Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 4 Bộ vi xử lý

CHƯƠNG BỘ VI XỬ LÝ NỘI DUNG  Kiến trúc chung vi xử lý  Tập ghi  Đơn vị điều khiển / 50 KTMM Kiến trúc chung vi xử lý Bộ nhớ trong, chỗ chứa Đòi hỏi bên CPU: Tìm nạp lệnh (Fetch Instruction) Diễn giải lệnh (Interpret Instruction) Tìm nạp liệu (Fetch data) Xử lý liệu (Process data) Ghi liệu (Write data) tạm thời Tính toán thực xử lý liệu Chuyển DL cá lệnh vào khỏi CPU ĐK thao tác ALU CPU với bus hệ thống / 50 KTMM Kiến trúc chung vi xử lý Sơ đồ kiến trúc bên CPU / 50 KTMM Tổ chức ghi  CPU cần có vùng nhớ tạm để làm việc, gọi ghi (registers)  Số lượng chức thay đổi tùy vào thiết kế xử lý  Là định thiết kế quan trọng  Mức cao phân cấp nhớ / 50 KTMM User-visible register User-visible register ghi tham chiếu qua ngôn ngữ máy, cho phép thu nhỏ nhớ tối ưu hóa việc sử dụng ghi, bao gồm loại:  General Purpose: đa chức năng, chứa operand thị, phân chia cho chức khác người lập trình  Data: chứa data, không dùng để tính toán địa  Address: dùng cho chế độ địa segment pointer, index register, stack pointer  Condition Codes: chứa mã điều kiện (còn gọi flag) / 50 KTMM Control & status register / 50  Có số ghi dùng để điều khiển hoạt động CPU  Program Counter  Instruction Decoding Register  Memory Address Register  Memory Buffer Register  Tất thiết kế có hay tập ghi gọi PSW (Program Status Word) KTMM Ví dụ Bộ xử lý 8086 Vi xử lý Intel 8086 vi xử lý 16 bit, phép toán xử lý bên CPU thực số nhị phân 16 bit Bao gồm: / 50  Bộ ghi đa dụng  Bộ đoạn trỏ lệnh  Thanh ghi trạng thái KTMM Bộ xử lý 8086: Bộ ghi đa dụng  Gồm ghi 16 bit  Các ghi AX, BX, CX, DX dùng phân nửa ghi bit AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL  Thanh ghi AH nửa cao ghi AX.Thanh ghi AL nửa thấp ghi AX  - AX ghi tích lũy 16 bit (ACC) AL ghi tích lũy bit BX ghi (base register) CX ghi đếm (counter).DX ghi liệu (data) / 50  SI ghi số nguồn (source index)  DI ghi số đích (destination index)  BP ghi trỏ (base pointer)  SP ghi trỏ chồng (stack pointer) Bộ xử lý 8086: Bộ ghi đa dụng  Gồm ghi 16 bit  Các ghi AX, BX, CX, DX dùng phân nửa ghi bit AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL  Thanh ghi AH nửa cao ghi AX.Thanh ghi AL nửa thấp ghi AX  - AX ghi tích lũy 16 bit (ACC) AL ghi tích lũy bit BX ghi (base register) CX ghi đếm (counter).DX ghi liệu (data) 10 / 50  SI ghi số nguồn (source index)  DI ghi số đích (destination index)  BP ghi trỏ (base pointer)  SP ghi trỏ chồng (stack pointer) Bộ xử lý 8086: Bộ đoạn trỏ lệnh 11 / 50  Gồm ghi đoạn 16 bit dùng để quản lý nhớ theo phương pháp phân đoạn  CS ghi đoạn chương trình (code segment)  DS ghi đoạn liệu (data segment)  SS ghi đoạn chồng (stack segment)  ES ghi đoạn mở rộng (extra segment)  IP ghi trỏ lệnh (instruction pointer) Bộ xử lý 8086: Thanh ghi cờ  SF cờ dấu (sign flag) CF cờ nhớ (carry flag) ZF cờ không (zero flag) OF cờ tràn (overflow flag) AF cờ trung gian (auxiliary flag) hay gọi cờ nhớ nửa (half-carry flag) AF = tràn dung lượng bit AF = có tràn dung lượng bit  Ví dụ : phép toán 00001001 + 00000111 = 00010000 lập cờ AF lên  Cờ AF thường dùng phép toán BCD (là số dùng hệ nhị phân bit để biểu diễn số thập phân từ ÷ 9)  PF cờ kiểm tra chẳn lẻ (parity flag)  DF cờ định hướng (direction flag).DF = : định hướng giảm địa cho lệnh xử lý chuỗi DF = : định hướng tăng địa cho lệnh xử lý chuỗi  IF cờ ngắt quãng (interrupt enable flag) IF = : cấm ngắt cứng INTR IF = : cho phép ngắt cứng INTR 12 / 50 Đơn vị số học logic ALU  Định nghĩa: phần máy tính thực thực thao tác số học logic liệu Tất thành phần khác hệ thống máy tính – đơn vị điều khiển, ghi, nhớ, chủ yếu mang liệu vào cho ALU để ALU xử lý sau đưa kết 13 / 50 KTMM Đơn vị số học logic ALU 14 / 50 KTMM Đơn vị điều khiển CU Đơn vị điều khiển thực công tác chính:  Sự xếp chuỗi (sequencing): Đơn vị điều khiển CPU xếp chuỗi vi thao tác vào chuỗi liên tục thích hợp, dựa chương trình thực  Sự thi hành (Execution): Đơn vị điều khiển khiến vi thao tác thực Đơn vị điều khiển thao tác dựa vào việc sử dụng tín hiệu điều khiển 15 / 50 KTMM Đơn vị điều khiển CU 16 / 50 KTMM Các tín hiệu điều khiển vào  Clock: cách đơn vị điều khiển “giữ thời gian” Đơn vị điều khiển tạo vi thao tác (hoặc tập thao tác đông thời) thực với xung đồng hồ Đây vài lần nhắc đến chu kỳ thời gian xử lý, chu kỳ thời gian đồng hồ  Thanh ghi lệnh: mã lệnh dùng để xác định vi thao tác thực chu kì thi hành  Cờ: có yêu cầu đơn vị điều khiển để xác định trạng thái CPU kết thao tác ALU trước VD, lệnh Increment and skip if rezo (ISZ), đơn vị điều khiển lượng gia PC cờ Rezo đặt 17 / 50 KTMM Các tín hiệu điều khiển vào  Các tín hiệu điều khiển từ bus điều khiển: Khẩu phần bus điều khiển bus hệ thống cung cấp tín hiệu cho đơn vị điều khiển, tín hiệu ngắt công nhận 18 / 50 KTMM Các tín hiệu điều khiển  Tín hiệu điều khiển CPU: có loại: khiến sữ liệu bị di chuyển từ ghi tới ghi khác, làm hoạt động chức ALU cụ thể  Các tín hiệu điều khiển bus: có loại tín hiệu điều khiển nhớ, tín hiệu điều khiển module vào 19 / 50 KTMM Đơn vị điều khiển chương trình 20 / 50 KTMM Đơn vị điều khiển chương trình  Từ mà địa xác định ghi địa điều khiển đọc vào ghi đệm điều khiển  Nội dung ghi đệm điều khiển phát tín hiệu điều khiển thông tin địa  Đơn vị logic tải địa vào ghi địa điều khiển dựa vào thông tin địa từ ghi đệm điều khiển cờ ALU Tất xảy xung đồng hồ 21 / 50 KTMM ... Ví dụ Bộ xử lý 8086 Vi xử lý Intel 8086 vi xử lý 16 bit, phép toán xử lý bên CPU thực số nhị phân 16 bit Bao gồm: / 50  Bộ ghi đa dụng  Bộ đoạn trỏ lệnh  Thanh ghi trạng thái KTMM Bộ xử lý 8086:...NỘI DUNG  Kiến trúc chung vi xử lý  Tập ghi  Đơn vị điều khiển / 50 KTMM Kiến trúc chung vi xử lý Bộ nhớ trong, chỗ chứa Đòi hỏi bên CPU: Tìm nạp lệnh... data) Xử lý liệu (Process data) Ghi liệu (Write data) tạm thời Tính toán thực xử lý liệu Chuyển DL cá lệnh vào khỏi CPU ĐK thao tác ALU CPU với bus hệ thống / 50 KTMM Kiến trúc chung vi xử lý Sơ