Đề cương ôn tập kỹ thuật vi xử lý

Dethisinhvien.com 1.Chế độ địa vi xử lý gì? Các loại chế độ địa chỉ(7 loại) - Là cách cpu tổ chức toán hạng lệnh * Chế độ địa ghi: - sử dụng ghi CPU toán hạng để chứa liệu cần thao tác - toán hạng gốc đích ghi VD: MOD BX DX ; DX tăng hiệu hệ thống * Bộ nhớ cache chia sẻ vi xử lý đa nhân sử dụng công nghệ Ađvance Smart Cache có ưu nhược điểm so với cache độc lập cho nhân vi xử lý? giải thích? Trả lời: - Ưu điểm: + giảm lưu lượng vận chuyển bit hệ thống + Nếu nhân có yêu cầu liệu xử lý lớn nhân khác, cấp dung lượng cache nhiều -> tận dụng không gian rảnh rỗi cáche + Tăng hiệu năng: Do không gian cache sử dụng hiệu > không gian cache hiệu dụng lớn -> cạnh tranh cache giảm -> tăng hệ số hit -> tăng hiệu hệ thống - Nhược điểm: + Khi nhiều nhân cache dẫn đến xung đột cao cache + Khó điều khiển 2.2 Thực thi không trật tự: Dethisinhvien.com 2.2.1 Thực thi trật tự(thực thi tĩnh): - Các lệnh chương trình nạp, giải mã, thực hiện, kết thúc theo trật tự lệnh viết - Nếu có lệnh bị dừng thực ,tất lệnh phía sau bị dừng - Các lệnh lập lịch thực tĩnh * Cơ chế hoạt động lệnh theo trật tự: + Lệnh đọc từ nhớ giải mã + Nếu toán hạng lệnh sẵn sàng, lệnh chuyển đến đơn vị chức phù hợp để thực + Nếu toán hạng lệnh chưa sẵn sàng chu kỳ đồng hồ tại, CPU dừng chờ toán hạng lệnh sẵn sàng + Lệnh thực hiên đơn vị chức + Kết thực lệnh lưu vào tập ghi * Ưu nhược điểm: - Ưu điểm: Tổ chức thực thi đơn giản dùng kỹ thuật lập lịch thực thi tĩnh - Nhược điểm: +Chậm lệnh bị dừng toán hạng chưa sẵn sàng tất lệnh phải chờ + Nếu lệnh thực thi theo chế ống lệnh lệnh bị dừng làm ngưng trệ hoạt động ống lệnh làm giảm đáng kể hiệu suất thực lệnh 2.2.2 Thực thi không theo trật tự(thực thi động): - Các lệnh chương trình nạp giải mã theo trật tự chúng sau biên dịch - Các lệnh chương trình sau giải mã thực theo trật tự khác với trật tự chúng sau biên dịch - Các lệnh chương trình sau thực xếp lại để kết thúc theo trật tự chúng nạp vào - Nếu có lệnh bị dừng thực lệnh độc lập phía sau đẩy lên để thực trước - Các lệnh lập lịch thực động * Ý tưởng công nghệ thực thi không theo trật tự: - Cho phép lệnh thực không theo trật tự chương trình, tham số/toán hạng đâù vào chúng sẵn sàng - Các lệnh phải hoàn tất giai đoạn lưu kết theo trật tự chương trình để đảm bảo kết thực lệnh kết chương trình * Cần phải tách giai đoạn thực lệnh giai đoạn hoàn tât * Cơ chể thực thi không theo trật tự: Dethisinhvien.com - Lệnh đọc từ nhớ giải mã - Lệnh gửi đến hàng đợi lệnh - thường gọi trạm dự phòng - Lệnh chờ hàng đợi lệnh toán hạng đầu vào sẵn sàng Sau lệnh phép dời khỏi dời khỏi hàng đợi lệnh, trước lệnh đứng trước - Lệnh gửi đến đơn vị chức thực - Các kết thực lệnh xếp hàng - Chỉ sau kết cảu lệnh đứng trước ghi vào tập ghi, kết lệnh ghi vào tập ghi Đây gọi giai đoạn thu hồi kết * Ưu điểm: - Tăng tốc độ thực thi lệnh chờ - Giảm đến tối thiểu thời gian chờ thực - Tận dụng tối đa lực đơn vị thực lệnh - Nếu có lệnh phải dừng chưa đủ điều kiện thực hiện, lệnh phía sau đủ điều kiện đẩy