Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương III

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương III: Bộ xử lý: Khối điều khiển và đường dữ liệu, trình bày các nội dung: thành phần cơ bản của bộ xử lý, lệnh truy cập, các toán tử ALU, toán tử bộ nhớ, kết nối các thành phần, các tín hiệu điều khiển và bộ đồn kênh MUXes, các chỉ thị giải mã lệnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương IIIBộ xử lý: Khối điều khiển vàĐường dữ liệuNội dung¡Thành phần cơ bản của bộ xử lý – Lệnh truy cập – Các toán tử ALU – Toán tử bộ nhớ¡Kết nối các thành phần – Các tín hiệu điều khiển và bộ đồn kênh MUXes – Các chỉ thị giải mã lệnhMaterialthatisnotinthislecture¡ Readingsfromthebook –ALUFunctionfield(fig.4.13in4.4) –Somedatapathdetails –Thebookhasexcellentdescriptionsofthistopic.¡ Pleasereadthebookbeforewatchingthislecture.¡ Thereadingassignmentisonthewebsite.Thực thi cơ bản của MIPS(from the book)¡ Xem lại các tập lệnh cơ bản trong MIPS – Memory: lw, sw – Arithmetic: add,sub – Logic: and, or – Branch: beq¡ Đọc thêm: – Multiply, divide – A bunch of logic operations – jump – jr and jalCác hoạt động chính của bộ xửlý?¡ Nạp lệnh: tìm ra lệnh và tải lệnh¡ Tính toán trên ALU: tìm ra toán tử và thực thi¡ Truy nhập bộ nhớ: tìm ra địa chỉ và truy nhậpThiết kế đơn chu kỳ¡ Thiết kế đầu tiên sẽ xử lý một lệnh với mọi chu kỳ đồng hồ. Chia lệnh thành các pha và thực hiện trong một chu kỳ đồng hồ.¡ Nhắc lại về thiết kế mức logic: ¡ Tổ hợp các mức logic tạo ra trạng thái kế tiếp ¡ Bộ nhớ (các mạch chốt, RAM) lưu trữ trạng thái ¡ Bộ đồng hồ chuyển đổi trạng thái kế tiếp¡ Quy trình nạp lệnh¡ Trạng thái kế tiếp: PC+4 (ngoại trừ các lệnh nhảy)¡ Trạng thái: Program Counter (lệnh hiện tại) Thiết kế đơn chu kỳ¡ Thiết kế xử lý một lệnh trong các chu kỳ đồng hồ¡ Các khối xử lý cơ bản: – Combinational logic tạo ra next state – Memories (latches, RAM) lưu trữ trạng thái – Clock chuyển đổi next state thành current state.Nạp lệnh¡Theo dõi địa chỉ lệnh hiện tại tên thanh PC. – Tăng PC lên 4 trong mỗi chu kỳ – Tải lệnh tại địa chỉ được xác định bởi PCTính toán trên ALU (các chỉthị lệnh dạng RS)Các bước thực hiện?– Đọc dữ liệu từ tệp thanh ghi(specify rs and rt)– Thực thi tính toán ALU– Ghi dữ liệu về tệp thanh ghi (specify rd)Tính toán trên ALU (cấu trúclệnh dạng RS)¡ Các bước thực hiện? – Đọc dữ liệu từ tệp thanh ghi (xác định rõ rs và rt) – Thực hiện tính toán ALU – Ghi dữ liệu trở lại tệp thanh ghi (xác định rõ rd)Làm gì tiếp theo? Q: Thiếu khối nào? 1. Không thiếu, chỉ cần tập lệnhNạp lệnh và bộ tính toán ALU. và ALU Thiếu khối so sánh – Bộ nhớ lệnh, PC, bộ cộng PC+4 2. 3. Thiếu bộ nhớ dữ liệu – Tệp thanh ghi, ALU A: 3 Sử dụng đầu ra 0 từ ALU để so sánh trong lệnh beq và bneTruy cập bộ nhớCác bước thực hiện?– Tính toán địa chỉ– Gửi địa chỉ đến bộ nhớ dữ liệu (write: data)– Đọc: nhận kết quả trả về và đưa vào tệp thanh ghi Q: Điều gì xảy ra nếu đọc ghi vào b ộ nhớ cùng một thời điểm 1/ không thể xảy ra 2/ dữ liệu sẽ bị sai lệch hoặc không hợp l ệ 3/ không có vấn để gì cả vì có đầu ra đọc dữ liệu và đầu vào ghi dữ li ệu A: 2 Hoạt động của RAM: kích hoạt một hàng đọc/ghi dữ liệu. Nếu thực hiện cả 2 cùng lúc sẽ làm các bit bị xáo trộn. Ngoài ra cần phải 2 địa chỉ cho quá trình ghi đọcTruy nhập bộ nhớ Q: làm thế nào để tính địa chỉ với giá trị tức thì 1. Cộng gía trị tức thì và giá trị thanh ghi sử dụng ALU. 2. Số có dấu tức thì được sử dụng trong ALU 3. Cộng giá trị tực thì có dấu và giá trị thanh ghi sử dụng ALU A: 2. Cộng giá trị tức thì có d ấu và giá tr ị thanh ghi sử dụng ALU Để tính địa chỉ cần cộng giá trị từ thanh ghi và giá trị tức thì bằng ALU. Cần m ạch tổ hợp hợp để biểu diễn số có dấu 16 bit thành số 32 bitKết nối các thành phần • Bộ tính toán ALU – tải lệnh – tính toán giá trị tiếp theo của PC – đọc từ tệp thanh ghi – thực thi tính toán Note: hầu hết các lệnh – ghi lại tệp thanh ghi đều dùng hết các khối • Truy nhập bộ nhớ (load/store) của bộ sử lý ! – tải lệnh – tính toán giá trị tiếp theo củaPC ...