Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ (Chương 4) Hệ thống máy tính

1 KiẾN TRỨC MÁY TÍNH VÀ HỢP NGỮ CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG MÁY TÍNH Nội dung chương  4.1 Cấu trúc hoạt động máy tính  4.2 Bộ xử lý trung tâm  4.3 Bộ nhớ máy tính  4.4 Hệ thống vào  4.5 Giới thiệu hệ điều hành 4.1 Cấu trúc hoạt động máy tính  4.1.1 Cấu trúc máy tính  4.1.2 Liên kết hệ thống  4.1.3 Hoạt động máy tính  4.1.4 Cấu trúc máy tính cá nhân điển hình 4.1.1 Cấu trúc máy tính  Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit)  Bộ nhớ (Memory)  Hệ thống vào-ra (Input-Output System)  Liên kết hệ thống (System Interconnection) Bộ nhớ máy tính 4.2 Bộ xử lý trung tâm (CPU)  Chức năng:  Điều khiển hoạt động tồn hệ thống máy tính  Xử lý liệu  Nguyên tắc hoạt động bản: CPU hoạt động theo  chương trình nằm nhớ chính, cách:  Nhận lệnh từ nhớ chính,  Sau tiến hành giải mã lệnh phát tín hiệu điều khiển thực thi lệnh  Trong q trình thực thi lệnh, CPU trao đổi liệu với nhớ hay hệ thống vào-ra  Cấu trúc CPU Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ xử lý trung tâm (CPU) 10 Bộ xử lý trung tâm (CPU) 11  Các thành phần CPU  Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU): điều khiển hoạt động máy tính theo chương trình định sẵn  Đơn vị số học logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thực phép toán số học phép toán logic liệu cụ thể  Tập ghi (Register File - RF): lưu giữ thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động CPU  Bus bên (Internal Bus): kết nối thành phần bên CPU với  Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU) kết nối trao đổi thông tin với bus bên (internal bus) với bus bên (external bus) Nhận lệnh 76  Hoạt động nhận lệnh diễn sau:  CPU phát địa lệnh cần nhận từ PC đến nhớ  CPU phát tín hiệu điều khiển đọc nhớ (MEMR - Memory Read)  Lệnh từ nhớ chuyển vào IR  Nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh nằm sau lệnh vừa nhận Minh họa trình nhận lệnh 77 Thực thi lệnh 78  Lệnh nằm IR chuyển sang đơn vị điều khiển (Control Unit) Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh phát tín hiệu điều khiển thực thi thao tác mà lệnh yêu cầu  Các kiểu thao tác lệnh:  Trao đổi liệu CPU nhớ  Trao đổi liệu CPU mô-đun vào-ra  Xử lý liệu: thực phép toán số học phép toán logic với liệu  Điều khiển rẽ nhánh  Kết hợp thao tác 79 Hoạt động ngắt 80  Khái niệm chung ngắt (Interrupt): Ngắt chế cho phép CPU tạm dừng chương trình thực để chuyển sang thực chương trình khác, gọi chương trình phục vụ ngắt  Các loại ngắt:  Ngắt lỗi thực chương trình, ví dụ: tràn số, chia cho  Ngắt lỗi phần cứng, ví dụ: lỗi nhớ RAM  Ngắt tín hiệu yêu cầu từ mô-đun vào-ra gửi đến CPU yêu cầu trao đổi liệu 81 82 Chu trình xử lý ngắt 83  Được thêm vào cuối chu trình lệnh  Sau hoàn thành lệnh, CPU kiểm tra xem có u cầu ngắt gửi đến hay khơng  Nếu khơng có tín hiệu u cầu ngắt CPU nhận lệnh  Nếu có yêu cầu ngắt ngắt chấp nhận thì:  CPU cất ngữ cảnh chương trình thực (các thơng tin liên quan đến chương trình bị ngắt)  CPU chuyển sang thực chương trình phục vụ ngắt tương ứng  Kết thúc chương trình đó, CPU khôi phục lại ngữ cảnh trở tiếp tục thực chương trình tạm dừng 85 Xử lý với nhiều tín hiệu yêu cầu ngắt (P.220) 86  Xử lý ngắt tuần tự:  Khi ngắt thực hiện, ngắt khác bị cấm  Bộ xử lý bỏ qua ngắt xử lý ngắt  Các ngắt đợi kiểm tra sau ngắt xử lý xong  Các ngắt thực 87 Xử lý ngắt ưu tiên 88  Xử lý ngắt ưu tiên:  Các ngắt định nghĩa mức ưu tiên khác  Ngắt có mức ưu tiên thấp bị ngắt ngắt ưu tiên cao  ngắt xảy lồng 89 Hoạt động vào-ra 90  Là hoạt động trao đổi liệu thiết bị ngoại vi với bên máy tính  Các kiểu hoạt động vào-ra:  CPU trao đổi liệu với mô-đun vào-ra  Mô-đun vào-ra trao đổi liệu trực tiếp với nhớ Hoạt động vào-ra 91 ...  4.1 Cấu trúc hoạt động máy tính  4.2 Bộ xử lý trung tâm  4.3 Bộ nhớ máy tính  4.4 Hệ thống vào  4.5 Giới thiệu hệ điều hành 4.1 Cấu trúc hoạt động máy tính  4.1.1 Cấu trúc máy tính  4.1.2... Liên kết hệ thống  4.1.3 Hoạt động máy tính  4.1.4 Cấu trúc máy tính cá nhân điển hình 4.1.1 Cấu trúc máy tính  Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit)  Bộ nhớ (Memory)  Hệ thống vào-ra... 37 4.5 Liên kết hệ thống 38  Luồng thơng tin máy tính  Cấu trúc bus  Phân cấp bus máy tính Luồng thơng tin máy tính 39  Các mơ-đun máy tính:  CPU  Mơ-đun nhớ  Mơ-đun vào-ra cần kết nối