Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 - Phạm Tường Hải, Nguyễn Quốc Tuấn

Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 trình bày các tính toán số học trong kiến trúc máy tính như dẫn nhập, số nguyên có dấu và không dấu, cộng và trừ, các phép toán luận lý, đơn vị số học – luận lý , mạch nhân, mạch chia và một số nội dung khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 - 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 04 2 Chương 4.Kiến trúc Máy tính - Chap 04 3 4.1 Dẫn nhập Máy tính biểu diễn thông tin dưới dạng nhị phân Các đại lượng số đếm cũng biểu diễn dưới dạng nhị phân Một số câu hỏi thường gặp • Cách biểu diễn số đếm trên máy tính ? • Các giới hạn trong biểu diễn số đếm ? • Cách tính toán trên số nhị phân ? • Số thực ? v.v... Nội dung của chương này bao gồm • Biểu diễn số đếm trên máy tính • Các giải thuật tính toán • Phần cứng hiện thực giải thuật tính toán • Nhóm lệnh tính toánKiến trúc Máy tính - Chap 04 4 4.2 Số nguyên có dấu và không dấu MIPS biểu diễn số nguyên theo từ (word) có kích thước 32 bit Td. biểu diễn giá trị 10112 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1011 • Bit trọng số thấp nhất (least significant bit) nằm bên phải cùng • Bit trọng số cao nhất (most significant bit) nằm bên trái cùng Tầm vực giá trị biểu diễn ở số nguyên không dấu • Nhỏ nhất là 0 , lớn nhất là 232 – 1 (4.294.967.295) 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 Các bit không có nghĩa là các bit 0 nằm ở bên trái của số đếmKiến trúc Máy tính - Chap 04 5 ... MIPS biểu diễn số nguyên âm theo bù 2 • Bit dấu (sign bit) là bit nằm phía trái cùng • Tầm vực giá trị biểu diễn từ - 2(32-1) cho đến 2(32-1) -1 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 Vấn đề mở rộng dấu (sign extension) • Td. biểu diễn giá trị -5 toán hạng 8 bit 1111 1011 toán hạng 16 bit 1111 1111 1111 1011 toán hạng 32 bit 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011 • Lưu ý về các bit không có nghĩa ? Các lệnh liên quan đến số nguyên có dấu và không dấu • lb và lbu , slt và sltu , slti và sltiuKiến trúc Máy tính - Chap 04 6 4.3 Cộng và trừ Cộng trừ nhị phân theo số bù 2 Kết quả của phép cộng/trừ vượt quá giới hạn biểu diễn ? • Tràn bit (carry) Phép toán A B Kết quả • Tràn dấu (overflow) A + B ≥ 0 ≥ 0 < 0 • Điều kiện A + B < 0 < 0 ≥ 0 gây tràn dấu A - B ≥ 0 < 0 < 0 • Xử lý tràn ? A - B < 0 ≥ 0 ≥ 0 Các lệnh số học • Cộng/trừ số nguyên có dấu add , addi , sub sinh ra ngoại lệ (exception) thông báo đến bộ điều khiển • Cộng/trừ số nguyên không dấu addu , addiu , subu Thanh ghi EPC (exception program counter) chứa địa chỉ của câu lệnh sinh ra ngoại lệ • Lệnh mfc0 reg , $epc (move from system control)Kiến trúc Máy tính - Chap 04 7 ... Phân tích đoạn chương trình sau addu $t0 , $t1 , $t2 xor $t3 , $t1 , $t2 slt $t3 , $t3 , $zero bne $t3 , $zero , No_overflow xor $t3 , $t0 , $t1 slt $t3 , $t3 , $zero bne $t3 , $zero , OverflowKiến trúc Máy tính - Chap 04 8 ... Phân tích đoạn chương trình sau addu $t0 , $t1 , $t2 nor $t3 , $t1 , $zero sltu $t3 , $t3 , $t2 bne $t3 , $zero , OverflowKiến trúc Máy tính - Chap 04 9 4.4 Các phép toán luận lý Các phép toán luận lý cơ bản • and , andi • or , ori Các lệnh dịch (shift) • Dịch luận lý (logical shift) sll rd , rt , shamt và sllv rd , rt , rs srl rd , rt , shamt và srlv rd , rt , rs ...