngăn xếp thủ tục 121 4.1 Ngăn xếp 121 4.2 Các thủ tục 123 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 MÔN HỌC ĐÀO TẠO CẤU TRÚC MÁY TÍNH Mã môn học:MH 09 * Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trò môn học: - Vị trí: Môn học Cấu trúc máy tính bố trí học sau môn học chung, môn tin học đại cương, tin học văn phòng, kỹ thuật điện-điện tử học với mô đun lắp ráp cài đặt máy tính - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở thuộc môn học đào tạo nghề - Ý nghĩa vai trò: môn sở, cung cấp cho sinh viên kiến thức máy tính nghề Quản trị mạng * Mục tiêu môn học: - Trình bày lịch sử máy tính, hệ máy tính cách phân loại máy tính - Mô tả thành phần kiến trúc máy tính, tập lệnh Các kiểu kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, kiểu định vị - Trình bày cấu trúc xử lý trung tâm: tổ chức, chức nguyên lý hoạt động phận bên xử lý - Mô tả diễn tiến thi hành lệnh mã máy số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng - Trình bày chức nguyên lý hoạt động loại nhớ - Trình bày phương pháp lưu trữ liệu nhớ - Cài đặt chương trình lệnh điều khiển Assembly để thực toán theo yêu cầu - Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an toàn cho người phương tiện học tập  Nội dung môn học (danh sách chương mục ): S TT Tên ch ng Tổng quan kiến trúc máy tính Kiến trúc tập lệnh máy tính Bộ xử lý Bộ nhớ Thiết bị nhớ Các lo i bus Ngôn ng Assembly C ng Th i gian T ng Lý Th c s thuy t hành Ki m tra* 10 5 13 4 13 15 10 10 20 90 10 45 41 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH Mã chương:MH09-01 Mục tiêu: - Trình bày lịch sử phát triển máy tính, thành tựu máy tính; Trình bày khái niệm thông tin; Mô tả kiến trúc má y tính; Biến đổi hệ thống số, bảng mã thông dụng dùng để biểu diễn ký tự 1.Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính Mục tiêu: Trình bày l ch s phát tri n c a máy tính, thành t u c a máy tính 30 năm trước, 5150 đời phá vỡ quan điểm trước máy tính Lần đầu tiên, máy tính nhìn nhận thiết bị có kích thước vừa phải, hợp túi tiền công chúng ý nhiều Hình 1.1: 1982: Franklin Ace 100 Đây máy tính gây vụ kiện quyền phần mềm lịch sử Acer bị Apple kiện vi phạm nhãn hiệu hàng hóa chép 51 Hình 3.2: Tổ chức xử lý điển hình (Các đường không liên tục đường điều khiển) Bộ điều khiển Mục tiêu: Hiểu nguyên tắc vận hành điều khiển mạch điện tử Hiểu nguyên tắc vận hành điều khiển vi chương trình 3.1 Chức điều khiển  Điều khiển nhận lệnh từ nhớ đưa vào ghi lệnh  Tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh 52  Giải mã lệnh nhận để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu  Phát tín hiệu điều khiển thực lệnh  Nhận tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống đáp ứng với yêu cầu Bộ điều khiển tạo tín hiệu điều khiển di chuyển số liệu (tín hiệu di chuyển số liệu từ ghi đến bus tín hiệu viết vào ghi), điều khiển tác vụ mà phận chức phải làm (điều khiển ALU, điều