Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Khối xử lý trung tâm cung cấp cho người học các kiến thức: Sơ đồ khối tổng quát của CPU, chu trình xử lý lệnh của CPU, các thanh ghi của CPU, bộ điều khiển CPU, Bus trong CPU,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM Giảng viên: Điện thoại/E-mail: TS Hoàng Xuân Dậu dau@ekabiz.vn Bộ mơn: Khoa học máy tính - Khoa CNTT1 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ năm học 2009-2010 NỘI DUNG Sơ đồ khối tổng quát CPU Chu trình xử lý lệnh CPU Các ghi CPU Bộ điều khiển CU Bộ tính tốn số học & logic ALU Bus CPU Sơ đồ khối số CPU www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 2BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.1 Sơ đồ khối tổng quát CPU CU: Control Unit www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 3BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM MAR: Memory Address Register MBR: Memory Buffer Register CU A IR Y PC A Bus D Bus ALU MAR Z MBR FR IR: Instruction Register PC: Program Counter www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 4BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM A: Accumulator Register Y, Z: Temporary Register FR: Flag Register ALU: Arithmetic and Logic Unit 2.2 Chu trình xử lý lệnh CPU Khi chương trình thực hiện, hệ điều hành (OS Operating System) nạp mã chương trình vào nhớ trong; Địa nhớ chứa lệnh chương trình nạp vào đếm chương trình PC; Địa nhớ chứa lệnh từ PC chuyển đến bus A www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 5BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM thông qua ghi MAR; Bus A chuyển địa ô nhớ đến đơn vị quản lý nhớ (MMU - Memory Management Unit); MMU chọn ô nhớ thực lệnh đọc nội dung ô nhớ; Lệnh (chứa ô nhớ) chuyển bus D chuyển tiếp đến ghi MBR; 2.2 Chu trình xử lý lệnh CPU MBR chuyển lệnh đến ghi lệnh IR; IR chuyển lệnh vào điều khiển CU; CU giải mã lệnh sinh tín hiệu điều khiển cần thiết, www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 6BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM yêu cầu phận chức ALU thực lệnh; Giá trị địa đếm PC tăng lên đơn vị trỏ đến địa nhớ chứa lệnh tiếp theo; 10.Các bước từ 3-9 lặp lại với tất lệnh chương trình www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 7BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3 Các ghi CPU Thanh ghi (registers) ô nhớ bên CPU: Lưu trữ tạm thời lệnh liệu cho CPU xử lý; Kích thước nhỏ; Tốc độ cao (bằng tốc độ CPU) Các CPU cũ (80x86) có 16-32 ghi; CPU đại (Pentium Core Duo) có hàng trăm ghi; Kích thước ghi phụ thuộc vào thiết kế CPU Các kích thước thông dụng ghi 8, 16, 32, 64, 128 256 bit: 8086-80286:GIẢNG vàVIÊN: 16 TS bitHỒNG XN DẬU www.ptit.edu.vn TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 8BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 80386-Pentium II: 16-32 bit Pentium 4, Core Duo: 32, 64 128 bit 2.3.1 Thanh tích luỹ A (Accumulator) Thanh tích luỹ A ghi quan trọng hầu hết CPU: A dùng để chứa toán hạng đầu vào A dùng để chứa kết đầu Kích thước A kích thước từ xử lý CPU: 8, 16, 32 64 bit A sử dụng để trao đổi liệu với thiết bị vào www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 9BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.3.1 Thanh tích luỹ A (Accumulator) Ví dụ: tính x + y s Nạp toán hạng x vào ghi A Nạp toán hạng y vào ghi Y ALU thực phép cộng A + Y lưu kết vào ghi Z Kết phép tính từ Z chuyển ghi A 2.3.2 Bộ đếm chương trình PC Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) trỏ lệnh (IP – Instruction Pointer) chứa địa ô nhớ chứa lệnh thực tiếp theo; www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 10BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.7 Sơ đồ khối số CPU – Intel 8086 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 25BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 26BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.7 Sơ đồ khối số CPU – AMD K62 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 27BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 28BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.7 Sơ đồ khối số CPU – AMD K62 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 29BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 30BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.7 Sơ đồ khối số CPU – Intel Pen III www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 31BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 32BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.7 Sơ đồ khối số CPU – Intel Pen IV www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 33BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 34BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.7 Sơ đồ khối số CPU – AMD Athlon XP www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 35BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 36BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.7 Sơ đồ khối số CPU – Intel Core Duo www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 37BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 38BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM Câu hỏi ơn tập Nêu sơ đồ khối điển hình CPU chu trình xử lý lệnh Các ghi CPU Sơ đồ chức CU ALU www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 39BỘ MƠN: KHOA HỌC ... HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 34BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG... HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 28 BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG... VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 25 BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA