Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 - Phạm Hoàng Sơn

Bài giảng "Kiến trúc máy tính - Chương 3: Bộ xử lý trung tâm" cung cấp cho người học các kiến thức: Mô tả, diễn tiến thi hành lệnh mã máy, ngắt quãng, các kiến trúc xử lí tốc độ của bộ vi xử lí, các kiểu thi hành một lệnh, tập lệnh, kiểu định vị, ngôn ngữ cấp cao và ngôn ngữ máy. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 - Phạm Hoàng Sơn KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (TH152) • Chƣơng 1: Tổng quan về kiến trúc máy tính • Chƣơng 2: Biểu diễn thông tin trong máy tính • Chương 3: Bộ xử lý trung tâm • Chƣơng 4: Bộ nhớ bán dẫn (bộ nhớ trong) • Chƣơng 5: Bộ nhớ ngoài • Chƣơng 6: Nhập xuất Phạm Hoàng Sơn 1 I. MÔ TẢ II. DIỄN TIẾN THI HÀNH LỆNH Mà MÁY III. NGẮT QUÃNG (INTERRUPT) IV. CÁC KIẾN TRÚC XỬ LÍ TỐC ĐỘ CỦA BỘ VI XỬ LÍ V. CÁC KIỂU THI HÀNH MỘT LỆNH VI. TẬP LỆNH VII. KIỂU ĐỊNH VỊ VIII. NGÔN NGỮ CẤP CAO VÀ NGÔN NGỮ MÁY Phạm Hoàng Sơn 2 MÔ TẢ • CPU là từ viết tắt của chữ Central Processing Unit (đơn vị xử lý trung tâm). CPU có thể đƣợc xem nhƣ não bộ của máy tính. CPU đảm nhận thực hiện chức năng cơ bản của máy tính là thực thi chƣơng trình. Phạm Hoàng Sơn 3 MÔ TẢ Phạm Hoàng Sơn 4 MÔ TẢ • Các thông số - Kiểu CPU - Tần số đồng hồ làm việc (tốc độ) - Bộ nhớ đệm (cache) - Socket - Tốc độ FSB (Front Side Bus) Phạm Hoàng Sơn 5 MÔ TẢ • Cấu trúc CPU Phạm Hoàng Sơn 6 Bộ điều khiển (CU-Control Unit) Phạm Hoàng Sơn 7 Bộ điều khiển (CU-Control Unit) • Các thành phần Phạm Hoàng Sơn 8 Bộ điều khiển (CU-Control Unit) • Thành phần: – Bộ đếm chương trình (Program Counter : PC) : Đây là một sổ ghi chứa địa chỉ ô nhớ. Ô nhớ này chứa lệnh cần tìm để thi hành. – Thanh ghi lệnh (Instruction Register :IR) : CPU tìm lệnh có địa chỉ nằm trong bộ đếm chƣơng trình và đặt lệnh này vào thanh ghi lệnh. – Bộ giải mã lệnh (Instruction Decoder) : Xác định các tác vụ của lệnh nằm trong thanh ghi lệnh, – Bộ tạo tín hiệu điều khiển (Squencer) : Tạo ra các tín hiệu điều khiển cần thiết để thi hành các tác vụ mà bộ giải mã vừa xác định. – Tín hiệu đồng hồ (Clock) : Là tín hiệu điện tử tuần hoàn làm đồng bộ các hoạt độngPhạmcủaHoàng CPU.Sơn 9 Bộ số học-logic (ALU-Arithmetic Logic Unit) Phạm Mô hình kếtHoàng Sơn nối ALU 10 Các thanh ghi (Registers) • Thanh ghi là phần tử nhớ nhanh tạm thời các dữ liệu và địa chỉ phục vụ cho hoạt động ở thời điểm hiện tại của bộ vi xử lí. • Số lƣợng các thanh ghi quyết định đến hiệu năng xử lí của bộ vi xử lí. Phạm Hoàng Sơn 11 Các thanh ghi (Registers) • Phân loại – Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào-ra. –„ Thanh ghi dữ liệu: chứatạm thời các dữ liệu. – Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu. – Thanh ghi điều khiển/trạng thái: chứa các thông tin điều khiển và trạng thái của CPU. – Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang đƣợc thực hiện. Phạm Hoàng Sơn 12 Các thanh ghi (Registers) • Một số thanh ghi điển hình: – Bộ đếm chƣơng trình PC (Program Counter) – Con trỏ dữ liệu DP (Data Pointer) – Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer) – Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register) –„Các thanh ghi dữ liệu –„Thanh ghi trạng thái Phạm Hoàng Sơn 13 Các thanh ghi (Registers) • Bộ đếm chƣơng trình PC (Program Counter) – Còn đƣợc gọi là con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer) –„ Giữđịa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ đƣợc nhận vào. –„ Sau khi mộtlệnh đƣợc nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp. Phạm Hoàng Sơn 14 Phạm Hoàng Sơn 15 Các thanh ghi (Registers) • Con trỏ dữ liệu DP (Data Pointer) – Chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu mà CPU muốn truy nhập – Thƣờng có một số thanh ghi con trỏ dữ liệu Phạm Hoàng Sơn 16 Phạm Hoàng Sơn 17 Các thanh ghi (Registers) • Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer) – Chứa địa chỉ của ngăn nhớ đỉnh ngăn xếp –„Khi cấtmột thông tin vào ngăn xếp: • Nội dung của SP tự động giảm • Thông tin đƣợc cất vào ngăn nhớ đƣợc trỏ bởi SP – Khi lấy một thông tin ra khỏi ngăn xếp: • Thông tin đƣợc đọc từ ngăn nhớ đƣợc trỏ bởi SP • N ội dung của SP tự động tăng • Khi ngăn xếp rỗng, SP trỏ vào đáy Phạm Hoàng Sơn 18 Phạm Hoàng Sơn 19 Các thanh ghi (Registers) • Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register) – Thanh ghi cơ sở : chứa địa chỉ của ngăn nhớ cơ sở (địa chỉ cơ sở) – Thanh ghi chỉ số: chứa độ lệch địa chỉ giữa ngăn nhớ mà CPU cần truy nhập so với ngăn nhớ cơ sở (chỉ số) – Địa chỉ của ngăn nhớ cần truy nhập= địa chỉ cơ sở + chỉ số Phạm Hoàng Sơn 20 ...