khiển đọc viết vào nhớ ) Bộ điều khiển tạo tín hiệu giúp lệnh thực cách 3.2 Các phương pháp thiết kế điều khiển a) Bộ điều khiển vi chương trình (Microprogrammed Control Unit) Hình 3.3: Nguyên tắc vận hành điều khiển dùng vi chương trình – Bộ nhớ vi chương trình (ROM) lưu trữ vi chương trình (microprogram) – Một vi chương trình bao gồm vi lệnh (microinstruction) 53 – Mỗi vi lệnh mã hoá cho vi thao tác (microoperation) – Để hoàn thành lệnh cần thực một vài vi chương trình – Tốc độ chậm b) Bộ điều khiển dùng mạch điện tử Để hiểu vận hành điều khiển mạch điện tử, xét đến mô tả Automate trạng thái hữu hạn: có nhiều hệ thống hay nhiều thành phần mà thời điểm xem xét có trạng thái (state) Mục đích trạng thái ghi nhớ có liên quan trình hoạt động hệ thống Vì có số trạng thái định nên nói chung ghi nhớ hết toàn lịch sử hệ thống, phải thiết kế cẩn thận để ghi nhớ quan trọng Ưu điểm hệ thống (chỉ có số hữu hạn trạng thái) cài đặt hệ thống với lượng tài nguyên cố định Chẳng hạn, cài đặt Automate trạng thái hữu hạn phần cứng máy tính dạng mạch điện hay dạng chương trình đơn giản, đó, có khả định biết lượng giới hạn liệu cách dùng vị trí đoạn mã lệnh để đưa định Hình 3.4: Nguyên tắc vận hành điều khiển dùng mạch điện tử Hình 3.4 cho thấy nguyên tắc điều khiển mạch điện Các đường điều khiển phần đường số liệu ngã nhiều 54 Automate trạng thái hữu hạn Các ngã vào Automate gồm có ghi lệnh, ghi chứa lệnh phải thi hành thông tin từ đường số liệu Ứng với cấu hình đường vào trạng thái tại, Automate cho trạng thái tương lai đường tương ứng với trạng thái Automate cài đặt dạng hay nhiều mạch mảng logic lập trình (PLA: Programmable Logic Array) mạch logic ngẫu nhiên Kỹ thuật điều khiển đơn giản hữu hiệu lệnh có chiều dài cố định, có dạng thức đơn giản Nó dùng nhiều xử lý RISC Tiến trình thực lệnh máy - Mục tiêu: Mô tả tiến trình thi hành lệnh mã máy Việc thi hành lệnh mã máy chia thành giai đoạn:  Đọc lệnh (IF: Instruction Fetch)  Giải mã lệnh (ID: Instruction Decode)  Thi hành lệnh (EX: Execute)  Thâm nhập nhớ nhảy (MEM: Memory access)  Lưu trữ kết (RS: Result Storing) Mỗi giai đoạn thi hành nhiều chu kỳ xung nhịp 4.1 Đọc lệnh MAR ← PC IR ← M[MAR]  Thanh ghi PC chứa địa lệnh  Địa chuyển vào ghi MAR  Địa đưa lên bus địa  Đơn vị điều khiển yêu cầu đọc nhớ  Kết đưa lên data bus, chép vào ghi MBR, đưa vào ghi IR 55 Hình 3.5:Sơ đồ mô tả trình đọc lệnh 4.2 Giải mã lệnh – Lệnh từ ghi lệnh IR đưa đến đơn vị điều khiển – Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh để xác định thao tác phải thực – Giải mã lệnh xảy bên CPU 4.3 Nhận liệu Giai đoạn thường dùng cho lệnh nạp liệu, lưu liệu lệnh nhảy Nhận liệu trực tiếp: – – – – CPU đưa địa toán hạng bus địa CPU phát tín hiệu điều khiển đọc Toán hạng đọc vào CPU Tương tự nhận lệnh Nhận liệu gián tiếp: 56 Hình 3.6: Sơ đồ tả nhận toán hạng gián tiếp Quá trình nhận liệu gián tiếp:  CPU đưa địa bus địa  CPU phát tín