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

Chia sẻ: Đức Tùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

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

Lưu

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

Kiến trúc máy tính Chương 4 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) 1
Nội dung chương 4  Cấu trúc chung của bộ xử lý  Khối điều khiển  Khối số học & logic  Ho?t d?ng c?a CPU  RISC & CISC Phan Trung Kiên 2
Sơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU Phan Trung Kiên 3
Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)  Cấu trúc  Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU)  Đơn vị số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU)  Tập thanh ghi (Register File - RF)  Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit - BIU)  Bus bên trong (Internal Bus)  Các thanh ghi (Registers) Phan Trung Kiên 4
Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)  Chức năng  Điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống  Xử lý dữ liệu  Nguyên tắc hoạt động  BXL hoạt động dựa theo chương trình nằm sẵn trong bộ nhớ Phan Trung Kiên 5
Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)  Các nhiệm vụ của BXL  Nhận lệnh: nhận lệnh từ bộ nhớ  Giải mã lệnh: Giải mã lệnh được nhận vào để biết lệnh làm gì  Nhận dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu nhận dữ liệu từ bên ngoài vào  Xử lý dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu thực hiện một phép toán nào đó  Ghi dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu cất kết quả ra ngoài Ngoài ra, trong quá trình thực hiện chương trình còn nhận các yêu cầu từ bên ngoài, xử lý các yêu cầu đó Phan Trung Kiên 6
BXL với bus hệ thống Phan Trung Kiên 7
Cấu trúc bên trong của BXL Phan Trung Kiên 8
Phân tích nhiệm vụ của BXL  Nhận lệnh (Fetch Instructions - FI)  Địa chỉ của lệnh cần thực hiện nằm trong bộ đếm chương trình (PC - Program Counter), được đưa qua bộ đệm địa chỉ, qua bus địa chỉ để tìm ra ngăn nhớ chứa lệnh  Tiếp theo, BXL phát ra tín hiệu đọc ngăn nhớ vừa tìm được  Nội dung của ngăn nhớ được chuyển qua bus dữ liệu và đưa đến thanh ghi lệnh (Instruction Reg.) Phan Trung Kiên 9
Phân tích nhiệm vụ của BXL  Giải mã lệnh (Interpret Instructions - II)  Lệnh từ thanh ghi lệnh được đưa đến khối điều khiển  Tại đây, lệnh được giải mã để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu  Khi đó, khối điều khiển sẽ phát ra tín hiệu điều khiển tương ứng với lệnh đó. Phan Trung Kiên 10
Phân tích nhiệm vụ của BXL  Nhận dữ liệu (Fetch Data - FD)  BXL phát ra địa chỉ của ngăn nhớ/cổng vào ra chứa dữ liệu cần nhận  BXL phát ra tín hiệu điều khiển đọc ngăn nhớ/cổng vào ra tương ứng  Dữ liệu được chuyển qua bus dữ liệu đưa vào tập thanh ghi bên trong Phan Trung Kiên 11
Phân tích nhiệm vụ của BXL  Xử lý dữ liệu (Process Data - PD)  Dữ liệu được chuyển từ các thanh ghi vào ALU  ALU sẽ thực hiện các phép toán dưới sự điều khiển của khối điều khiển  Kết quả phép toán được cất tạm thời vào thanh ghi dữ liệu Phan Trung Kiên 12
Khối điều khiển (CU)  Chức năng  ĐK nhận lệnh tiếp theo từ bộ nhớ, đưa vào thanh ghi lệnh  Tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh tiếp theo  Giải mã lệnh nằm trong thanh ghi lệnh để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu  Phát ra các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh đó  Nhận tín hiệu yêu cầu từ bên ngoài, xử lý các tín hiệu đó. Phan Trung Kiên 13
Mô hình kết nối KĐK Thanh ghi lệnh Các t/h điều khiển bên trong BXL Các cờ . . . Các t/h điều khiển từ bus hệ thống Khối điều Các t/h điều khiển khiển đến bus hệ thống Xung nhịp Bus hệ thống Phan Trung Kiên 14
Các tín hiệu đưa đến KĐK  Nhịp: tín hiệu đồng hồ từ mạch tạo nhịp bên ngoài: T0  T0 là chu kỳ của xung nhịp  Mỗi thao tác của BXL cần k.T0 , k ? N  Tần số xung đồng hồ: f0 = 1/T0  Ví dụ: máy tính dùng BXL có tốc độ 5GHz Ta có: f0 = 5GHz = 5*109 Hz ? T0 = 1/f0 = 1/(5*109) = 0.2 ns  Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để giải mã  Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng thái của BXL  Các tín hiệu điều khiển từ bus điều khiển yêu cầu BXL Phan Trung Kiên 15
Các tín hiệu phát ra từ KĐK  Các tín hiệu điều khiển bên trong BXL:  Điều khiển các thanh ghi  Điều khiển ALU  Các tín hiệu điều khiển bên ngoài BXL:  Điều khiển bộ nhớ  Điều khiển các modul vào-ra Phan Trung Kiên 16
Các phương pháp thiết kế KĐK  KĐK vi chương trình (Microprogrammed Control Unit)  KĐK nối kết cứng (Hardwired Control Unit) Phan Trung Kiên 17
Đơn vị điều khiển vi chương trình Phan Trung Kiên 18
Đơn vị điều khiển vi chương trình  Bộ nhớ vi chương trình (ROM) lưu trữ các vi chương trình (microprogram)  Một vi chương trình bao gồm các vi lệnh (microinstruction)  Mỗi vi lệnh mã hoá cho một vi thao tác (microoperation)  Để hoàn thành một lệnh cần thực hiện một hoặc một vài vi chương trình  Tốc độ chậm Phan Trung Kiên 19
Đơn vị điều khiển nối kết cứng Phan Trung Kiên 20