Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 - Vũ Thị Lưu

Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 Bộ xử lý trung tâm, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm CPU; Cấu trúc cơ bản của CPU; Tập lệnh; Hoạt động của CPU; Cấu trúc của các bộ xử lý tiên tiến; Kiến trúc Intel. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 4 - Vũ Thị LưuChương 4BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM(Central Processing Unit - CPU)4.1. Khái niệm CPu4.2 Cấu trúc cơ bản của CPU4.3. Tập lệnh4.4. Hoạt động của CPU4.5. Cấu trúc của các bộ xử lý tiên tiến4.6. Kiến trúc IntelĐịnh nghĩa CPU CPU ( Center Processor Unit ) - Đơn vị xử lý trung tâm : Là một linh kiện quan trọng nhất của máy tính, được ví như bộ não của con người, toàn bộ quá trình xử lý, tính toán và điều khiển đều được thực hiện tại đây. Cpu là linh kiện quyết định tốc độ của máy tính, tốc độ xử lý của CPU được tính bằng MHZ, GHZ 1MHz = 1000.000 Hz 1GHz = 1000.000.000 HzCác yếu tố tác động đến hiệu suất củaCPU Độ rộng Bus dữ liệu và Bus địa chỉ (Data Bus và Add Bus) Tốc độ xử lý và tốc độ Bus của CPU Bộ nhớ Cache ( Bộ nhớ đệm )Độ rộng Bus dữ liệu và Bus địa chỉ(Data Bus và Add Bus) Độ rộng Bus dữ liệu lànói tới số lượng đường truyềndữ liệu bên trong và bênngoài CPU Vd: CPU có 12 đườngtruyền dữ liệu ( ta gọi độrộng Data Bus là 12 bit ),Tốc độ xử lý và tốc độ Bus của CPU Tốc độ xử lý của CPU: Là tốc độ chạy bên trong của CPU, tốc độ này được tính bằng MHz hoặc GHz Tốc độ Bus của CPU (FSB) : Là tốc độ dữ liệu ra vào các chân của CPU - còn gọi là Bus phía trước : Front Site Bus (FSB)Bộ nhớ cache Bộ nhớ Cache là bộ nhớ nằm bên trong của CPU, nó có tốc độ truy cập dữ liệu theo kịp tốc độ xử lý của CPU, điều này khiến cho CPU trong lúc xử lý không phải chờ dữ liệu từ RAM vì dữ liệu từ RAM phải đi qua Bus của hệ thống nên mất nhiều thời gian. Một dữ liệu trước khi được xử lý , thông qua các lệnh gợi ý của ngôn ngữ lập trình, dữ liệu được nạp sẵn lên bộ nhớ Cache, vì vậy khi xử lý đến, CPU không mất thời gian chờ đợi . 4.2. Cấu trúc cơ bản của CPU1. Nhiệm vụ và cấu trúc của CPUNhiệm vụ của CPU- Nhận lệnh (Fetch Instruction): CPU đọc lệnh từ bộ nhớ- Giải mã lệnh (Decode Instruction): Xác định thao tác mà lệnh yêu cầu- Nhận dữ liệu (Fetch Data): nhận dữ liệu từ bộ nhớ hoặc các cổng vào-ra- Xử lý dữ liệu (Process Data): thực hiện phép toán số học hay phép toán logic với các dữ liệu- Ghi dữ liệu (Write Data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ haycổng vào-raSơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU Đơn vị Đơn vị số học Tập các điều khiển và logic thanh ghi (CU) (ALU) (RF) bus bên trong Đơn vị phối ghép bus (BIU) bus điều khiển bus dữ liệu bus địa chỉCác thành phần cơ bản của CPU- Đơn vị điều khiển (Control Unit – CU)- Đơn vị số học và logic (Arithmetic andLogic Unit - ALU)- Tập thanh ghi (Register File - RF)- Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit -BIU)- Bus bên trong (Internal Bus)2. Đơn vị số học và logic? Chức năng: Thực hiện các phép toán số học và phép toán logic:- Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng,giảm, đảo dấu- Logic: AND, OR, XOR, NOT, phép dịch bit.3. Đơn vị điều khiển Chức năng- Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào thanh ghi lệnh- Tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế tiếp- Giải mã lệnh đã được nhận để xác định thao tác mà lệnh yêu cầu- Phát ra các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh- Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và đáp ứng với các yêu cầu đó.Các tín hiệu đưa đến đơn vị điều khiển- Clock: tín hiệu nhịp từ mạch tạo dao động bên ngoài.- Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để giải mã.- Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng thái của CPU.- Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiểnCác tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển- Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU: - Điều khiển các thanh ghi - Điều khiển ALU- Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU: - Điều khiển bộ nhớ - Điều khiển các môđun vào-ra4. Tập thanh ghi * Chức năng và đặc điểm:- Tập hợp các thanh ghi nằm trong CPU- Chứa các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động ở thời điểm hiện tại của CPU- Được coi là mức đầu tiên của hệ thống nhớ- Tuỳ thuộc vào bộ xử lý cụ thể số lượng thanh ghi nhiều -> tăng hiệu năng của CPU- Có hai loại thanh ghi - Các thanh ghi lập trình được - Các thanh ghi không lập trình đượcPhân loại thanh ghi theo chức năng1. - Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào-ra.2. - Thanh ghi dữ liệu: chứa tạm thời các dữ liệu3. - Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu.4. - Thanh ghi điều khiển/trạng thái: chứa các thông tin điều khiển và trạng thái của CPU.5. - Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang được thực hiệnBộ đếm chương trình PC- Còn được gọi là con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer)- Giữ địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được nhận vào.- Sau khi một lệnh được nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp.Minh họa bộ đếm chương trình ...