hiệu điều khiển đọc  Nội dung ngăn nhớ đọc vào CPU, địa toán hạng  Địa CPU phát bus địa để tìm toán hạng  CPU phát tín hiệu điều khiển đọc  Toán hạng đọc vào CPU 4.4 Thực lệnh – – – – – – – – Có nhiều dạng tuỳ thuộc vào lệnh Có thể là: Đọc/Ghi nhớ Vào/Ra Chuyển ghi Thao tác số học/logic Chuyển điều khiển (rẽ nhánh) 4.5 Lưu trữ kết Rd ← Ngã ALU Rd ← MBR  CPU đưa địa bus địa  CPU đưa liệu cần ghi bus liệu  CPU phát tín hiệu điều khiển ghi 57  Dữ liệu bus liệu copy đến vị trí xác định  Lưu trữ kết ghi đích Hình 3.7: Sơ đồ mô tả trình lưu kết Kỹ thuật ống dẫn lệnh Mục tiêu: Trình bày kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn Đây kỹ thuật làm cho giai đoạn khác nhiều lệnh thi hành lúc Ví dụ: Chúng ta có lệnh đặn, lệnh thực khoảng thời gian Giả sử, lệnh thực giai đoạn giai đoạn thực chu kỳ xung nhịp Các giai đoạn thực lệnh là: lấy lệnh (IF: Instruction Fetch), giải mã (ID: Instruction Decode), thi hành (EX: Execute), thâm nhập nhớ (MEM: Memory Access), lưu trữ kết (RS: Result Storing) Hình 3.8 cho thấy chu kỳ xung nhịp, xử lý thực lệnh (bình thường lệnh thực chu kỳ) 58 Chuỗi lệnh Lệnh thứ i Lệnh thứ i+1 IF ID IF EX ID Lệnh thứ i+2 Lệnh thứ i+3 IF Chu kỳ xung nhịp MEM RS EX MEM RS ID EX MEM IF ID EX RS MEM RS Lệnh thứ i+4 IF ID EX MEM RS Hình 3.8: Các giai đoạn khác nhiều lệnh thi hành lúc So sánh với kiểu xử lý thông thường, lệnh thực 25 chu kỳ xung nhịp, xử lý lệnh theo kỹ thuật ống dẫn thực lệnh chu kỳ xung nhịp Như kỹ thuật ống dẫn làm tăng tốc độ thực lệnh Tuy nhiên kỹ thuật ống dẫn có số ràng buộc: - Cần phải có mạch điện để thi hành giai đoạn lệnh tất giai đoạn lệnh thi hành lúc Trong xử lý không dùng kỹ thuật ống dẫn, ta dùng làm toán ALU để cập nhật ghi PC, cập nhật địa toán hạng nhớ, địa ô nhớ mà chương trình cần nhảy tới, làm phép tính toán hạng phép tính xảy nhiều giai đoạn khác - Phải có nhiều ghi khác dùng cho tác vụ đọc viết Trên hình 3.8, chu kỳ xung nhịp, ta thấy lúc có tác vụ đọc (ID, MEM) tác vụ viết (RS) - Trong máy có kỹ thuật ống dẫn, có kết tác vụ trước đó, toán hạng nguồn tác vụ khác Như có thêm khó khăn mà ta đề cập mục tới - Cần phải giải mã lệnh cách đơn giản để giải mã đọc toán hạng chu kỳ xung nhịp - Cần phải có làm tính ALU hữu hiệu để thi hành lệnh số học dài nhất, có số giữ, khoảng thời gian chu kỳ xung nhịp - Cần phải có nhiều ghi lệnh để lưu giữ lệnh mà phải xem xét cho giai đoạn thi hành lệnh - Cuối phải có nhiều ghi đếm chương trình PC để tái tục 59 lệnh trường hợp có ngắt quãng Kỹ thuật siêu ống dẫn lệnh Mục tiêu: trình bày kỹ thuật xử lý thông tin siêu ống dẫn Máy tính có kỹ thuật siêu ống dẫn bậc n cách chia giai đoạn kỹ thuật ống dẫn đơn giản, giai đoạn thực khoản thời gian Tc, thành n giai đoạn thực khoản thời gian Tc/n Độ hữu hiệu kỹ thuật tương đương với việc thi hành n lệnh chu kỳ Tc Hình 3.9 trình bày thí dụ siêu ống dẫn bậc 2, có so sánh với siêu ống dẫn đơn giản Ta thấy chu kỳ Tc, máy dùng kỹ thuật siêu ống dẫn làm lệnh thay làm lệnh máy dùng kỹ thuật ống dẫn bình thường Trong máy tính siêu ống dẫn, tốc độ thực lệnh tương đương với việc thực lệnh khoảng thời gian Tc/n Các bất lợi siêu ống dẫn thời gian thực giai đoạn ngắn Tc/n việc trì hoãn thi hành lệnh nhảy lớn Trong ví dụ Hình 3.9, lệnh thứ i lệnh nhảy tương đối lệnh giải mã giai đoạn ID, địa nhảy đến tính vào giai đoạn EX, lệnh phải nhảy tới lệnh thứ i+4, có trì trệ lệnh thay lệnh kỹ thuật ống dẫn bình thường Hình 3.9: Siêu ống dẫn bậc so với siêu ống dẫn đơn giản Trong khoảng thời gian Tc, máy có siêu ống dẫn làm lệnh thay lệnh máy có kỹ thuật ống dẫn đơn giản 60 Các chướng ngại ống dẫn lệnh Mục tiêu: biết khó khăn sử dụng kĩ thuật ống dẫn cách khắc phục Khi thi hành lệnh máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn, có nhiều trường hợp làm cho việc thực kỹ thuật ống dẫn không thực là: thiếu mạch chức năng, lệnh dùng kết lệnh trước, lệnh nhảy Ta phân biệt loại khó khăn (chướng ngại): khó khăn cấu trúc, khó khăn số liệu khó khăn điều khiển 7.1 Chướng ngại cấu trúc Xung đột cấu trúc xảy có lệnh cố gắng sử dụng nguồn thời điểm, ghi kết vào ghi, truy cập vào ô nhớ, yêu cầu tính toán số học, việc nạp lệnh đọc liệu từ nhớ diễn lúc Để khắc phục xung đột kiểu ta thường sử dụng cách chèn trễ vào chu kì lệnh tổ chức lại lệnh 7.2 Chướng ngại liệu Lấy ví dụ trường hợp lệnh liên tiếp sau: Lệnh 1: ADD R1, R2, R3 Lệnh 2: SUB R4, R1, R5 Lệnh 3: AND R6, R1, R7 Lệnh 4: OR R8, R1, R9 Hình 3.10 cho thấy R1, kết lệnh dùng cho lệnh sau giai đoạn MEM lệnh 1, R1 dùng cho lệnh vào giai đoạn EX lệnh Chúng ta thấy R1 dùng cho lệnh 61 1- ADD R1, R2, R3 IF 2- SUB R4, R1, R5 3- AND R6, R1, R4 4- OR R8, R1, R9 ID IF EX MEM RS ID EX MEM RS IF ID EX MEM RS IF ID EX MEM RS Hình 3.10: Chuỗi lệnh minh hoạ khó khăn số liệu Để khắc phục khó khăn này, phận phần cứng dùng để đưa kết từ ngã ALU trực tiếp vô ghi ngã vào Hình 3.11 Hình 3.11: ALU với phận phần cứng đưa kết tính toán trở lại ngã vào Khi phận phần cứng nêu phát có dùng kết ALU làm toán hạng cho liệt kê, tác động vào mạch đa hợp để đưa ngã ALU vào ngã vào ALU vào ngã vào đơn vị chức khác cần Ta hạn chế xung đột liệu cách sử dụng đường liệu nội đặc biệt Ngoài kết hợp với việc tổ chức lại lệnh chương trình 7.3 Chướng ngại điều khiển Các lệnh làm thay đổi tính thi hành lệnh cách (nghĩa PC 62 tăng đặn sau lệnh), gây khó khăn điều khiển Các lệnh lệnh nhảy đến địa tuyệt đối chứa ghi, hay lệnh nhảy đến địa xác định cách tương đối so với địa đếm chương trình PC Các lệnh nhảy có không điều kiện Trong trường hợp đơn giản nhất, tác vụ nhảy biết trước giai đoạn giải mã (xem hình 3.4) Như vậy, lệnh nhảy bắt đầu chu kỳ C lệnh mà chương trình nhảy tới bắt đầu chu kỳ C+2 Ngoài ra, phải biết địa cần nhảy đến mà ta có cuối giai đoạn giải mã ID Trong lệnh nhảy tương đối, ta phải cộng độ dời chứa ghi lệnh IR vào ghi PC Việc tính địa