Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu của bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 6: Vi tác vụ trình bày các kiến thức giúp sinh viên hiểu được ý nghĩa của “ngôn ngữ” vi tác vụ, hiểu cấu trúc của ALU (mạch số học và mạch luận lý, mạch dịch tổ hợp). Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu tham khảo phục vụ học tập và nghiên cứu.
Chương – Vi tác vụ 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM Mục tiêu • Hiểu ý nghĩa “ngơn ngữ” vi tác vụ • Hiểu cấu trúc ALU (mạch số học + mạch luận lý + mạch dịch tổ hợp) 11/12/08 6.1 Vi tác vụ ghi Vi tác v tác vụ hay công việc xử lý liệu thực ghi Có loại vi tác vụ chính: Vi tác vụ ghi chuyển thông tin nhị phân Vi tác vụ số học Vi tác vụ luận lý Vi tác vụ dịch 11/12/08 Vi tác vụ ghi • Tên ghi: chữ hoa (có thể có kèm số) PC, MAR, R1, R2, … • Chuyển nội dung ghi R1 sang ghi R2 (R1 khơng đổi): R2 ← R1 • Chuyển nội dung ghi R1 sang ghi R2 (R1 khơng đổi) dùng hàm điều khiển (khi hàm có giá trị 1): P: R2 ← R1hoặc If (P=1) then (R2 ← R1) S0S1: R2 ← R1 11/12/08 Vi tác vụ ghi Mạch ñiều khiển P Load Clock R2 n R1 Mạch ñiều khiển S0 Load Clock R2 S1 n R1 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM Vi tác vụ ghi Ký hiệu Chữ hoa (hoặc số theo sau) Diễn giải Tên ghi PC,MAR,R1,… R2(0-7): (bit từ ñến ghi R2) Dấu ngoặc sau tên ghi Một phần ghi Mũi tên Truyền liệu Dấu phẩy Tác vụ xảy ñồng thời (trong chuyển tiếp ñồng hồ) 11/12/08 Ví dụ R2(L): bit thấp ghi R2 Trường ðHSP TPHCM R2← R1 R2← R1, R1← R2 6.1.1 Truyền liệu qua bus S0 S1 4x1 MUX 4x1 MUX D 3 3 11/12/08 4x1 MUX 4x1 MUX B Trường ðHSP TPHCM A 3 Truyền liệu qua bus trạng thái 3 3 S0 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM S1 E 2x4 Decoder Truyền qua nhớ • DR ← M[AR] • M[AR] ← DR • M[AR] : nhớ có địa lưu ghi AR 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 6.2 Vi tác vụ số học Ký hiệu R3 ← R1 + R2 R3 ← R1 – R2 R2 ← R2 R2 ← R2 + R3 ← R1 + R2 + R1 ← R1 +1 R1 ← R1 -1 M[AX] R1 11/12/08 Ý nghĩa Lấy ghi R1+R2 gán vào R3 ??? ??? ??? ??? ??? ??? Lấy R1 ñưa vào nhớ có địa lưu AX Trường ðHSP TPHCM 10 Mạch số học S1 S0 Cin Y 0 B D=A+B Cộng 0 B D=A+B+1 Cộng với nhớ B’ D = A + B’ Trừ có mượn 1 B’ D = A + B’ + Trừ 0 D=A Chuyển A 1 D=A+1 Tăng A 1 D=A–1 Giảm A 1 1 D=A Chuyển A 11/12/08 Diễn giải D=A+Y+Cin Trường ðHSP TPHCM 11 Mạch số học B3 A3 B2 A2 X3 Y3 X2 C3 S0 S1 X1 Cin S0 S1 C2 X0 Y0 FA C2 A0 S S 4x1 MUX Y1 FA C3 B0 4x1 MUX Y2 FA C4 S0 S1 4x1 MUX 4x1 MUX A1 S0 S1 B1 FA C1 C0 C1 Cout 11/12/08 D3 D2 Trường ðHSP TPHCM D1 D0 12 6.3 Vi tác vụ luận lý Hàm F0 = F1 = xy F2 = x.y F3 = x F4 = x.y Ký hiệu F←0 F←A∧B F←A∧B F←A F←A∧B F5 = y F←B F6 = x ⊕ y F←A⊕B F7 = x + y F8 = (x + y) F9 = x ⊕ y F←A∨B F←A∨B F←A⊕B F10 = y F←B F11 = x + y F←A∨B F12 = x F←A F13 = x + y F←A∨B F14 = xy 11/12/08 F15 = F←A∧B Trường ðHSP TPHCM F ← 1…1 Vi tác vụ xóa AND truyền A OR NOR NXOR NAND Gán 13 Mạch luận lý S0 S1 Ai S0 S1 MUX 4x1 Bi Ei 11/12/08 S1 S0 ðầu phép tính 0 E=A∧B AND E=A∨B OR E=A⊕B XOR 1 E=A Inverter Trường ðHSP TPHCM 14 Mạch luận lý S0 S1 Ai Bi S0 S1 MU X 4x1 S1 S0 Ei ðầu phép tính 0 E=A∧B AND E=A∨B OR E=A⊕B XOR 1 E=A Inverter Vẽ mạch luận lý với i=2 Cho S0=S1=1, A1=0,A2=1,B1=1,B2=0 Xác ñịnh E1, E2? 