lên thực trước * Nhược điểm: - Phức tạp thực thi theo trật tự phải bổ sung thêm: + Khối cấp phát đổi tên ghi + Bộ lập lịch động + Bộ xếp lại thu hồi kết Dethisinhvien.com * Tại công nghệ thực thi không theo trật tự cho phép thực lệnh chương trình nhanh công nghệ thực thi theo trật tự? - Thực thi không trật tự nhắm đến mục đích tiện nhanh nhớ chương trình, làm mô tơ thực bận rộn có lệnh chạy mà phải chờ điều kiện thực hiên ví dụ chờ toán hạng lệnh khác lệnh sau sẵn sàng đẩy lên trước thực hiện, giảm tối thiểu thời gian chờ thực tăng tốc độ thực chung lệnh - Trong mô tơ thực auto order tách khâu thực lệnh khâu kết làm loại, nhiên thời gian thực lệnh dài nhiều so với thời gian thu kết quả, thời gian chờ thực tốn hơn nhiều so với thời gian chờ kết quả, thời gian chờ đơn vị thực lệnh nhỏ nhất, gần chờ - Còn thực thi theo trật tự gặp bế tắc không thực đằng sau không thực Khả làm viêc thực thi trật tự 50% thực thi ko theo trật tự 80% làm việc 2.3 Công nghệ siêu phân luồng: - Công nghệ siêu phân luồng công nghệ cho phép nhiều luồng thực CPU vật lý - Công nghệ siêu phân luồng thiết kế nhằm cải thiện khả xử lý song song + Mỗi CPU/ nhân vật lý có khả thực luồng ảo + Các luồng ảo có khả chia sẻ tài nguyên - Công nghệ siêu phân luồng thực băng cách + Mỗi CPU ảo có số thành phần riêng thường lưu trạng thái kiến trúc gồm đầy đủ ghi nó, ghi liệu, đoạn, điều khiển debug + Các CPU ảo chia sẻ thực lệnh CPU vật lý - Hệ điều hành nhìn thấy CPU hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng + Cho phép HĐH lập lịch xử lý luồng song song CPU ảo + Khi luồng bị dừng lý đó, HĐH cấp phát tài nguyên CPU vật lý cho luồng khác, giúp cải thiện hiệu - Tối hoá HĐH hệ thống hỗ trợ siêu phân luồng: + hệ thống có CPU vật lý, cho CPU vật lý hỗ trợ CPU ảo -> tổng cộng có CPU ảo + Nếu lập lịch HĐH ko hỗ trợ siêu phân luồng, coi CPU ảo ngang + Nếu thời điểm có yêu cầu chạy luồng thực hiện, HĐH chọn CPU ảo CPU vật lý chạy luồng Dethisinhvien.com + Kết CPU vật lý tải cao, CPU rỗi -> hiệu hthống hỗ trợ siêu phân luồng + Để tránh tượng này, HĐH phải có khả phân biệt CPU vật lý CPU ảo để lập lịch cho phù hợp - Hiệu siêu phân luồng: + Cải thiện hiệu cho ứng dụng đa luồng + Cho phép nhiều luồng thực đồng thời + Cải thiện khả đáp ứng ứng dụng + Hiệu phụ thuộc vào ứng dụng chạy đồng thời chương trình nặng tải chạy chậm có công nghệ 2.4 Công nghệ ảo hoá: - Là kết hợp công nghệ phần cứng phần mềm để tạo máy ảo - Cho phép trừu tượng hoá phần cứng để máy tính hoạt động giống nhiều máy tính * ưu điểm: - Giảm số máy vật lý, đảm bảo số tảng đa dạng theo yêu cầu - Tiết kiệm không gian vật lý, điện tiện ích phục vụ khác - Hữu ích việc phát triển kiểm thử phần mềm - cần nhiều môi trường test - Hỗ trợ việc cân tải động khôi phục sau cố - Được sử dụng nhiều điện toán đám mây -> dịch vụ tài nguyên phần cứng 3.Các phương pháp vào liệu: 3.1 Cơ chế vào thăm dò: - CPU quản lý danh sách thiết bị vào kèm theo địa cổng giao tiếp - Các thiết bị vào định kỳ cập nhật trạng thái sẵn sàng làm việc lên bit