thực vào giai đoạn ID với điều kiện phải có mạch công việc riêng biệt Vậy trường hợp lệnh nhảy không điều kiện, lệnh mà chương trình nhảy đến bắt đầu thực chu kỳ C+2 lệnh nhảy bắt đầu chu kỳ C Cho lệnh nhảy có điều kiện phải tính toán điều kiện Thông thường kiến trúc RISC đặt kết việc so sánh vào ghi trạng thái, vào ghi tổng quát Trong trường hợp, đọc điều kiện tương đương với đọc ghi Đọc ghi thực phân nửa chu kỳ cuối giai đoạn ID Một trường hợp khó xảy lệnh nhảy có điều kiện Đó điều kiện có so sánh ghi thực lệnh nhảy kết so sánh Việc tính toán đại lượng logic thực phân nửa chu kỳ phải kéo dài thời gian thực lệnh nhảy có điều kiện Người ta thường tránh trường hợp để không làm giảm mức hữu hiệu máy tính Vậy trường hợp đơn giản, người ta địa cần nhảy đến điều kiện nhảy cuối giai đoạn ID Vậy có chậm chu kỳ mà người ta giải nhiều cách Cách thứ đóng băng kỹ thuật ống dẫn chu kỳ, nghĩa ngưng thi hành lệnh thứ i+1 làm lệnh thứ i lệnh nhảy Ta trắng chu kỳ cho lệnh nhảy 63 Cách thứ hai thi hành lệnh sau lệnh nhảy lưu ý hiệu lệnh nhảy bị chậm lệnh Vậy lệnh theo sau lệnh nhảy thực trước lệnh mà chương trình phải nhảy tới thực Chương trình dịch hay người lập trình có nhiệm vụ xen vào lệnh hữu ích sau lệnh nhảy Trong trường hợp nhảy có điều kiện, việc nhảy thực hay không thực Lệnh hữu ích đặt sau lệnh nhảy không làm sai lệch chương trình dù điều kiện nhảy hay sai Bộ xử lý RISC SPARC có lệnh nhảy với huỷ bỏ Các lệnh cho phép thi hành lệnh sau lệnh nhảy điều kiện nhảy huỷ bỏ thực lệnh điều kiện nhảy sai Các loại ngắt Mục tiêu: Mô tả nhiệm vụ ngắt, phân biệt loại ngắt 8.1 Ngắt Khái niệm chung ngắt: Ngắt chế cho phép CPU tạm dừng chương trình thực để chuyển sang thực chương trình khác, gọi chương trình phục vụ ngắt Phần lớn nhà sản xuất máy tính (ví dụ IBM, INTEL) dùng từ ngắt quãng để ám kiện này, nhiên số nhà sản xuất khác dùng từ “ngoại lệ”, “lỗi”, “bẩy” để định tượng Bộ điều khiển CPU phận khó thực ngắt quãng phần khó thực điều khiển Để nhận biết ngắt quãng lúc thi hành lệnh, ta phải biết điều chỉnh chu kỳ xung nhịp điều ảnh hưởng đến hiệu máy tính 8.2 Các loại ngắt Người ta nghỉ “ngắt quãng” để nhận biết sai sót tính toán số học, để ứng dụng cho tượng thời gian thực Bây giờ, ngắt quãng dùng cho công việc sau đây:  Ngắt lỗi thực chương trình, ví dụ: tràn số, chia cho 64  Ngắt lỗi phần cứng, ví dụ lỗi nhớ RAM  Ngắt mô-đun vào-ra phát tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi liệu  Người lập trình muốn dùng dịch vụ hệ điều hành  Báo tràn số liệu tính toán số học  Trang nhớ thực nhớ  Báo vi phạm vùng cấm nhớ  Báo dùng lệnh tập lệnh  Báo điện bị cắt Dù ngắt quãng không xảy thường xuyên xử lý phải thiết kế cho lưu giữ trạng thái trước nhảy phục vụ ngắt quãng Sau thực xong chương trình phục vụ ngắt, xử lý phải khôi phục trạng thái để tiếp tục công việc 8.3 Hoạt động ngắt Để đơn giản việc thiết kế, vài xử lý chấp nhận ngắt sau thực xong