Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) - Chương 4: Bộ xử lý trung tâm CPU

Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) - Chương 4: Bộ xử lý trung tâm CPU cung cấp cho học viên những kiến thức về cấu trúc cơ bản của CPU, kiến trúc tập lệnh, hoạt động của CPU, đơn vị số học và logic (ALU),... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) - Chương 4: Bộ xử lý trung tâm CPU Chương 4 Bộ xử lý trung tâm CPU 1 Mục tiêu  Nhận biết các thành phần cơ bản của đơn vị xử lý trung tâm (CPU) và chức năng của chúng.  Hiểu được vai trò mỗi thành của CPU trong mối quan hệ với việc xử lý thông tin.  Kiến trúc tập lệnh của CPU 2 Nội dung  Cấu trúc cơ bản của CPU  Kiến trúc tập lệnh  Hoạt động của CPU 3 4.1 Cấu trúc cơ bản của CPU  Control Unit - CU  Arithmetic and Logic Unit - ALU  Register File – RF  Bus Interface Unit - BIU  Local Bus (Internal Bus) 4 1. Đơn vị số học và logic (ALU)  Chức năng: Thực hiện các phép toán số học và phép toán logic:  Số học: cộng, trừ, tăng, giảm, bù hai, so sánh  Logic: AND, OR, NOT, XOR, NOR, phép dịch bit 5 Mô hình kết nối ALU 6 Các khối bên trong ALU = Bộ cộng Bộ trừ Bộ dịch Bù hai Tăng Giảm OR AND XOR NOT NOR 7 Bộ cộng sử dụng trong máy tính điện tử Bộ cộng hai số nhị phân n bit: 8 Bộ cộng sử dụng trong máy tính điện tử Bộ bán tổng Bộ cộng đầy đủ 1 bit a0 S0 Half-Adder b0 c1 9 2. Thanh ghi  Thanh ghi là bộ nhớ bên trong CPU  Vùng nhớ được CPU nhận biết qua tên thanh ghi  Ví dụ: Bảng mã thanh ghi của VXL 8086 10 2. Thanh ghi  Chức năng và đặc điểm  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, có tốc độ truy xuất cực nhanh 11 Thanh ghi  Xây dựng từ các phần tử nhớ cơ bản: R Q S Q SR = SR = SR = SR= Qn D=0 D=1 Qn T=0 T=1 Qn 00 01 11 10 0 0 1 0 0 1 0 0 0 - 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 - 1 JK= JK= JK= JK= Qn 00 01 11 10 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 12 Thanh ghi 8 bit song song 13 Thanh ghi dịch 14 Phân loại thanh ghi theo chức năng  Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào/ra  Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang được thực hiện  Thanh ghi dữ liệu: chứa tạm thời các dữ liệu  Thanh ghi trạng thái: chứa các thông tin điều khiển của CPU và trạng thái kết quả phép toán  Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu 15 Các thanh ghi điển hình trong CPU 16 Các thanh ghi địa chỉ  Thanh ghi cơ sở (thanh ghi đoạn)  Ví dụ: CS (Code segment  Thanh ghi chỉ số (thanh ghi lệch)  Ví dụ: PC (Program Counter) Thanh ghi cơ sở:Thanh ghi chỉ sổ > Lưu địa chỉ logic  MAR (Memory Address Register): Thanh ghi đệm địa 17 chỉ Bộ đếm chương trình PC  PC: Program Counter  Còn được gọi là con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer)  Lưu 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 18 Ngăn xếp (Stack)  Ngăn xếp là vùng nhớ, thường dùng để phục vụ cho chương trình con hoặc phục vụ ngắt  Truy cập theo kiểu LIFO (Last in – First out)  Đáy ngăn xếp là một ngăn nhớ xác định  Đỉnh ngăn xếp là thông tin nằm ở vị trí trên cùng trong ngăn xếp  Đỉnh ngăn xếp có thể bị thay đổi 19 Minh họa con trỏ ngăn xếp SP Đỉnh Stack Đáy Stack 20