Mời các bạn cùng tham khảo nội dung Chương 6: Bộ xử lý trung tâm với các nội dung về tổ chức của CPU, thiết kế đơn vị điều khiển, kỹ thuật đường ống lệnh, cấu trúc bộ xử lý tiên tiến, các kiến trúc song song mức lệnh.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 6: Bộ xử lý trung tâm - Nguyễn Kim Khánh
- NKK-HUT
Kiến trúc máy tính
Chương 6
BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM
(Central Processing Unit - CPU)
Nguyễn Kim Khánh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
26 May 2012 IT3030 1
- NKK-HUT
Nội dung học phần
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 2. Cơ bản về logic số
Chương 3. Hệ thống máy tính
Chương 4. Kiến trúc tập lệnh
Chương 5. Số học máy tính
Chương 6. Bộ xử lý
Chương 7. Bộ nhớ
Chương 8. Vào-ra
Chương 9. Kiến trúc máy tính tiên tiến
26May
26 May2012
2012 IT3030 2
- NKK-HUT
Nội dung
6.1. Tổ chức của CPU
6.2. Thiết kế đơn vị điều khiển
6.3. Kỹ thuật đường ống lệnh
6.4. Cấu trúc bộ xử lý tiên tiến
6.5. Các kiến trúc song song mức lệnh
26 May 2012 IT3030 3
- NKK-HUT
6.1. Tổ chức của CPU
1. Cấu trúc cơ bản của CPU
Nhiệm 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 hay
cổng vào-ra
26 May 2012 IT3030 4
- NKK-HUT
Sơ đồ 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
26 May 2012 IT3030 5
- NKK-HUT
Các thành phần cơ bản của CPU
Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU)
Đơn vị số học và logic (Arithmetic and
Logic Unit - ALU)
Tập thanh ghi (Register File - RF)
Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit -
BIU)
Bus bên trong (Internal Bus)
26 May 2012 IT3030 6
- NKK-HUT
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.
26 May 2012 IT3030 7
- NKK-HUT
Mô hình kết nối 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
26 May 2012 IT3030 8
- NKK-HUT
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.
26 May 2012 IT3030 9
- NKK-HUT
Mô hình kết nối đơn vị điều khiển
Thanh ghi lÖnh
C¸c tÝn hiÖu
C¸c cê
®iÒu khiÓn
§¬n vÞ bªn trong CPU
®iÒu khiÓn
Clock
C¸c tÝn hiÖu C¸c tÝn hiÖu
yªu cÇu tõ ®iÒu khiÓn ®Õn
bus hÖ thèng bus hÖ thèng
Bus ®iÒu khiÓn
26 May 2012 IT3030 10
- NKK-HUT
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 khiển
26 May 2012 IT3030 11
- NKK-HUT
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 ALU
Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU:
Điều khiển bộ nhớ
Điều khiển các mô-đun vào-ra
26 May 2012 IT3030 12
- NKK-HUT
2. Hoạt động của chu trình lệnh
Chu trình lệnh
Nhận lệnh
Giải mã lệnh
Nhận toán hạng
Thực hiện lệnh
Cất toán hạng
Ngắt
26 May 2012 IT3030 13
- NKK-HUT
Giản đồ trạng thái chu trình lệnh
NhËn CÊt
NhËn lÖnh
to¸n h¹ng to¸n h¹ng
NhiÒu NhiÒu
to¸n to¸n
h¹ng h¹ng
Cã
TÝnh Gi¶i m· TÝnh TÝnh Ng¾t
Thao t¸c KiÓm tra
®Þa chØ thao t¸c ®Þa chØ ®Þa chØ Ng¾t
d÷ liÖu ng¾t
cña lÖnh lÖnh to¸n h¹ng to¸n h¹ng
Kh«ng
LÖnh hoµn thµnh, Quay l¹i víi d÷ liÖu Ng¾t
nhËn lÖnh tiÕp theo String hoÆc Vector
26 May 2012 IT3030 14
- NKK-HUT
Nhận lệnh
CPU đưa địa chỉ của lệnh cần nhận từ bộ
đếm chương trình PC ra bus địa chỉ
CPU phát tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ
Lệnh từ bộ nhớ được đặt lên bus dữ liệu
và được CPU copy vào thanh ghi lệnh IR
CPU tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh
kế tiếp
26 May 2012 IT3030 15
- NKK-HUT
Sơ đồ mô tả quá trình nhận lệnh
CPU
PC
Bé nhí
§¬n vÞ
®iÒu khiÓn
IR
PC: Bé ®Õm ch-¬ng tr×nh Bus Bus Bus
IR: Thanh ghi lÖnh ®Þa d÷ ®iÒu
chØ liÖu khiÓn
26 May 2012 IT3030 16
- NKK-HUT
Giải mã lệnh
Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa
đến đơn vị điều khiển
Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh
để xác định thao tác phải thực hiện
Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU
26 May 2012 IT3030 17
- NKK-HUT
Nhận dữ liệu
CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus
địa chỉ
CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
Toán hạng được đọc vào CPU
Tương tự như nhận lệnh
26 May 2012 IT3030 18
- NKK-HUT
Nhận dữ liệu gián tiếp
CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ
CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
Nội dung ngăn nhớ được đọc vào CPU,
đó chính là địa chỉ của toán hạng
Địa chỉ này được CPU phát ra bus địa
chỉ để tìm ra toán hạng
CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
Toán hạng được đọc vào CPU
26 May 2012 IT3030 19
- NKK-HUT
Sơ đồ tả nhận toán hạng gián tiếp
CPU
MAR
§¬n vÞ
Bé nhí
®iÒu khiÓn
MBR
MAR: Thanh ghi ®Þa chØ bé nhí Bus Bus Bus
MBR: Thanh ghi ®Öm bé nhí ®Þa d÷ ®iÒu
chØ liÖu khiÓn
26 May 2012 IT3030 20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