lệnh chạy Khi ngắt xảy ra, xử lý thi hành bước sau đây: Thực xong lệnh làm Lưu trữ trạng thái Nhảy đến chương trình phục vụ ngắt Khi chương trình phục vụ chấm dứt, xử lý khôi phục lại trạng thái cũ tiếp tục thực chương trình mà thực bị ngắt Sơ đồ mô tả hoạt động ngắt 65 Hình 3.12: Sơ đồ mô tả chu trình ngắt  Nội dung đếm chương trình PC (địa trở sau ngắt) đưa bus liệu  CPU đưa địa (thường lấy từ trỏ ngăn xếp SP) bus địa  CPU phát tín hiệu điều khiển ghi nhớ  Địa trở bus liệu ghi vị trí xác định (ở ngăn xếp)  Địa lệnh chương trình điều khiển ngắt nạp vào PC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Các thành phần nhiệm vụ đường liệu? Thế ngắt quãng? Các giai đoạn thực ngắt quãng CPU Vẽ hình để mô tả kỹ thuật ống dẫn Các khó khăn kỹ thuật ống dẫn cách giải khó khăn [...]... những siêu máy tính, được thiết kế đặc biệt để đạt tốc độ thực hiện các phép tính dấu phẩy động cao nhất có thể được Chúng thường có kiến trúc song song, chỉ hoạt động hiệu quả cao trong một số lĩnh vực 4 Kiến trúc và tổ chức máy tính Mục tiêu:nắm được các khái niệm kiến trúc máy tính và tổ chức máy tính, phân biệt được hai khái niệm đó 4.1 Khái niệm kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính là khoa học về... kiến trúc – một thành phần của kiến trúc máy tính Như vậy, có thể thấy rằng, kiến trúc máy tính và khái niệm rộng hơn, nó bao hàm cả tổ chức hay cấu trúc máy tính 5 Các mô hình kiến trúc máy tính Mục tiêu:Hiểu được các mô hình kiến trúc Von Neuman và Havard 5.1 Mô hình kiến trúc Von Neumann Kiến trúc máy tính von-Neumann được nhà toán học John von-Neumann đưa ra vào năm1945 trong một báo cáo v máy tính. .. nghệ vi xử lý, các máy tính ngày nay có tính năng phong phú, nhanh hơn và rẻ hơn so với máy tính các thế hệ trước Kiến trúc máy tính được cấu thành từ 3 thành phần con: (1) Kiến trúc tập lệnh (Instruction SetArchitecture), (2) Vi kiến trúc (Micro Architecture) và Thiết kế hệ thống (System Design) 26 Kiến trúc tập lệnh là hình ảnh của một hệ thống máy tính ở mức ngôn ngữ máy Kiến trúc tập lệnh bao gồm... như minh hoạ trên 27 Hình 1.8: Kiến trúc máy tínhvon- Neumann nguyên thuỷ Các máy tính hiện đại ngày nay sử dụng kiến trúc máy tính von-Neumann cải tiến – còn gọi là kiến trúc máy tính von-Neumann hiện đại,như minh hoạ trên hình bên dưới Kiến trúcmáy tính von-Neumann hiện đại Các đặc điểm của kiến trúc von-Neumann Kiến trúc von- Neumann dựa trên 3 khái niệm cơ sở: (1) Lệnh và dữ liệu được lưu trữ trong... ta phân chia máy tính thành các thế hệ? 2 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ nhất? 3 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ hai? 4 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ ba? 5 Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ tư? 6 Khuynh hướng phát triển của máy tính điện tử ngày nay là gì? 7 Việc phân loại máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào? 8 Khái niệm