Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 10: Tập lệnh - Đặc điểm và chức năng cung cấp cho người học các kiến thức: Các đặc điểm của lệnh máy, các kiểu toán hạng, các kiểu dữ liệu Intel x86 và ARM, các loại hoạt động, các loại hoạt động Intel x86 và ARM. Mời các bạn cùng tham khảo.
+ Kiến trúc máy tính Bộ mơn Kỹ thuật máy tính mạng + Chương 10 Tập lệnh: Đặc điểm chức + Chương 10 Tập lệnh Các đặc điểm lệnh máy b Các kiểu liệu ARM Các loại hoạt động a Thành phần lệnh máy b Biểu diễn lệnh a Truyền liệu c Các loại lệnh b Số học d Số lượng địa c Logic e Thiết kế tập lệnh d Chuyển đổi Các kiểu toán hạng e Vào/ra a Số f Điều khiển hệ thống b Ký tự g Truyền điều khiển c Dữ liệu logic Các kiểu liệu Intel x86 ARM a Các kiểu liệu x86 Các loại hoạt động Intel x86 ARM a Các loại hoạt động x86 b Các loại hoạt động ARM + 10.1 Đặc điểm tập lệnh Hoạt động (operation) VXL định lệnh thực hiện, lệnh máy tính (machine instructions hay computer instructions) VD: Lệnh STORE: lưu trữ liệu vào nhớ Tập hợp lệnh khác mà VXL thực gọi tập lệnh (instruction set) VXL Mỗi lệnh phải có thơng tin cần thiết cho xử lý thực hoạt động VD: Lệnh STORE phải kèm địa ngăn nhớ mà liệu ghi vào Biểu đồ chu kỳ lệnh a Các thành phần lệnh + Mã lệnh - Operation code (opcode): hoạt động (operation: hoạt động/phép tốn) thực thơng qua mã nhị phân gọi mã lệnh (opcode) Tham chiếu tốn hạng nguồn: Mỗi hoạt động tham chiếu đến nhiều toán hạng để lấy liệu đầu vào cho hoạt động: toán hạng gọi toán hạng nguồn Tham chiếu toán hạng kết (tốn hạng đích): Hoạt động đưa kết Tham chiếu lệnh tiếp theo: Một số hoạt động rẽ nhánh đến câu lệnh vị trí khác nói cho VXL nơi để lấy lệnh sau việc thực thi lệnh hoàn thành VD: lệnh máy IAS (20b: 8b opcode 12b địa toán hạng) Mã lệnh (Opcode) Mô tả hợp ngữ Công việc 00100001 STOR M(X) Truyền liệu từ ghi AC vào ngăn nhớ có địa X nhớ (M) VD: 00100001 0001 1010 0000 STOR M(1A0) Truyền liệu từ AC vào ngăn nhớ có địa 1A0 nhớ AC: toán hạng nguồn (ngầm định) 1A0: tốn hạng đích Các tốn hạng nguồn kết bốn vùng sau: 1) Bộ nhớ nhớ ảo Tốn hạng nguồn/kết vị trí nhớ nhớ ảo Trong lệnh phải chứa địa nhớ nhớ ảo tốn hạng 3) Tức Giá trị tốn hạng đưa trực tiếp vào câu lệnh 2) Thanh ghi Toán hạng nguồn kết ghi Một VXL chứa nhiều ghi, ghi gán cho tên số riêng Một lệnh tham chiếu đến ghi 4) Thiết bị vào/ra (I/O) Dữ liệu lấy từ (hoặc ghi ra) thiết bị I/O lệnh phải địa thiết bị module vào/ra tương ứng + b Biểu diễn lệnh Trong máy tính, câu lệnh biểu diễn chuỗi bit nhị phân Câu lệnh chia thành trường tương ứng với thành phần cấu thành lệnh Ví dụ Trong tài liệu, để dễ hiểu, lệnh thường biểu diễn dạng ký hiệu thay bit nhị phân Opcode viết tắt, mơ tả hoạt động (phép tốn) Ví dụ: Tập lệnh IAS ADD SUB MUL DIV LOAD STOR Cộng Trừ Nhân Chia Tải liệu từ nhớ Lưu liệu vào nhớ + Ví dụ: NNLT bậc cao đưa để giúp cơng việc lập trình viên thuận lợi Ví dụ câu lệnh: X=X+Y viết NN C++ dịch sang tập lệnh IAS gồm lệnh sau 0010 0000 0001 0000 LOAD X Đọc X từ nhớ vào ghi AC 0101 0000 0001 0001 ADD Y Đọc Y từ nhớ, cộng Y với AC, kết ghi vào AC 1000 0000 0001 0000 STOR X Ghi AC vào X nhớ Trong đó: X, Y biến, có địa BN: X: 0000 0001 0000 Y: 0000 0001 0001 + c Các loại lệnh: chia thành nhóm Xử lý liệu: lệnh số học logic Lưu trữ liệu Các lệnh đọc/ghi liệu từ/vào ghi nhớ Di chuyển liệu: Các lệnh số học cung cấp khả tính tốn để xử lý liệu số Các lệnh logic (Boolean) hoạt động bit, cung cấp khả xử lý loại liệu Các lệnh chủ yếu thực thi với bit ghi Gồm lệnh vào/ra: sử dụng để truyền chương trình liệu vào nhớ kết tính tốn trở lại cho người dùng Ví dụ: chương trình user liệu (lưu trữ ổ cứng) nạp vào RAM Điều khiển: gồm lệnh kiểm tra rẽ nhánh Các lệnh kiểm tra sử dụng để kiểm tra giá trị liệu trạng thái phép toán Các lệnh rẽ nhánh dùng để rẽ nhánh tập lệnh khác tùy thuộc vào điều