Vi xử lý và cấu trúc máy vi tính

NGUYỄN NAM TRUNG VI XỬ LÝ VÀ CẤU TRÚC MÁY VI TÍNH V~T7 N H À X U Ấ T BẢN K H O A H Ọ C V À K Ỹ T H U Ậ T Hà Nội - 2001 Ill L Ờ I NÓI ĐẦU Do lốc độ phát triển cơng nghệ máy tính q nhanh chu kỳ chấp nhận/loại bỏ kỷ thuật ngăn nên viết sách máy tính cá nhân giông ngắm bắn mục tiêu di động Tác giả cố gắng hiên soạn sách để nội dung di trước lừ đến hai năm so với cơng nghệ có thị trường Cuốn "VI x LÝ VẢ CẨU TRÚC MÁY VI TÍNH” biên soạn lại sở phần đầu “CẤU TRÚC MÁY VI TÍNH VÀ THIET b ị n g o i VI” Cuốn sách tập trung mơ tả cấu trúc máy vi tính cá nhân, cấu tạo nguyên tắc hoạt động hộ vi xử lý 16, 32 64 bit C hương I dược bổ sung thêm phần giải thích nguyên tắc xử lý câu trúc siêu vô hướng, cấu trúc siêu đường ống, xử lý xen kẽ, lệnh giản lược v.v Phần cung cấp khái niệm giúp bạn dọc hiểu cặn kẽ cấu trúc vi xử lý đại đề cập đến chương chướng ( ác khái niệm, câu văn, cách trình bày sửa đổi để thơng từ đầu đến euổì sách Tác giả tham khảo chọn lọc nhiều thuật ngữ tiếng Việt troag tài iiệu công nghệ thơng tin có Việt Nam Mặc dù để tránh nhầm lẫn dùng lừ khơng xác, tác giả thích thuật ngữ tiếng Anh sau khái niệm tiếng Việt tướng ứng Một số nội dung đă lỗi thời giao diện ổ đĩa cứng trước IDE, giao diện bus mở rộng ISA lược bỏ Thay vào đó, giao diện EIDE mới, giao thức USB, cấc giao thức mạng bổ sung đề cập kỹ Nhiều hình minh họa sửa đổi giúp hạn dọc nắm tầm nhìn tổng quát nội dung đề cập sách Phần cấu trúc máy tính tương lai đề cập đến định hướng PC2001 thay vi PC99 lần xuất trước PC2001 có mục đích đơn giản hố cấu trúc giao diện ngoại vi máy tính cá nhân, tác giả hy vọng lần tái tđi sách có nội dung ngắn gọn đơn giản nhiều đề cập đến giao diện ổ đĩa mềm, giao diện song song, giao diện bàn phím lỗi thời Góp ý phê binh bạn đọc xin gửi trực tiếp cho tác giả qua email (naềntrungnguyen@yahoo.com) hay gửi đến nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội Singapore, tháng năm 2001 TS Nguyễn Nam Trung V MỤC LỤC 1Khái niệm cớ I I 1.2 1.3 1.4 ỉ 1.6 17 1.8 Hệ nhị phân thập lục phân Đổi sô thập phân sô" nhị phân thập lục phân Biểu dien sô" nguyên theo mã nhị phân 1.3 S ố thập phân mã hóa nhị phân BCD 1.3.2 Số nguyên có dấu Biểu diễn số thực theo mã nhị phân 1.4.1 Biểu diễn dấu chấm tĩnh 1.4.2 Biểu diễn dấu châm động Biểu diễn thông tin theo dạng mã nhị phân 1.5.1 Biểu diễn ký tự 1.5.2Biểu diễn dạng thông tin khác Xử lý véctơ xử lý vô hưỡng CISC RISC 1.7.1 Các cấu trúc vi xử lý 1.7.2 vư ng m ắc cấu trúc siêu vô hướng 1.7.3 Mơ hình tiến hành lệnh q trình xử lýmáy song song Lịch sử m áy tính cá nhân 6 7 9 14 18 19 19 23 24 27 2Thành phẩn máy vi tính 31 2.1 2.2 C ác loại hình máy tính cá nhân 31 Bộ nguồn 37 2.2.1 Nguồn cấp điện máy lđn 37 2.2.2Nguồn pin cho máy xách tay 40 2.3 C ấu trúc mạch 42 3.1 Vi xử lý 49 2.3.2 ROM-BIOS _ 57 2.3.3 Khe ổ cắm 57 2.3.4 Lập trình tmy nhập vi mạch ngoại vi mạch 64 2.3.5 C ấu tníc máy vi tính đại 66 VI Vi xử lý 16 bit .69 3.1 C ấu trúc vi xử lý 16 bit 3.1.1 Các đớn vị chức 3.1.2Các ghi 3.2 Vi xử lý 8088/8086 3.2.1 Cấu trúc mã lệnh ^ 2 Các phướng pháp định địa 3.2.3 Cách lập trình 8088/8086 3.3 Vi xử lý 80286 3.3.1 Địa chỉ, chọn đoạn IĨ1 Ô tả đoạn 3.3.2 Nguyên tắc hoạt động cổng 3.3.3 Nguyên tắc hoạt động đa nhiệm 3.3.4Cách lập trình 70 70 71 74 76 78 80 81 84 89 91 93 Vi xử lý 32 bit - .95 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Nguyên tắc hoạt động Vi xử lý32 bit hệ P6 4.1.1 Đặc điểm chung P6 4.1.2 Cấu truc IA-32/P6 4.1.3 Môi trường sở để tiến hành lệnh C ấu tróc hệ thơng vi xử lý 32 bit 4.2.1 Tài nguyên hệ thông 4.2.2C ác ghi quản lý nhớ 4.2.3 Lập trình hệ thống C h ế độ hảo vệ 4.3.1 Phương pháp phân đoạn nhớ 4.3.2 Không gian địa vật lý 4.3.3 Địa logic địa tuyến tính 4.3.4C ác loại bơ mỏ tả hệ thống Phân trang nhớ ảo 4.3.6Tiểu trình, ngắt ngoại lệ 4.3.7 Bảo vệ Mô 8086 4.4.1 C h ế dộ địa thực 4.4.2 C hế độ 8086 ảo 4.4.3 Ngắt ảo chế độ bảo vệ C h ế độ quản lý hệ thống 4.5.1 Vào c h ế độ quản lý hệ thống 4.5.2 Ra khỏi ch ế độ quản lý hệ thống 4.5.3 SMRAM 4.5.4 Môi trường tiến hành phục vụ ngắt SMI 95 95 97 101 113 113 117 122 127 128 131 131 137 139 145 159 180 180 185 198 199 200 200 201 204 VII 4.5.5 Ngoại lệ ngắt c h ế độ quản lý hệ thống 4.5.6 Lưu trữ trạng thái đơn vị dấu chấm dộng FPLJ SMM 4.5.7 Khởi động tự động dừng (Auto Halt-Restart) Tái định vị SMBASE 4.5.9 Khởi động lệnh truy nhập vào/ra 4.5.10 C h ế độ quản lý hệ thống hệ thống đa vi xử lý 205 206 207 208 209 210 Vi xử lý 64 bit 211 5.1 Nguyen tắc hoạt động vi xử lý 64 hit 5.1.1 Đặc điểm chung IA-64 5.1.2Câu trúc Itanium 5.2 Mơ hình lập trình IA-64 5.2.1 Mỏ hình hộ nhớ ảo 2 Ngăn xếp ghi 5.2.3 Lệnh tính số ngun 5.2.4Lệnh so sánh tiên đốn 5.2.5 Lệnh truy nhập nhớ Lệnh rẽ nhánh 5.2.7 Lệnh đa môi trường 5.2.8 Lệnh truyền tệp ghi 5.2.9Lệnh chuỗi kỹ tự đ ếm hit 5.3 Mỏ hình lập irình sơ" học dấu chấm dộng 5.3.1 Dạng khuôn liệu 5.3.2Thanh ghi trạng thái dấu chấm động FPSR 5.3 3L ệnh dấu chấm động 5.4 Mỏi tníftng lập trình ứng dụng mơi trường IA-64 5.4.5 Các c h ế độ lệnh 5.4.6 Mơ hình ghi ứng dụng AR chế độ IA-32 211 211 216 229 230 232 234 235 235 236 237 239 239 240 240 241 243 244 245 246 Thuật ngữ 250 Tài liệu tham khảo 253 KHÁI NIỆM c BẢN Máy vi tính cá nhân PC (personal computer), đặc biệt máy vi tính cá nhân tương thích với cấu trúc hãng IBM (International Business Machine) đă dang c h iê m lĩnh thị tnícìng xử lý thơng tin Từ cấu hình độc lập, chậm, rẻ tiền, vài trang bị thiết bị ngoại vi tơi thiểu, máy vi tính cá nhân ngày naiy trở thành cấu tnìc chuẩn đa chức vượt khỏi cấu hình IBM dà lỗi thời Máy tính cá nhân xuất lĩnh vực ứng dụng c u a xã hội đại, từ cơng việc văn phòng đến hệ thông điều khiển pihức tạp Trước sâu vào chi tiết máy vi tính cá nhân, cách tniy nhập lập trình chúng, chương giới thiệu khái niệm n h ấ t kỹ thuật vi xử lý số Nhừng khái niệm đặt tang cho toàn sáích, trang bị cho hạn đọc kiến thức sở trước sâu nghiên cứu cấui trúc m áy vi tính cá nhân Nội dung sách cấu triíc máy tính cá nhân tương thích IBM , hay nói cách khác Ĩ1 Ô tả p h ầ n n g (hardware) máy tính cá nhân Nền tảng công nghệ tin học đại kỹ thuật điện tử số Kỹ thuật n y đưực hoàn thiện ngày phát triển mạnh mẽ tương lai nihờ tiến hộ vượt bậc công nghệ vi điện tử Vi mạch tích hợp mật độ cao lố c ố t lõi phần cứng máy tính Phần cứng định nghĩa