Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 4 - Phạm Ngọc Hưng

Chia sẻ: Codon_03 Codon_03 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ xử lý trung tâm là nội dung chương 4 thuộc "Bài giảng Cấu trúc máy tính" của Phạm Ngọc Hưng với các nội dung về cấu trúc cơ bản của PCU. Mời các bạn cùng tìm hiểu để nắm bắt nội dung thông tin tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 4 - Phạm Ngọc Hưng

Kiến trúc máy tính Chương 4 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) 1
Nội dung chương 4 4.1. Cấu trúc cơ bản của CPU 4.2. Tập lệnh 4.3. Hoạt động của CPU 4.4. Các kỹ thuật tiên tiến của CPU 4.5. Kiến trúc Intel 2
4.1. Cấu trúc cơ bản của CPU Đơn vị điều Đơn vị số Tập các khiển học và logic thanh ghi (CU) (ALU) (RF) Bus bên trong Đơn vị ghép nối Bus (BIU) Bus điều Bus dữ liệu Bus địa chỉ khiển 3
1. Đơn vị điều khiển (CU)  Chức năng:  Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào thanh ghi lệnh và tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế tiếp.  Giải mã lệnh nằm trong thanh ghi lệnh để xác định thao tác cần thực hiện và phát ra tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh đó.  Nhận tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và đáp ứng với các yêu cầu đó. 4
Đơn vị điều khiển (tiếp)  Mô hình kết nối của đơn vị điều khiển: Thanh ghi lệnh Các Tín hiệu điều cờ khiển bên trong CPU Đơn vị điều khiển Clock Tín hiệu yêu Tín hiệu điều cầu từ Bus hệ khiển đến Bus thống hệ thống Bus điều khiển 5
Đơn vị điều khiển (tiếp)  Các tín hiệu đưa đến đơn vị điều khiển:  Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để giải mã  Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng thái của CPU  Xung clock từ bộ tạo xung bên ngoài cung cấp cho đơn vị điều khiển làm việc  Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển 6
Đơn vị điều khiển (tiếp)  Các tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển:  Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU:  Điều khiển các thanh ghi  Điều khiển hoạt động của ALU  Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU:  Điều khiển bộ nhớ chính  Điều khiển các module vào-ra 7
2. Đơn vị số học và logic (ALU)  Chức năng: Thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic.  Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm, đảo dấu, …  Logic: AND, OR, XOR, NOT, các phép dịch và quay bit 8
Đơn vị số học và logic (tiếp)  Mô hình kết nối của ALU: Dữ liệu vào Dữ liệu ra từ các đến các thanh ghi thanh ghi Đơn vị số học Các tín và logic hiệu từ (ALU) đơn vị điều khiển Thanh ghi cờ 9
3. Tập thanh ghi (RF) a. Chức năng và phân loại b. Một số thanh ghi điển hình 10
a. Chức năng và phân loại  Chức năng:  Là tập hợp các thanh ghi nằm trong CPU  Chứa các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động hiện tại của CPU. 11
Phân loại tập thanh ghi  Phân loại theo khả năng can thiệp của người lập trình:  Các thanh ghi không lập trình được: người lập trình không can thiệp được  Các thanh ghi lập trình được: người lập trình can thiệp được  Phân loại theo chức năng:  Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào-ra  Thanh ghi dữ liệu: chứa các dữ liệu tạm thời hoặc kết quả trung gian phục vụ cho việc xử lý dữ liệu của CPU  Thanh ghi điều khiển và trạng thái: chứa các thông tin điều khiển và trạng thái của CPU  Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang được thực hiện  Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu 12
b. Một số thanh ghi điển hình  Các thanh ghi địa chỉ  Bộ đếm chương trình (Program Counter – PC)  Con trỏ dữ liệu (Data Pointer – DP)  Con trỏ ngăn xếp (Stack Pointer – SP)  Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register)  Các thanh ghi dữ liệu  Thanh ghi trạng thái 13
Các vùng nhớ cơ bản của CT  Chương trình đang thực hiện phải nằm trong bộ nhớ chính và nó chiếm 3 vùng nhớ cơ bản sau:  Vùng nhớ lệnh (Code): chứa các lệnh của chương trình.  Vùng dữ liệu (Data): chứa dữ liệu của chương trình. Thực chất đây là nơi cấp phát các ngăn nhớ cho các biến nhớ.  Vùng ngăn xếp (Stack): là vùng nhớ có cấu trúc LIFO (Last In First Out) dùng để cất giữ thông tin và sau đó có thể khôi phục lại. Thường dùng cho việc thực hiện các chương trình con. 14
Bộ đếm chương trình (PC)  Còn gọi là con trỏ lệnh (Instruction Pointer - IP)  Là thanh ghi chứa địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được nhận vào.  Sau khi một lệnh được nhận vào thì nội dung của PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp nằm ngay sau lệnh vừa được nhận. 15
Minh họa hoạt động của PC Vùng nhớ lệnh (Code) Lệnh Lệnh PC Lệnh sẽ được nhận vào Lệnh kế tiếp Lệnh Lệnh 16
Thanh ghi con trỏ dữ liệu (DP)  Chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu mà CPU muốn truy cập.  Thường có một số thanh ghi con trỏ dữ liệu. 17
Minh họa hoạt động của DP Vùng dữ liệu (Data) Dữ liệu Dữ liệu DP Dữ liệu cần đọc/ghi Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu 18
Con trỏ ngăn xếp (SP)  Chứa địa chỉ của ngăn nhớ đỉnh ngăn xếp (ngăn xếp có chiều từ đáy lên đỉnh ngược với chiều tăng của địa chỉ)  Khi cất thêm một thông tin vào ngăn xếp:  Nội dung của SP tự động giảm  Thông tin được cất vào bắt đầu từ ngăn nhớ trỏ bởi SP  Khi lấy một thông tin ra khỏi ngăn xếp:  Thông tin được lấy ra bắt đầu từ ngăn nhớ trỏ bởi SP  Nội dung của SP tự động tăng  Khi ngăn xếp rỗng: SP trỏ vào đáy ngăn xếp 19
Minh họa hoạt động của SP Ngăn xếp (Stack) Ngăn xếp (Stack) Đỉnh Stack cũ Đỉnh Stack mới SP Đỉnh Stack mới SP Đỉnh Stack cũ Địa chỉ tăng dần Địa chỉ tăng dần Đáy Stack Đáy Stack Khi lấy 1 thông tin ra khỏi ngăn xếp, SP tự động tăng Khi cất 1 thông tin vào ngăn xếp, SP tự động giảm 20