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 15 6.4 Vi tác vụ dịch Ký hiệu 11/12/08 Ý nghĩĩa R ← shl R Dịch trái R R ← shr R Dịch phải R R ← cil R Dịch vòng trái R R ← cir R Dịch vòng phải R R ← ashl R Dịch trái số học R R ← ashr R Dịch phải số học R Trường ðHSP TPHCM 16 • • • • • • • R= 10101011 Shl R= 01010110 Shr R= 01010101 Cil R= 01010111 Cir R=??? Ashl R=??? Ashr R=??? Mạch dịch tổ hợp bit A3 A2 A1 A0 IL IR S 11/12/08 S S S 2x1 MUX 2x1 MUX 2x1 MUX H3 H2 H1 Trường ðHSP TPHCM S 2x1 MUX H0 18 6.5 ALU (Arithmetic and Logic Unit) Ai+1 Ai-1 Ai S0 S1 Bi Một tầng mạch luận lý Ci+1 Một tầng mạch số học Ei S2 S3 Ci-1 Di S0 S1 4x1 MUX 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 19 Các tác vụ ALU S3 0 0 0 0 0 0 1 11/12/08 Chọn tác vụ S2 S1 S0 Cin 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 x 1 x 1 x 1 x x x x x x x Tác vụ Chức F=A F=A+1 F=A+B F=A+B+1 F=A+B F=A+B+1 F=A–1 F=A F=A∧B F=A∨B F=A⊕B F=A F = shr A F = shl A Chuyển A Tăng A Phép cộng Cộng với nhớ Trừ có mượn Phép trừ Giảm Chuyển A AND OR XOR Inverter Dịch phải A Dịch trái A Trường ðHSP TPHCM 20 There are six shift microoperations: shl that shifts the bits of a register one place left shr that shifts the bits of a register one place right; cil that shifts the bits of a register one place left with the leftmost bit being circled back to the right cir that works similarly but to the right ashl that shifts all bits except the sign bit of a register to the left but not into the sign bit ashr that shifts all bits excluding the sign bit to the right Eight-bit examples Type Symbolic Source R2 Destination R1 shift left R1 ← shl R2 10011110 00111100 shift right R1 ← shr R2 10011110 01001111 Circle shift left R1 ←cil R2 10011110 00111101 Circle shift right R1 ← cir R2 10011110 01001111 arithmetic shift left R1 ← ashl R2 10011110 10111100 arithmetic shift right R1 ← ashr R2 10011110 10001111 ... 6. 4 Vi tác vụ dịch Ký hiệu 11/12/08 Ý nghĩĩa R ← shl R Dịch trái R R ← shr R Dịch phải R R ← cil R Dịch vòng trái R R ← cir R Dịch vòng phải R R ← ashl R Dịch trái số học R R ← ashr R Dịch phải... H1 Trường ðHSP TPHCM S 2x1 MUX H0 18 6. 5 ALU (Arithmetic and Logic Unit) Ai+1 Ai-1 Ai S0 S1 Bi Một tầng mạch luận lý Ci+1 Một tầng mạch số học Ei S2 S3 Ci-1 Di S0 S1 4x1 MUX 11/12/08 Trường ðHSP... 11/12/08 D3 D2 Trường ðHSP TPHCM D1 D0 12 6. 3 Vi tác vụ luận lý Hàm F0 = F1 = xy F2 = x.y F3 = x F4 = x.y Ký hiệu F←0 F←A∧B F←A∧B F←A F←A∧B F5 = y F←B F6 = x ⊕ y F←A⊕B F7 = x + y F8 = (x + y) F9