KIEN TRUC MAY TINH CHUONG 3

Nguyen Thanh Tung THPT QUY H OP I 1 KiÕn tróc m¸y tÝnh Ch­¬ng 3 Bé xö lý 2 Nội dung bài giảng Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Biểu diển DL & số học máy tính Chương 3: Bộ xử lý Chương 4: Kiến trúc tập lệnh Chương 5: Hệ thống nhớ Chương 6: Hệ thống vào/ra 3 Néi dung ch­¬ng 3  CÊu tróc chung cña bé xö lý  Khèi ®iÒu khiÓn  Khèi sè häc & logic  C¸c thanh ghi. 4 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 Cấu trúc Khối điều khiển (Control Unit) Khối số học - logic (Arithmetic - Logic Unit: ALU) Các thanh ghi (Registers) 5 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 6 BXL víi bus hÖ thèng 7 CÊu tróc bªn trong cña BXL 8 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.) 9 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. 10 Phân tích nhiệm vụ của BXL Nhận dữ liệu (Fetch Data - FD) BXL phát ra địa chỉ của ngăn nhớ/cổng vào ra chứa dữ liệu cần nhận BXL phát ra tín hiệu điều khiển đọc ngăn nhớ/cổng vào ra tương ứng Dữ liệu được chuyển qua bus dữ liệu đưa vào tập thanh ghi bên trong [...]... cho đồ họa 3D Pentium 4 Chú ý tới các số ả Rập hơn các số La Mã Tăng cường xử lý multimedia và dấu chấm động hơn Itanium 64 bit Nhận trước lệnh động, có thể pipeline bằng phần mềm 15 Sự phát triển của BXL họ Intel Year Chip L transistors 1971 4004 10àm 2.3K 1974 8080 6àm 6.0K 1976 8088 3 m 29K 1982 80286 1.5àm 134 K 1985 8 038 6 1.5àm 275K 1989 80486 0.8àm 1.2M 19 93 Pentiumđ 0.8àm 3. 1M 1995 Pentiumđ... 2002 Pentiumđ 4 (N) 0. 13 m 55M 20 03 Itaniumđ 2 (M) 0. 13 m 410M 16 Minh họa một số BXL Intel 4004 - 1970s (First Microprocessor) Intel 8088 (LSI Microprocessor) 17 Minh họa một số BXL Pentiumđ III PowerPC 7400 (G4) 28M transistors / 733 MHz-1Gz / 13- 26W L=0.25àm shrunk to L=0.18àm 6.5M transistors / 450MHz / 8-10W L=0.15àm 18 Minh họa một số BXL Co lại Pentiumđ 4 42M transistors / 1 .3- 1.8GHz / 49-55W L=0.18àm... 1 .3- 1.8GHz / 49-55W L=0.18àm Pentiumđ 4 Northwood 55M transistors / 2-2.5GHz L=0. 13 m Area= 131 mm2 19 Minh họa một số BXL PowerPCđ 940 (G5) 58M transistors / 2GHz / 97W L=0. 13 m Area=118mm2 Intel Itaniumđ 2 Image courtesy International Business Machines All Rights Reserved 410M transistors / 1.3GHz / 130 W L=0. 13 m Area =37 4mm2 Image source: Intel Corporation www.intel.com 20 Minh hoạ một số BXL 21 Khối... Vùng dữ liệu Vùng ngăn xếp Bộ nhớ 32 Bộ đếm chương trình Còn gọi là con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer), quản lý địa chỉ vùng lệnh Giữ địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được nhận vào Sau khi lệnh được nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp 33 Minh họa bộ đếm chương trình Lệnh Lệnh Lệnh PC Lệnh sẽ được nhận vào Lệnh kế tiếp Lệnh Lệnh 34 Thanh ghi con trỏ dữ liệu Chứa địa... cờ) 30 Các thanh ghi địa chỉ Chương trình mã máy đang thực hiện chiếm 3 vùng nhớ khác nhau trong bộ nhớ: vùng lệnh, vùng dữ liệu, vùng ngăn xếp Vùng lệnh: chứa các lệnh củă chương trình, do Thanh ghi bộ đếm chương trình quản lý Vùng dữ liệu: chứa dữ liệu, do thanh ghi con trỏ dữ liệu quản lý Vùng ngăn xếp: chứa địa chỉ CTC, ngắt, phục vụ thực hiện rẽ nhánh, do thanh ghi con trỏ ngăn xếp quản lý 31 ... năng cao hơn 16 bit Có cache lệnh, nhận trước được ít lệnh 8088 (bus mở rộng 8 bit), được dùng lần đầu ở máy IBM PC 80286 Bộ nhớ RAM: 1M Có thể quản lý được bộ nhớ đến 16MB 13 Lịch sử phát triển của BXL họ Intel 8 038 6 32 bit Hỗ trợ đa nhiệm 80486 Chứa cache và pipeline lệnh phức tạp Thêm bộ đồng xử lý toán học Petium Siêu vô hướng Nhiều lệnh thực hiện song song Pentium Pro Tăng tổ... Dữ liệu DP DL cần đọc/ghi Dữ liệu Dữ liệu 35 Con trỏ ngăn xếp Ngăn xếp (Stack): Là vùng nhớ có cấu trúc LIFO Đáy ngăn xếp là một ngăn nhớ xác định Đỉnh ngăn xếp có thể bị thay đổi Con trỏ ngăn xếp SP: SP trỏ vào ngăn nhớ đỉnh ngăn xếp Cất thêm thông tin vào ngăn xếp SP giảm Lấy thông tin từ ngăn xếp SP tăng Khi ngăn xếp rỗng SP trỏ vào đáy 36 ... các tín hiệu đó 22 Mô hình kết nối KĐK Thanh ghi lệnh Các t/h điều khiển bên trong BXL Các cờ Khối điều khiển Các t/h điều khiển từ bus hệ thống Các t/h điều khiển đến bus hệ thống Nhịp Bus hệ thống 23 Các tín hiệu đưa đến KĐK Nhịp: tín hiệu đồng hồ từ mạch tạo nhịp bên ngoài: T0 T0 là chu kỳ của xung nhịp Mỗi thao tác của BXL cần k.T0 , k N Tần số xung đồng hồ: f0 = 1/T0 Ví dụ: máy tính dùng . 4004 10µm 2.3K 1974 8080 6µm 6.0K 1976 8088 3 m 29K 1982 80286 1.5µm 134 K 1985 8 038 6 1.5µm 275K 1989 80486 0.8µm 1.2M 19 93 Pentium® 0.8µm 3. 1M 1995 Pentium®. Pentium® III 28M transistors / 733 MHz-1Gz / 13- 26W L=0.25µm shrunk to L=0.18µm 19 Minh häa mét sè BXL Pentium® 4 42M transistors / 1 .3- 1.8GHz / 49-55W L=0.18µm