LHB kientrucmaytinh ch2 edit

TS Lê Hữu Bình lhbinh@husc.edu.vn; lhbinh@hueic.edu.vn Huế, 9/2021 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Tài liệu tham khảo David A Patterson, John L Hennessy Computer Organization and Design, Revised 4th edition, 2012 William Stallings, Computer Organization and Architecture, 9th edition, 2013 Nguyễn Kim Khánh, Bài giảng kiến trúc máy tính, Viện Cơng nghệ Thông tin Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Version: CA-2017 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.1 Các hệ đếm Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.1 Các hệ đếm ➢ Biến đổi hệ đếm sang hệ đến thập phận: Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.1 Các hệ đếm ➢ Biến đổi từ hệ đếm thập phận sang hệ đếm bất kỳ: Cho số N hệ thập phân Các bước để biến đổi số N sang hệ đếm có số s: ✓ Biến đổi phần nguyên: lấy phần nguyên N chia cho s, ta thương số dư số; tiếp tục lấy thương số chia tiếp cho s, ta thương số dư số;…; tiếp tục chia thương số Kết chuyển đổi phần nguyên dư số phép chia viết theo thứ tự ngược lại ✓ Biến đổi phần thập phân: lấy phần thập phân nhân với s phần thập phân tích số Kết chuyển đổi phần thập phân số phần nguyên phép nhân viết theo thứ tự tính tốn ✓ Ghép phần ngun phần thập phân ta thu kết ➢ Ví dụ: Biến đổi số 46.6875(10) sang số Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.1 Các hệ đếm bản: ➢ Biến đổi hệ bát phân, hệ thập lục phân sang hệ nhị phân ngược lại: Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.2 Các phép toán hệ nhị phân Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.2 Các phép tốn hệ nhị phân Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.2 Các phép tốn hệ nhị phân ❖ Phép chia: ➢ Thực bình thường chia hai số hệ thập phân 10 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.5 Biểu diễn số ngun có dấu ❖ Qui tắc 1: Dùng bit cao làm bit dấu, bit lại biểu diễn số không dấu ➢ Bit dấu = 0: số dương ➢ Bit dấu = 1: số âm ❖ Ví dụ số bit ➢ bit dấu ➢ bit số nguyên ➢ Dải biểu diễn -7 … +7 15 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.5 Biểu diễn số nguyên có dấu ❖ Nhược điểm Phương pháp sử dụng bit dấu: ➢ Tồn số 0: +0 -0 ➢ Kết tính tốn khơng xác ➢ Ví dụ: tính (+4) + (-2) +4 0100 -2 1010 +2 1110 (-6) → kết -6 +2 ➢ Cách khắc phục: Dùng số bù cho số âm 16 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.5 Biểu diễn số nguyên có dấu ❖ Số bù 1: ➢ Số bù số nhị phân số nhị phân mà cộng với số nhị phân cho tất bit ➢ Tìm số bù 1: số bù số sinh cách đảo bit thành thành ✓ Ví dụ: số 1011 có số bù là: 0100 ❖ Số bù 2: ➢ Số bù số số bù số cộng thêm với ✓ Ví dụ: số 1011 có số bù là: 0101 ➢ A - B = A + (-B): Phép trừ thực thông qua phép cộng Để thực A - B ta lấy A cộng với số bù B (Vì số bù B -B) 17 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.5 Biểu diễn số ngun có dấu ❖ Ví dụ: Bảng số bit dung số bù cho số âm: 18 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.5 Biểu diễn số nguyên có dấu ❖ Bài tập: ➢ Biểu diễn số nguyên có dấu sau bits, sử dụng số bù để biểu diễn số âm 58 -80 -112 19 