Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 - Phạm Tường Hải, Nguyễn Quốc Tuấn

Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 trình bày các vấn đề liên quan đến câu lệnh của máy tính như dẫn nhập, phép toán, toán hạng, biểu diễn câu lệnh, lệnh ra quyết định, trình con, bài tập và một số nội dung khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 - Phạm Tường Hải, Nguyễn Quốc TuấnKhoa KH & KT Máy tínhBoä moân Kyõ thuaät Maùy tính Phaïm Töôøng ng Haûi Nguyeãn Quoác Tuaán Tài liệu tham khảo “Computer Organization and Design: the hardware/software interface”, John L. Hennessy & David A. Patterson, Second Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC. 1998 “Computer Architecture: a quantitative approach”, John L. Hennessy & David A. Patterson, Third Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC. 2002Kiến trúc Máy tính - Chap 03 2 Chương 3.Kiến trúc Máy tính - Chap 03 3 3.1 Dẫn nhập Kiến trúc của máy tính bao gồm 2 phần • Kiến trúc phần cứng • Kiến trúc tập lệnh Cả 2 phần trên có mối quan hệ tương hỗ với nhau Có 2 cách để tiếp cận đến kiến trúc máy tính • Tiếp cận từ phần cứng • Tiếp cận từ tập lệnh chúng ta chọn cách tiếp cận từ tập lệnh Sử dụng hợp ngữ để giới thiệu tập lệnh Dùng tập lệnh của bộ xử lý MIPS để minh họa chínhKiến trúc Máy tính - Chap 03 4 3.2 Phép toán Các máy tính đều có thể thực hiện các phép toán số học Xét câu lệnh sau (hợp ngữ MIPS) add a , b , c • Chỉ thị cho máy tính thực hiện phép toán cộng • Phép toán trên chỉ có thể thực hiện với 3 toán hạng Nếu muốn thực hiện phép toán với nhiều toán hạng ? • Phải dùng nhiều câu lệnh để chỉ thị add a , b , c # the sum of b and c is placed in a add a , a , d # the sum of b, c and d is placed in a add a , a , e # the sum of b, c, d and e is placed in a • Mỗi hàng dành để ghi 1 câu lệnh • Phần văn bản đi theo ký hiệu # dành cho chú thíchKiến trúc Máy tính - Chap 03 5 ... Việc cố định số lượng toán hạng trong câu lệnh giúp đơn giản hóa đáng kể việc thiết kế mạch phần cứng Nguyên tắc thiết kế 1 Càng đơn giản, càng ổn định Thí dụ. Dịch đoạn chương trình C sau đây sang hợp ngữ a = b + c d = a - e Giải đáp. add a , b , c sub d , a , eKiến trúc Máy tính - Chap 03 6 ... Thí dụ. Dịch đoạn chương trình C sau đây sang hợp ngữ f = (g + h ) - (i + j) Giải đáp. add t0 , g , h # biến phụ t0 chứa g + h add t1 , i , j # biến phụ t1 chứa i + j sub f , t0 , t1 # f chính là kết quả cần tìmKiến trúc Máy tính - Chap 03 7 3.3 Toán hạng Ở các chương trình viết bằng ngôn ngữ cấp cao, biến (variable) đóng vai trò của toán hạng Đối với các câu lệnh (instruction), ngôn ngữ cấp thấp, toán hạng thường được chứa trong các thanh ghi Kích thước thanh ghi ở bộ xử lý MIPS là 32 bit. kích thước toán hạng trong các câu lệnh MIPS bị giới hạn ở 32 bit, từ (word) Số lượng thanh ghi cũng giới hạn. Bộ xử lý MIPS chỉ có 32 thanh ghi 32 bit tham gia vào các phép toán số học Nguyên tắc thiết kế 2 Càng nhỏ, càng nhanhKiến trúc Máy tính - Chap 03 8 ... Trong các thí dụ kế tiếp, chúng ta sử dụng • Các thanh ghi $s0 , $s1 , ... chứa các biến trong mã nguồn C • Các thanh ghi $t0 , $t1 , ... chứa các biến tạm trong quá trình dịch từ C sang hợp ngữ MIPS Thí dụ. Dịch đoạn chương trình C sau đây sang hợp ngữ MIPS với các biến f , g , h , i và j được chứa sẵn trong các thanh ghi $s0 , $s1 , $s2 , $s3 và $s4 f = (g + h ) - (i + j) Giải đáp. add $t0 , $s1 , $s2 # biến phụ t0 chứa g + h add $t1 , $s3 , $s4 # biến phụ t1 chứa i + j sub $s0 , $t0 , $t1 # f chính là kết quả cần tìmKiến trúc Máy tính - Chap 03 9 ... Ngoài các biến đơn, còn có các biến phức tạp thể hiện nhiều kiểu cấu trúc dữ liệu khác nhau, td. array Các cấu trúc dữ liệu phức tạp có số phần tử dữ liệu nhiều hơn số thanh ghi của bộ xử lý Nếu các thanh ghi của bộ xử lý chỉ có thể chứa một lượng nhỏ dữ liệu thì bộ nhớ của máy tính có thể chứa được rất nhiều dữ liệu các cấu trúc dữ liệu phức tạp được chứa trong bộ nhớ của máy tính Cần thiết các câu lệnh thực hiện việc chuyển dữ liệu giữa thanh ghi và bộ nhớ nhóm lệnh chuyển dữ liệu (data transfer)Kiến trúc Máy tính - Chap 03 10 ... Bộ nh ...