cờ trạng thái vào - Cpu định kỳ lần luợt quet thiết bị để đọc bit cờ trạng thái vào - CPU bên chủ động trìn trao đổi liệu * Ưu điểm: - Đơn giản, dễ cài đặt - Có thể cài đặt phần mềm * Nhược điểm: - Hiệu thấp CPU tốn nhiều thời gian để thăm dò thiết bị - Không thực khả thi có nhiều thiết bị danh sách * Ứng dụng vào thăm dò - Thăm dò thường sử dụng hệ thống khởi động: CPU thăm dò hầu hết thiết bị để xác lập cấu hình Dethisinhvien.com - Thăm dò sử dụngtrong trình hoạt động với thiết bị rời ổ đĩa CD/DVD, ổ mềm,… *Vào băng thăm dò – không ưu tiên - Ba thiết bị A,B,C thăm dò không ưu tiên - CPU quét tất thiêt bị chu trình thăm dò - CPU trao đổi liệu với nhiều thiết bị chu trình thăm - Các thiết bị thăm , không phụ thuộc vào thiết bị đứng trước chu trình - CPU bắt đầu chu trình thăm dò sau quét qua tất thiêt bị * Vào thăm dò – có ưu tiên - Ba thiết bị A,B,C thăm dò có ưu tiên theo thứ tự A,B,C - CPU quét tất thiết bị chu trình thăm dò - CPU trao đổi liệu với tối đa thiết bị chu trình thăm dò - Các thiết bị có mức ưu tiên cao thăm trước - Các thiết bị có mức ưu tiên thấp thăm thiết bị đứng trước không sẵn sàng - CPU bắt đầu chu trình thăm dò sau trao đổi liệu với thiết bị 3.2 Vào ngắt: - Ngắt gì? + Ngắt kiện mà CPU tạm dừng thực chương trình để thực đoạn chương trình khác theo yêu cầu từ bên + Thông thường yêu cầu từ bên thường xuất phát từ thiết bị vào Các yêu cầu gọi yêu cầu ngắt + Đoạn chương trình CPU thực thời gian ngắt gọi chương trình phục vụ ngắt - Các CTCPVN đoạn chương trình: + Được viết sẵn lưu ROM +Mỗi CTCPVN có nhiệm vụ riêng thường đảm nhiệm việc trao đổi liệu với thiêt bị vào - Khi CPU kiểm tra xử lý ngắt: CPU kiểm tra yêu cầu ngắt chu kỳ đồng hồ cuối chu kỳ lệnh - Phân loại ngắt: + Ngắt cứng: ngắt kích hoạt phận phần cứng gửi đến chân NMI INTR CPU gồm: - Ngắt ko che NMI: ngắt gửi đến chân NMI CPU, ko chịu ảnh hưởng cờ ngắt VD: ngắt reset Dethisinhvien.com - Ngắt che INTR : ngắt gửi đến chân INTR CPU, chịu chi phối cờ ngắt CỜ IF =1 -> cho phép ngắt, IF=0 -> cấm ngắt + Ngắt mềm : ngắt đuợc kích hoạt chương trình thông qua lệnh gọi ngăt INT N số hiệu ngắt, N=0-255 + Các ngắt ngoại lệ: ngắt lỗi nảy sinh trình hoạt động CPU - Trật tự ưu tiên xử lý yêu cầu ngắt + Các yêu cầu ngắt gán mức ưu tiên + Khi nhận nhiều yêu cầu ngắt đồng thời, CPU xử lý chúng theo mức ưu tiên định trước - Mức ưu tiên yêu cầu ngắt (từ cao đến thấp nhất) + Ngắt nội + Ngắt ko che NMI + Ngắt che INTR + Ngắt chạy lệnh - Vxl 8086/8088 có 256 ngắt đánh số từ 0-255 - Vector ngắt gồm thông tin: + SỐ hiệu ngắt N, N=0-255 00-FFH + Địa đầy đủ chương trình phục vụ ngắt lưu nhớ ROM + Bảng vector ngắt lưu thông tin 256 vector ngắt Mỗi ghi bảng gồm thông tin: Số liệu ngắt Địa đoạn địa lện CTCPVN - Chu Trình xử lý ngắt Khi nhận yêu cầu ngắt, CPU thực việc: a Hoàn tất lệnh thực chương trình b Lưu gia trị ghi cờ FR vào ngăn xếp c Xoá cờ ngắt IF cờ bẫy TF d Lưu giá trị ghi CS IP vào ngăn xếp e Từ số hiệu ngắt N, lấy địa CTCPVN từ bảng vector ngắt Nạp điạ CTCPVN vào CS IP, CPU thực CPCPVN