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.6 Biểu diễn số thực dấu chấm tĩnh ❖ Qui ước vị trí chứa dấu chấm thập phận, số thực lưu trữ số nguyên: ➢ Số nguyên có dấu cho phần nguyên ➢ Số nguyên không dấu cho phần thập phận ❖ Chọn vị trí dấu chấm cho phù hợp độ xác cần biểu diễn cho thành phần ❖ Nhược điểm: Khó biểu diễn số nhỏ lớn ➢ Ví dụ: ✓ Số 1,234,000,000,000,000,000.00 cần nhiều bit cho phần nguyên ✓ Số 0.000 000 000 000 000 123 456 cần nhiều bit cho phần thập phân ❖ Cách khắc phục: Chuyển sang biểu diễn dấu chấm động 20 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.7 Biểu diễn số thực dấu chấm động ❖ Số thực lưu trữ số nguyên: ➢ Số nguyên có dấu cho phần định trị ➢ Số nguyên có dấu cho phần lũy thừa ➢ Ví dụ: ✓ 123,000,000,000,000,000.00 = -123 x 1015 (-123E+15) ✓ 0.000 000 000 000 000 123 = 123 x 10-18 (+123E-18) ❖ Nhược điểm: Độ xác giới hạn 21 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.7 Biểu diễn số thực dấu chấm động ❖ Tổng quát: số thực X biểu diễn theo kiểu số dấu chấm động sau: X = M * RE ➢ M phần định trị (Mantissa), ➢ R số (Radix), ➢ E phần mũ (Exponent) ❖ Trước hãng sản xuất máy tính tự qui định thành phần M, R E riêng biệt, dẫn đến khó trao đổi liệu, cần chuẩn hóa 22 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.7 Biểu diễn số thực dấu chấm động ❖ Chuẩn IEEE754: ➢ Qui định định dạng sử dụng số dấu chấm động máy tính ➢ Do IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) ban hành lần đầu 1985, phiên ban hành 2008 ➢ Sử dụng số nhị phân (R=2) ➢ Các định dạng: ✓ Chính xác đơn (single precision): 32 bit ✓ Chính xác kép (double precision): 64 bit ✓ Chính xác mở rộng (extended precision) CPU Intel: 80 bit ✓ Phiên 2008 có thêm định dạng 128 bit 23 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.7 Biểu diễn số thực dấu chấm động ❖ Định dạng số thực theo IEEE754: S ➢ ➢ ✓ S = 0: số dương ✓ S = 1: số âm e: mã thừa n phần mũ E, n số bit biểu diễn số E (do khơng cần lưu bit dấu cho E) e = E + (2n - 1) → E = e – (2n-1) m: phần lẻ phần định trị M dạng chuẩn: ✓ ➢ m S: bit dấu phần định trị M: ✓ ➢ E M = 1.m (Chú ý: Không sử dụng số bù 2) Công thức xác định giá trị số thực: X = (-1)S x 1.m x 2E 24 Chương Hệ thống số mạch logic 2.1 Các phép tính số logic máy tính 2.1.7 Biểu diễn số thực dấu chấm động ❖ Cần ý sử dụng so sánh số thực độ xác bị giới hạn Ví dụ: lưu số 123,456,789,012 số thực 32 bit bảo đảm xác ký số có nghĩa đầu tiên, ký số cịn lại khơng xác 25 Chương Hệ thống số mạch logic 2.2 Các mạch điện tử số máy tính 2.2.1 Đại số logic - sở tốn học mạch điện tử số 26 Chương Hệ thống số mạch logic 2.2 Các mạch điện tử số máy tính 2.2.1 Đại số logic - sở toán học mạch điện tử số 27 Chương Hệ thống số mạch logic 2.2 Các mạch điện tử số máy tính 2.2.1 Đại số logic - sở toán học mạch điện tử số 28 Chương Hệ thống số mạch logic 2.2 Các mạch điện tử số máy tính 2.2.2 Các cổng logic 29 ... L Hennessy Computer Organization and Design, Revised 4th edition, 2012 William Stallings, Computer Organization and Architecture, 9th edition, 2013 Nguyễn Kim Khánh, Bài giảng kiến trúc máy tính,