Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 7 - Vũ Đức Lung

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Tổ chức bộ xử lý bao gồm các nội dung: Tổ chức bộ xử lý trung tâm, bộ thanh ghi, đường đi dữ liệu, diễn tiến thi hành lệnh mã máy, xử lý ngắt, kỹ thuật ống dẫn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chƣơng – Tổ chức xử lý 7.1 Tổ chức xử lý trung tâm 7.2 Bộ điều khiển 7.3 Bộ ghi 7.4 Đường liệu (Datapath) 7.4.1 Tổ chức One-Bus 7.4.2 Tổ chức Two-Bus, Three-Bus 7.5 Diễn tiến thi hành lệnh mã máy 7.6 Xử lý ngắt (Interrupt Handling) 7.7 Kỹ thuật ống dẫn (Pipeline) Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Tổ chức xử lý trung tâm  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) Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc bên CPU Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.2 Bộ điều khiển  Bộ điều khiển mạch điện tử – nguyên lý hoạt động mạch hay Automate (mạch tự động hóa) trạng thái hữu hạn – Ưu điểm : • có số hữu hạn trạng thái • tối ưu để tạo chế độ nhanh cho tác vụ  Bộ điều khiển vi chương trình – dùng vi chương trình lập sẵn nằm nhớ điều khiển để khởi động dãy vi tac vụ theo yêu cầu – dùng rộng rãi xử lý CISC Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.2 Bộ điều khiển  sơ đồ khối điều khiển Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.3 Bộ ghi  Thanh ghi muc đích chung  Thanh ghi có mục đích đặc biệt  Chiều dài ghi  Số lượng ghi  Thanh ghi truy cập nhớ – Thanh ghi liệu nhớ (memory data register - MDR) – Thanh ghi địa nhớ (memory address regiater – MAR)  Thanh ghi chuyển tải lệnh – Bộ đếm chương trình (program counter – PC) – Thanh ghi lệnh (instruction register – IR)  Thanh ghi từ trạng thái chương trình (program stature word – PSW) Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các ghi họ 80x86 – Thanh ghi mục đích chung – Thanh ghi segment – Thanh ghi đếm chương trình PC ghi cờ trạng thái Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.4 Đƣờng liệu (Datapath)  Đường liệu gồm có – – – – logic-số học (ALU: Arithmetic and Logic Unit), mạch dịch, ghi đường nối kết phận  Nhiệm vụ phần đường liệu – đọc toán hạng từ ghi tổng quát – thực phép tính tốn hạng ALU – lưu trữ kết ghi tổng quát Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.4.1 Tổ chức One-Bus Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.4.2 Tổ chức Two-Bus Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt Three-Bus  Tổ chức đường truyền liệu dạng three-bus Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 11 https://fb.com/tailieudientucntt 7.5 Diễn tiến thi hành lệnh mã máy(CPU instruction cycle)  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) Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 12 https://fb.com/tailieudientucntt  Đọc lệnh (fetch instruction): – Dữ liệu PC load vào MAR: MAR ← PC – Giá trị ghi PC tăng lên 1: PCfPC+1 – Kết lệnh đọc từ nhớ, liệu load vào MDR: MDRM[MAR] – Dữ liệu MDR load vào IR: IR ← M[MAR]  Thứ tự thực lệnh theo thời gian loại one-bus: Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 13 https://fb.com/tailieudientucntt  Thứ tự thực lệnh theo thời gian loại three-bus:  Giải mã lệnh đọc ghi nguồn: – A ← Rs1 – B ← Rs2 – PC ← PC + Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 14 https://fb.com/tailieudientucntt Thi hành lệnh:  Liên hệ tới nhớ – MAR ← Địa ALU tính tuỳ theo kiểu định vị (Rs2) – MDR ← Rs1  Một lệnh ALU – Ngã ALU ← Kết phép tính  Một phép nhảy – Ngã ALU ← Địa lệnh ALU tính Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 15 https://fb.com/tailieudientucntt  Thâm nhập nhớ nhảy lần cuối – Tham khảo đến nhớ: MDR ← M[MAR] M[MAR] ← MDR – Nhảy: If (điều kiện), PC ← ngả ALU  Lưu trữ kết – Rd ← Ngã ALU Rd ← MDR Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 16 https://fb.com/tailieudientucntt 7.6 Xử lý ngắt (Interrupt Handling)  Ngắt kiện xảy cách ngẫu nhiên máy tính làm ngưng tính chương trình (nghĩa tạo lệnh nhảy)  ngắt quãng dùng cho công việc: – – – – – – – – – – Ngoại vi đòi hỏi nhập xuất số liệu Người lập trình muốn dùng dịch vụ hệ điều hành Cho chương trình chạy lệnh Làm điểm dừng chương trình Báo tràn số liệu tính tốn số học Trang nhớ thực khơng có nhớ Báo vi phạm vùng cấm nhớ Báo dùng lệnh khơng có tập lệnh Báo phần cứng máy tính bị hư Báo điện bị cắt Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17  Khi ngắt xảy ra, xử lý thi hành bước: – – – – Thực xong lệnh làm Lưu trữ trạng thái Nhảy đến chương trình phục vụ ngắt Khi chương trình phục vụ chấm dứt, xử lý khơi phục lại trạng thái cũ tiếp tục thực chương trình mà thực bị ngắt  Thực vi tác vụ ngắt Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 18 https://fb.com/tailieudientucntt 7.7 Kỹ thuật ống dẫn (PIPELINE)  Thực lệnh kỹ thuật pipeline:  Một số ràng buộc pipeline – – – – Cần phải có mạch điện tử để thi hành giai đoạn lệnh Phải có nhiều ghi khác dùng cho tác vụ đọc viết Cần phải giải mã lệnh cách đơn giản Cần phải có làm tính ALU hữu hiệu để thi hành lệnh số học dài Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 19 https://fb.com/tailieudientucntt Những khó khăn kỹ thuật ống dẫn  Khó khăn cấu trúc  Khó khăn điều khiển  Khó khăn số liệu – 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 Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 20 https://fb.com/tailieudientucntt CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG VII Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 21 https://fb.com/tailieudientucntt ... tổng quát Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7. 4.1 Tổ chức One-Bus Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7. 4.2 Tổ... https://fb.com/tailieudientucntt 7. 4.2 Tổ chức Two-Bus Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt Three-Bus  Tổ chức đường truyền liệu dạng three-bus Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com... (Write data) Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc bên CPU Vũ Đức Lung Khoa KTMT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7. 2 Bộ điều