gồm: a Lưu giá trị ghi dùng chung vào ngăn xếp b Thực mã CTCPVN c Khôi phục giá trị ghi dùng chung Gặp lệnh IRET kết thuc CTCPVN, CPU thực việc: a Khôi phục giá trị CS IP b Khôi phục giá trị ghi cờ FR c Đặt cờ ngắt IF cờ bẫy TF 4.CPU tiếp tục thực lệnh tiêps theo CTC Dethisinhvien.com - Chu trình vào ngắt Thiết bị vào co nhu cầu trao đổi liệu, gửi yêu cầu ngắt đến chân tín hiệu CPU Khi nhận yêu cầu ngắt, CPU thực việc: a Hoàn tất lệnh thực chương trình (CTC) b Lưu giá trị ghi cờ FR vào ngăn xếp c Xoá cờ ngắt IF d Lưu giá trị ghi CS IP vào ngăn xếp e Gửi tín hiệu xác nhận ngắt đến thiết bị vào qua chân tín hiệu INTA Nhận hiệu xác nhận ngắt CPU, thiết bị vào gửi số hiệu ngắt N đến CPU Nhận số hiệu ngắt N, CPU lấy địa CTCPVN tương ứng từ bảng vector ngắt Nạp địa CTCPVN vào CS IP, CPU thực CPCPVN, gồm: a Lưu giá trị ghi dùng chung vào ngăn xếp b Thực mã CTCPVN: đồng thời thực việc trao đổi liệu với thiết bị vào c Khôi phục giá trị ghi dùng chung Gặp lệnh IRET kết thúc CTCPVN, CPU thực hiệncác việc : a Khôi phục giá trị CS IP b Khôi phụ giá trị ghi cờ FR c Đặt cờ ngắt IF cờ bẫy TF CPU tiếp tục thực lệnh CTC (nằm sau lệnh xảy ngắt) * Ưu nhược điểm : Dethisinhvien.com - Ưu điểm: + Hiệu vào thăm dò, CPU thăm dò thiết bị - Nhược điểm: + Phức tạp vào thăm dò + Cần mạch phần cứng để điều khiển ngắt 10 Dethisinhvien.com 3.3 Vào DMA - Trong phương pháp vào thăm dò ngắt thiết bị vào trao đổi liệu với nhớ thông qua CPU - Phương pháp vào DMA cho phép thiết bị vào trao đổi liệu trực tiếp với nhớ theo khối, không thông qua CPU - DMA thích hợp cần trao đổi liệu với khối lượng lớn khoảng thời gian ngắn - DMAC (DMA Controller) thay mặt CPU điều khiển trình trao đổi liệu trực tiếp thiết bị vào nhớ - DMA có tốc độ cao nhiều lần so với vào thăm dò ngắt.Ví dụ , vơi VXL 8088 + Vào DMA chu kỳ đồng hồ để chuyển byte thiết bị ngoại vi vào nhớ + Vào thông qua CPU 39 chu kỳ đồng hồ để chuyển1 byte thiêt bị ngoại vi vào nhớ Số chu kỳ đồng hồ LAP: MOV AL,[SI]; 10 OUT PORT,AL; 10 INC SI; LOOP LAP; 17 Cộng: 39 chu kỳ * Ưu nhược điểm DMA - Ưu điểm: + Hiệu suốt cao liệu trao đổi trực khối thiết bị vào nhớ không thông qua CPU - Nhược điểm: + Phức tạp vào thăm dò ngắt + Cần mạch phần cứng để điều khiển trình DMA Tài liệu tạo iuiuadu_93, D11CN7 11 [...]... để chuyển 1 byte thiết bị ngoại vi vào bộ nhớ + Vào ra thông qua CPU mất 39 chu kỳ đồng hồ để chuyển1 byte thiêt bị ngoại vi vào bộ nhớ Số chu kỳ đồng hồ LAP: MOV AL,[SI]; 10 OUT PORT,AL; 10 INC SI; 2 LOOP LAP; 17 Cộng: 39 chu kỳ * Ưu nhược điểm của DMA - Ưu điểm: + Hiệu suốt rất cao do dữ liệu được trao đổi trực tiếp theo khối giữa thiết bị vào ra và bộ nhớ không thông qua CPU - Nhược điểm: + Phức...Dethisinhvien.com 3.3 Vào ra DMA - Trong các phương pháp vào ra bằng thăm dò và ngắt thiết bị vào ra trao đổi dữ liệu với bộ nhớ thông qua CPU - Phương pháp vào ra bằng DMA cho phép thiết bị vào ra trao đổi dữ liệu trực tiếp với bộ nhớ theo khối, không thông qua CPU - DMA thích hợp khi cần trao đổi dữ liệu với khối lượng lớn trong