Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 - Phan Trung Kiên

Mời các bạn tham khảo Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 do Phan Trung Kiên biên soạn để nắm bắt những kiến thức về bộ xử lý trung tâm (CPU) như cấu trúc của bộ xử lý, khối điều khiển, khối số hoc & logic, hoạt động của CPU, RISC & CISC.

Kiến trúc máy tính Chương BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) Nội dung chương      Cấu trúc chung xử lý Khối điều khiển Khối số học & logic Ho?t d?ng c?a CPU RISC & CISC Phan Trung Kiên Sơ đồ cấu trúc CPU Phan Trung Kiên Cấu trúc chung xử lý (BXL)  Cấu trúc       Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU) Đơn vị số học logic (Arithmetic and Logic Unit ALU) Tập ghi (Register File - RF) Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU) Bus bên (Internal Bus) Các ghi (Registers) Phan Trung Kiên Cấu trúc chung xử lý (BXL)  Chức    Điều khiển toàn hoạt động hệ thống Xử lý liệu Nguyên tắc hoạt động  BXL hoạt động dựa theo chương trình nằm sẵn nhớ Phan Trung Kiên Cấu trúc chung xử lý (BXL)  Các nhiệm vụ BXL      Nhận lệnh: nhận lệnh từ nhớ Giải mã lệnh: Giải mã lệnh nhận vào để biết lệnh làm Nhận liệu: Lệnh yêu cầu nhận liệu từ bên vào Xử lý liệu: Lệnh yêu cầu thực phép tốn Ghi liệu: Lệnh yêu cầu cất kết Ngoài ra, q trình thực chương trình cịn nhận yêu cầu từ bên ngoài, xử lý yêu cầu Phan Trung Kiên BXL với bus hệ thống Phan Trung Kiên Cấu trúc bên BXL Phan Trung Kiên Phân tích nhiệm vụ BXL  Nhận lệnh (Fetch Instructions - FI)    Địa lệnh cần thực nằm đếm chương trình (PC - Program Counter), đưa qua đệm địa chỉ, qua bus địa để tìm ngăn nhớ chứa lệnh Tiếp theo, BXL phát tín hiệu đọc ngăn nhớ vừa tìm Nội dung ngăn nhớ chuyển qua bus liệu đưa đến ghi lệnh (Instruction Reg.) Phan Trung Kiên Phân tích nhiệm vụ BXL  Giải mã lệnh (Interpret Instructions - II)    Lệnh từ ghi lệnh đưa đến khối điều khiển Tại đây, lệnh giải mã để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu Khi đó, khối điều khiển phát tín hiệu điều khiển tương ứng với lệnh Phan Trung Kiên 10 Cửa sổ ghi Phan Trung Kiên 53 Kiến trúc Intel  Kiến trúc 4-bit: Kiến trúc 8-bit: Kiến trúc 16-bit: Kiến trúc 32-bit:  Kiến trúc 64-bit:    4004 8008,8080,8085 8086/8088,80186,80286 80386, 80486, Pentium,Pentium II, Celeron, Pentium III, Pentium Itanium, Core Duo Phan Trung Kiên 54 Kiến trúc 16-bit (IA-16)     Các ghi bên trong: 16-bit Xử lý phép toán số nguyên với 16-bit Quản lý nhớ theo đoạn 64KBytes Mở đầu cho dòng máy tính IBM-PC Phan Trung Kiên 55 Kiến trúc 32-bit (IA-32)    Các ghi bên trong: 32-bit Xử lý phép tốn số ngun với 32-bit Có ba chế độ làm việc:    Chế độ 8086 thực (Real 8086 mode): làm việc xử lý 8086 Chế độ 8086 ảo (Virtual 8086 mode): làm việc nhiều xử lý 8086 (đa nhiệm 16-bit) Chế độ bảo vệ (Protected mode)    Đa nhiệm 32-bit Quản lý nhớ ảo Xử lý phép toán số dấu phẩy động (từ 80486) Phan Trung Kiên 56 Kiến trúc 64-bit (IA-64)      Các ghi bên trong: 64-bit Xử lý phép toán số nguyên với 64-bit Xử lý phép tốn số dấu phẩy động Khơng tương thích phần cứng với xử lý trước Tương thích phần mềm cách giả lập môi trường Phan Trung Kiên 57 Sù ph¸t triĨn cđa BXL hä Intel Year Chip L 1971 4004 10µm 2.3K 1974 8080 6µm 6.0K 1976 8088 3µm 29K 1982 80286 1.5µm 134K 1985 80386 1.5àm 275K 1989 80486 0.8àm 1.2M 1993 Pentiumđ 0.8àm 3.1M 1995 Pentiumđ Pro 0.6àm 15.5M 1999 Mobile PII 0.25àm 27.4 2000 Pentiumđ 0.18àm 42M 2002 Pentiumđ (N) 0.13àm 55M 2003 Itaniumđ (M) 0.13àm 410M Phan Trung Kiờn transistors 58 Minh häa mét sè BXL Intel 4004 - 1970s (First Microprocessor) Phan Trung Kiên Intel 8088 (LSI Microprocessor) 59 Minh häa mét sè BXL Pentium® III 28M transistors / 733MHz-1Gz / 13-26W L=0.25µm shrunk to L=0.18µm Phan Trung Kiên PowerPC 7400 (G4) 6.5M transistors / 450MHz / 8-10W L=0.15àm 60 Minh họa số BXL Co lại Pentiumđ 42M transistors / 1.3-1.8GHz / 49-55W L=0.18µm Phan Trung Kiờn Pentiumđ Northwood 55M transistors / 2-2.5GHz L=0.13àm Area=131mm2 61 Minh häa mét sè BXL PowerPC® 940 (G5) 58M transistors / 2GHz / 97W L=0.13àm Area=118mm2 Intel Itaniumđ 410M transistors / 1.3GHz / 130W L=0.13µm Area=374mm2 Image courtesy International Business Machines All Rights Reserved Image source: Intel Corporation www.intel.com Phan Trung Kiên 62 Minh häa mét sè BXL Phan Trung Kiên 63 Phan Trung Kiên 64 Phan Trung Kiên 65 Phan Trung Kiên 66 Phan Trung Kiên 67 ... gây Phan Trung Kiên 39 Rẽ nhánh Pipelining Phan Trung Kiên 40 Các kỹ thuật tiên tiến xử lý    Cấu trúc chung xử lý tiên tiến Các kiến trúc song song mức lệnh Kiến trúc RISC Phan Trung Kiên 41 ... (Very Long Instruction Word) Phan Trung Kiên 46 Superpipeline Phan Trung Kiên 47 Superscalar Phan Trung Kiên 48 VLIW (Very Long Instruction Word) Phan Trung Kiên 49 RISC   CISC RISC CISCComplex... dung chương      Cấu trúc chung xử lý Khối điều khiển Khối số học & logic Ho?t d?ng c?a CPU RISC & CISC Phan Trung Kiên Sơ đồ cấu trúc CPU Phan Trung Kiên Cấu trúc chung xử lý (BXL)  Cấu trúc