kiện cụ thể + Hành động VXL loại hoạt động Truyền liệu: Truyền liệu từ vị trí đến vị trí khác Nếu gồm nhớ: Xác định địa nhớ Thực việc chuyển địa ảo sang đ/c thực tế Kiểm tra cache Bắt đầu hoạt động đọc/ghi Tính tốn số học Có thể bao gồm hoạt động truyền liệu (trước sau tính tốn) Các phép toán thực ALU Thiết lập mã điều kiện cờ + Hành động VXL loại hoạt động (tiếp) Tính tốn logic: giống tính tốn số học Chuyển đổi: tương tự tính tốn số học logic Có thể gồm logic đặc biệt để thực chuyển đổi Truyền điều khiển: Cập nhật ghi PC Với lời gọi/trả chương trình con, quản lý thông số qua liên kết Vào/ra Đưa lệnh cho module I/O Trong chế memory-mapped I/O, xác định địa I/O + 10.5 Các loại hoạt động Intel x86 ARM Bảng12.8 + Các loại hoạt động x86 (Với ví dụ hoạt động thơng thường) (page of 2) Bảng12.8 Các loại hoạt động x86 (Với ví dụ hoạt động thơng thường) (page of 2) Các cờ trạng thái x86 Bảng 12.10 Các mã điều kiện x86 cho lệnh SETcc lệnh nhảy có điều kiện + Ví dụ Với số mã hóa thập phân đóng đây, xác định giá trị số thập phân tương ứng: a 0111 0011 0000 1001 b 0101 1000 0010 c 0100 1010 0110 VXL có kích thước từ nhớ byte Giá trị số nguyên lớn nhỏ biểu diễn theo dạng a b c d e Số nguyên không dấu Số nguyên dạng dấu – độ lớn Số bù hai Số thập phân đóng khơng dấu Số thập phân đóng có dấu Thực dịch trái logic, dịch phải logic, dịch trái số học, dịch phải số học , vòng trái, vòng phải 4b với word 16b sau: 1001 1101 1100 0001 +Các lệnh Đơn-lệnh, nhiều-dữ liệu x86 (Single Instruction – Multiple Data - SIMD Instructions) Năm 1996 Intel giới thiệu cơng nghệ MMX cho dòng VXL Pentium MMX tập lệnh tối ưu hóa cao cho chức đa phương tiện Các liệu video audio thường bao gồm mảng lớn kiểu liệu nhỏ Ba kiểu liệu định nghĩa MMX Packed Byte Packed word Packed doubleword Mỗi kiểu liệu có kích thước 64 bit gồm có nhiều trường liệu nhỏ hơn, trường chứa liệu số nguyên dấu phẩy tĩnh Tập lệnh MMX Note: If an instruction supports multiple data types [byte (B), word (W), doubleword (D), quadword (Q)], the data types are indicated in brackets + Image Compositing on Color Plane Representation Các loại câu lệnh ARM Các lệnh tải lưu trữ liệu Các lệnh rẽ nhánh Các lệnh xử lý liệu Các lệnh nhân Các lệnh cộng trừ song song Các lệnh mở rộng Các lệnh truy cập vào ghi trạng thái Các điều kiện ARM cho thực thi câu lệnh điều kiện Tổng kết + Tập lệnh: Đặc điểm chức Chương 10 Đặc điểm lệnh máy Các thành phần lệnh máy Biểu diễn lệnh Các loại lệnh Number of addresses Thiết kế tập lệnh Các kiểu liệu Intel x86 ARM Các loại hoạt động Các loại toán hạng Truyền liệu Tính tốn số học Logical Chuyển đổi Vào/ra Số Điều khiển hệ thống Ký tự Truyền điều khiển Dữ liệu logic Các loại hoạt động Intel x86 ARM + Câu hỏi chương 10 Các thành phần điển hình lệnh máy? Tốn hạng nguồn đích đặt đâu? Nếu lệnh có địa chỉ, mục đích địa gì? Trình bày ngắn gọn vấn đề thiết kế tập lệnh quan trọng Các loại tốn hạng điển hình tập lệnh máy? Mối quan hệ mã ký tự IRA biểu diễn packed decimal? Phân biệt dịch số học dịch logic? Tại phải truyền lệnh điều khiển? Trình bày hai cách tạo điều kiện để kiểm tra lệnh rẽ nhánh 10 Ý nghĩa thuật ngữ làm thủ tục lồng gì? 11 Liệt kê ba vị trí lưu trữ địa trả thủ tục có trả 12 Phân biệt endian lớn endian nhỏ? ... 64-bit and 128-bit + Định dạng liệu số x86 + Các kiểu liệu SIMD (Single-Instruction-Multiple-Data) Dùng cho kiến trúc x86 phần mở rộng tập lệnh để tối ưu hóa hiệu ứng dụng đa phương tiện ...+ Chương 10 Tập lệnh: Đặc điểm chức + Chương 10 Tập lệnh Các đặc điểm lệnh máy b Các kiểu liệu ARM Các loại hoạt động a Thành phần lệnh máy b Biểu diễn lệnh a Truyền... endian: sử dụng E-bit ghi PS( ghi trạng thái chương trình) E-bit = 1: Big endian E-bit = 0: Little endian + 10. 4 Các loại operation (hoạt động, phép tốn) Có nhiều loại lệnh khác hệ máy tính Tuy