Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 3 (tt) - Hoàng Văn Hiệp

Chia sẻ: ảnh ảo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:213

Thêm vào BST

Báo xấu

107
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Cấu trúc máy tính - Chương 3: Hệ thống máy tính (tt)" cung cấp các kiến thức của phần "Bộ xử lý trung tâm" bao gồm: Cấu trúc cơ bản của CPU, tập lệnh, hoạt động của CPU. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu tham khảo phục vụ học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 3 (tt) - Hoàng Văn Hiệp

3.2. Bộ xử lý trung tâm 3.2.1. Cấu trúc cơ bản của CPU 3.2.2. Tập lệnh 3.2.3. Hoạt động của CPU 241
3.2.1. Cấu trúc cơ bản của CPU §¬n vÞ §¬n vÞ TËp c¸c sè häc vµ ®iÒu khiÓn thanh ghi logic (CU) (RF) (ALU) bus bªn trong §¬n vÞ nèi ghÐp bus (BIU) bus ®iÒu khiÓn bus d÷ liÖu bus ®Þa chØ 242
1. Đơn vị điều khiển (CU)  Chức năng:  Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đƣa vào thanh ghi lệnh và tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế tiếp.  Giải mã lệnh nằm trong thanh ghi lệnh để xác định thao tác cần thực hiện và phát ra tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh đó.  Nhận tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và đáp ứng với các yêu cầu đó. 243
Đơn vị điều khiển (tiếp)  Mô hình kết nối của đơn vị điều khiển: Thanh ghi lÖnh TÝn hiÖu C¸c cê ®iÒu khiÓn bªn trong CPU §¬n vÞ ®iÒu khiÓn Clock TÝn hiÖu yªu cÇu TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tõ bus hÖ thèng ®Õn bus hÖ thèng Bus ®iÒu khiÓn 244
Đơn vị điều khiển (tiếp)  Các tín hiệu đƣa đến đơn vị điều khiển:  Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đƣa đến để giải mã  Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng thái của CPU  Xung clock từ bộ tạo xung bên ngoài cung cấp cho đơn vị điều khiển làm việc  Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển 245
Đơn vị điều khiển (tiếp)  Các tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển:  Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU:  Điều khiển các thanh ghi  Điều khiển hoạt động của ALU  Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU:  Điều khiển bộ nhớ chính  Điều khiển các module vào-ra 246
2. Đơn vị số học và logic (ALU)  Chức năng: Thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic.  Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm, đảo dấu, …  Logic: AND, OR, XOR, NOT, các phép dịch và quay bit 247
Đơn vị số học và logic (tiếp)  Mô hình kết nối của ALU: D÷ liÖu vµo tõ D÷ liÖu ra ®Õn c¸c thanh ghi c¸c thanh ghi §¬n vÞ C¸c tÝn hiÖu sè häc vµ logic tõ ®¬n vÞ (ALU) ®iÒu khiÓn Thanh ghi cê 248
3. Tập thanh ghi (RF) a. Chức năng và phân loại b. Một số thanh ghi điển hình 249
a. Chức năng và phân loại  Chức năng:  Là tập hợp các thanh ghi nằm trong CPU  Chứa các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động hiện tại của CPU. 250
Phân loại tập thanh ghi  Phân loại theo khả năng can thiệp của ngƣời lập trình:  Các thanh ghi không lập trình đƣợc: ngƣời lập trình không can thiệp đƣợc  Các thanh ghi lập trình đƣợc: ngƣời lập trình can thiệp đƣợc  Phân loại theo chức năng:  Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ hay cổng vào-ra  Thanh ghi dữ liệu: chứa các dữ liệu tạm thời hoặc kết quả trung gian phục vụ cho việc xử lý dữ liệu của CPU  Thanh ghi điều khiển và trạng thái: chứa các thông tin điều khiển và trạng thái của CPU  Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang đƣợc thực hiện  Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu 251
b. Một số thanh ghi điển hình  Các thanh ghi địa chỉ  Bộ đếm chƣơng trình (Program Counter – PC)  Con trỏ dữ liệu (Data Pointer – DP)  Con trỏ ngăn xếp (Stack Pointer – SP)  Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register)  Các thanh ghi dữ liệu  Thanh ghi trạng thái 252
Các vùng nhớ cơ bản của CT  Chƣơng trình đang thực hiện phải nằm trong bộ nhớ chính và nó chiếm 3 vùng nhớ cơ bản sau:  Vùng nhớ lệnh (Code): chứa các lệnh của chƣơng trình.  Vùng dữ liệu (Data): chứa dữ liệu của chƣơng trình. Thực chất đây là nơi cấp phát các ngăn nhớ cho các biến nhớ.  Vùng ngăn xếp (Stack): là vùng nhớ có cấu trúc LIFO (Last In First Out) dùng để cất giữ thông tin và sau đó có thể khôi phục lại. Thƣờng dùng cho việc thực hiện các chƣơng trình con. 253
Bộ đếm chƣơng trình (PC)  Còn gọi là con trỏ lệnh (Instruction Pointer - IP)  Là thanh ghi chứa địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ đƣợc nhận vào.  Sau khi một lệnh đƣợc nhận vào thì nội dung của PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp nằm ngay sau lệnh vừa đƣợc nhận. 254
Minh họa hoạt động của PC Vùng nhớ lệnh (Code) Lệnh Lệnh PC Lệnh sẽ đƣợc nhận vào Lệnh kế tiếp Lệnh Lệnh 255
Thanh ghi con trỏ dữ liệu (DP)  Chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu mà CPU muốn truy cập.  Thƣờng có một số thanh ghi con trỏ dữ liệu. 256
Minh họa hoạt động của DP Vùng dữ liệu (Data) Dữ liệu Dữ liệu DP Dữ liệu cần đọc/ghi Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu 257
Con trỏ ngăn xếp (SP)  Chứa địa chỉ của ngăn nhớ đỉnh ngăn xếp (ngăn xếp có chiều từ đáy lên đỉnh ngƣợc với chiều tăng của địa chỉ)  Khi cất thêm một thông tin vào ngăn xếp:  Nội dung của SP tự động giảm  Thông tin đƣợc cất vào bắt đầu từ ngăn nhớ trỏ bởi SP  Khi lấy một thông tin ra khỏi ngăn xếp:  Thông tin đƣợc lấy ra bắt đầu từ ngăn nhớ trỏ bởi SP  Nội dung của SP tự động tăng  Khi ngăn xếp rỗng: SP trỏ vào đáy ngăn xếp 258
Minh họa hoạt động của SP Ngăn xếp (Stack) Ngăn xếp (Stack) Đỉnh Stack cũ Đỉnh Stack mới SP Đỉnh Stack mới SP Đỉnh Stack cũ Địa chỉ tăng dần Địa chỉ tăng dần Đáy Stack Đáy Stack Khi lấy 1 thông tin ra khỏi ngăn xếp, SP tự động tăng Khi cất 1 thông tin vào ngăn xếp, SP tự động giảm 259
Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số  Thanh ghi cơ sở: chứa địa chỉ của ngăn nhớ cơ sở (địa chỉ cơ sở).  Thanh ghi chỉ số: chứa độ lệch địa chỉ giữa ngăn nhớ mà CPU cần truy cập so với ngăn nhớ cơ sở (chỉ số).  Địa chỉ của ngăn nhớ cần truy cập = địa chỉ cơ sở + chỉ số 260