thông tin trong máy tính được hiểu... thống máy tính, bao gồm: Hệ thống phối ghép (các bus và các chuyển mạch), Hệ thống bộ nhớ , Các cơ chế giảm tải cho CPU (như truy nhập trực tiếp bộ nhớ ) và Các vấn đề khác(như đa xử lý và xử lý song song) 4.2 Khái niệm tổ chức máy tính Tổ chức máy tính hay cấu trúc máy tính là khoa học nghiên cứu về các bộ phận của máy tínhvà phương thức làm việc của chúng.Với định nghĩa như vậy, tổ chức máy tính khá... của những chiếc máy tính cá nhân màu xám Apple đã cách mạng hóa hình ảnh máy tính với những mẫu iMac nhiều màu sắc sặc sỡ Hiện tại là iPad? Loại "máy tính di động" này vẫn còn gây ra nhiều tranh cãi với mối nghi ngờ liệu máy tính bảng nói chung và iPad nói riêng có phải chỉ là "mốt nhất thời" Dù sao hãy thử xem trong vòng 5 năm, máy tính sẽ thay đổi như thế nào nữa với iPad Hình 1.6: máy tính bảng iPad... ba: (1965-1980) Máy tính dùng mạch tích hợp (còn gọi là mạch vi điện tử - IC) cho phép có thể đặt hàng chục transistor trong một vỏ(chip) , nhờ đó người ta có thể chế tạo các máy tính nhỏ hơn, nhanh hơn và rẻ hơn các máy tính dùng Transistor ra đời trước nó Điển hình là thế hệ máy System/360 của IBM Thế hệ máy tính này có những bước đột phá mới như sau: 24 - Tính tương thích cao: Các máy tính trong cùng... hay máy in) Thành phần cơ bản của một máy tính bao gồm : 1.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) + Chức năng: - Điều khiển hoạt động của máy tính - Xử lý dữ liệu + Nguyên tắc hoạt động cơ bản: CPU hoạt động theo chương trình nằm trong bộ nhớ chính Cấu trúc cơ bản của CPU: Đơn vị điều khiển (CP) Đơn vị số học và logic (ALU) Tập thanh ghi (RF) Bus bên trong Đơn vị ghép nối bus (BIU) Bus bên ngoài Hình 2.2: Cấu trúc. .. các số sau đây: a (0110 11)2 ra số thập phân b (55.875)10 ra số nhị phân 14 Biểu diễn số thực (31.75)10 dưới dạng số có dấu chấm động chính xác đơn 32 bit 30 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC TẬP LỆNH CỦA MÁY TÍNH Mã chương: MH09-02 Mục tiêu - Trình bày các thành phần cơ bản của một máy vi tính ; - Trình bày tổng quát tập lệnh của các kiến trúc máy tính, các kiểu định vị được dùng trong kiến trúc, loại và chiều dài ... MÔN HỌC ĐÀO TẠO CẤU TRÚC MÁY TÍNH Mã môn học: MH 09 * Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trò môn học: - Vị trí: Môn học Cấu trúc máy tính bố trí học sau môn học chung, môn tin học đại cương, tin học. .. tiêu môn học: - Trình bày lịch sử máy tính, hệ máy tính cách phân loại máy tính - Mô tả thành phần kiến trúc máy tính, tập lệnh Các kiểu kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, kiểu định vị - Trình. .. tử học với mô đun lắp ráp cài đặt máy tính - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở thuộc môn học đào tạo nghề - Ý nghĩa vai trò: môn sở, cung cấp cho sinh viên kiến thức máy tính nghề Quản trị mạng

Ngày đăng: 04/04/2016, 12:41

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan