Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 - Kiến trúc tập lệnh

Nội dung chương 3 trình bày đến người học những vấn đề liên quan đến Kiến trúc tập lệnh, cụ thể như: Mở đầu, vi tác vụ thanh ghi, vi tác vụ số học, vi tác vụ luận lý, vi tác vụ dịch, ALU. Mời cá bạn cùng tham khảo!

Chương Kiến trúc tập lệnh 3.0 Mở đầu z Vi tác vụ: tác vụ xử lý liệu lưu ghi z z VI TÁC VỤ Kết thay liệu lưu chuyển sang ghi khác Có loại vi tác vụ: z Vi tác vụ ghi ƒ z ƒ z Thực phép tính số học với liệu số ghi Vi tác vụ luận lý ƒ z chuyển thông tin từ ghi sang th/ghi khác Vi tác vụ số học Thực tác vụ thao tác bit với liệu phi số ghi Vi tác vụ dịch ƒ Thực tác vụ dịch liệu ghi 3.1 Vi tác vụ ghi Chuyển thông tin nhị phân từ ghi sang th/ghi khác z Ký hiệu mô tả dãy vi tác vụ: z Mệnh đề (vi lệnh) chuyển thông tin ƒ z z R2 Å R1 Mệnh đề If – then ƒ ƒ If (P = 1) then (R2 Å R1) P: R2 Å R1 Ký hiệu Diễn giải Ví dụ Chữ (và số) Thanh ghi MAR, R2 Ngoặc ( ) Một phần ghi R2 (0 – 7), R2 (L) Mũi tên Chuyển thông tin R2 Å R1 Dấu phẩy Hai tác vụ riêng R2 Å R1, R1 Å R2 z Đặt ghi lên Bus: ƒ ƒ z Tác vụ truyền từ ghi sang ghi (hình 6.2) VD: Hệ thống Bus dùng cho ghi bit (h 6.3) Hệ thống Bus dùng cho k th/ghi n bit có n mạch dồn k – Truyền qua bus z Bus: tập đường truyền dẫn tín hiệu ƒ ƒ Thường dùng bus cho chung ghi Tín hiệu điều khiển xác định ghi truyền z Truyền từ Bus vào ghi: nối Bus với đường nhập ghi có tín hiệu nạp ƒ z Bus trạng thái z Có thể tạo Bus cổng trạng thái thay cho mạch dồn Cổng trạng thái: bổ sung tr/thái thứ 3: trở kháng cao, ngõ bị ngắt Thường dùng cổng đệm để thiết kế Bus (h 6.4) z Bus dùng cổng đệm trạng thái thay cho mạch dồn (h 6.5) z z ƒ z Truyền từ ghi C sang ghi R1: Bus Å C, R1 Å Bus (So sánh với dùng mạch dồn) Truyền qua nhớ z z z z Truyền thơng tin từ từ nhớ ngồi: tác vụ Đọc Đưa thơng tin từ ngồi vào nhớ: tác vụ Ghi Ký hiệu: Từ nhớ có địa lưu ghi AR: M[AR] VD: Đọc / Ghi nhớ với địa chứa th/ghi AR, với ghi DR ƒ ƒ Tác vụ Đọc: Read: DR Å M[AR] Tác vụ Ghi: Write: M[AR] Å DR 3.2 Vi tác vụ số học z Mạch cộng trừ nhị phân z z z z Mạch cộng nhị phân z z Thực phép tính số học với liệu số ghi Dùng mạch toàn cộng (h 6.6) Mạch tăng nhị phân z z Thêm cổng XOR Khi M = 0, cộng Khi M = 1, trừ (h 6.7) z (u cầu giải thích) z Có thể dùng mạch đếm Tăng cho ghi: Mạch tăng nhị phân (dùng mạch nửa cộng) (h 6.8) Mạch số học z Dùng mạch cộng song song (h 6.9) 3.3 Vi tác vụ luận lý z z Thực tác vụ thao tác bit với liệu phi số ghi Có 16 tác vụ luận lý khác thực bit nhị phân (b 6.6) z Mạch thực vi tác vụ luận lý z Chỉ cần cổng AND, OR, XOR, NOT (h 6.10) 3.4 Vi tác vụ dịch z Ứng dụng: z z z z z z Vi tác vụ luận lý cho phép thao tác riêng bit phần ghi Tác vụ Chọn đặt (thiết lập có chọn lựa): đặt vào bit A tương ứng với vị trí bit B: ẨA∨B z A 1010 B 1100 A 1110 Tác vụ Chọn bù Tác vụ Chọn xóa Tác vụ Mặt nạ Tác vụ Thay (đưa trị vào nhóm bit) z z z Dịch luận lý (shl / shr : shift) z z Chuyển qua ngõ nhập dãy Dịch vòng / quay (cil / cir : circular shift) z z Thực tác vụ dịch liệu ghi Dùng để truyền liệu phối hợp với tác vụ số học, luận lý tác vụ khác Quay vòng bit đầu ghi (nối ngõ xuất dãy với ngõ nhập dãy) Dịch số học (ashl / ashr : arithmetic shift) z z z z Khi ghi lưu số nhị phân có dấu Dịch trái: nhân đôi - Dịch phải: chia đôi Khi dịch phải, bit dấu bảo toàn VD: 1000 (-8) Ỉ 1100 (-4) Khi dịch trái, tràn R n – ≠ R n – 3.5 ALU z Mạch dịch z z z Có thể dùng ghi dịch chiều nạp song song Dùng mạch tổ hợp cho tác vụ dịch tốt VD: Mạch dịch tổ hợp bit (h 6.12) z Đơn vị luận lý – số học (Arithmetic Logic Unit) z z z Thay dùng ghi riêng để thực vi tác vụ Dùng ghi lưu trữ nối với đơn vị thao tác chung: ALU Để thực vi tác vụ, nội dung th/ghi đưa vào ngõ nhập ALU, ALU thực xong tác vụ, chuyển kết cho th/ghi đích Các tác vụ ALU (b 6.8) ƒ ƒ ƒ z tác vụ số học: với S3S2 = 00 tác vụ luận lý: với S3S2 = 01 tác vụ dịch: với S3S2 = 10 11 Một phần ALU (h 6.13) Bài tập z BT 48, 49, 50, 51 (trang 92) ... Các tác vụ ALU (b 6.8) ƒ ƒ ƒ z tác vụ số học: với S3S2 = 00 tác vụ luận lý: với S3S2 = 01 tác vụ dịch: với S3S2 = 10 11 Một phần ALU (h 6. 13) Bài tập z BT 48, 49, 50, 51 (trang 92) ... số nhị phân có dấu Dịch trái: nhân đơi - Dịch phải: chia đôi Khi dịch phải, bit dấu bảo tồn VD: 1000 (-8 ) Ỉ 1100 (-4 ) Khi dịch trái, tràn R n – ≠ R n – 3. 5 ALU z Mạch dịch z z z Có thể dùng ghi... Mạch tăng nhị phân (dùng mạch nửa cộng) (h 6.8) Mạch số học z Dùng mạch cộng song song (h 6.9) 3. 3 Vi tác vụ luận lý z z Thực tác vụ thao tác bit với liệu phi số ghi Có 16 tác vụ luận lý khác