Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 6 - Nguyễn Kim Khánh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

53
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 6 - Bộ xử lý. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Tổ chức của CPU, thiết kế đơn vị điều khiển, kỹ thuật đường ống lệnh, ví dụ thiết kế bộ xử lý theo kiến trúc MIPS. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 6 - Nguyễn Kim Khánh

NKK-HUST Kiến trúc máy tính om .c Chương 6 ng co BỘ XỬ LÝ an th o ng du u cu Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2017 Kiến trúc máy tính 310 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nội dung học phần Chương 1. Giới thiệu chung om .c Chương 2. Cơ bản về logic số ng Chương 3. Hệ thống máy tính co Chương 4. Số học máy tính an Chương 5. Kiến trúc tập lệnh th Chương 6. Bộ xử lý o ng du Chương 7. Bộ nhớ máy tính u Chương 8. Hệ thống vào-ra cu Chương 9. Các kiến trúc song song 2017 Kiến trúc máy tính 311 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nội dung của chương 6 om 6.1. Tổ chức của CPU .c ng 6.2. Thiết kế đơn vị điều khiển co 6.3. Kỹ thuật đường ống lệnh an th 6.4. Ví dụ thiết kế bộ xử lý theo kiến trúc ng MIPS (*) o du u cu (*) dành cho Chương trình Tài năng và Chất lượng cao 2017 Kiến trúc máy tính 312 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 6.1. Tổ chức của CPU 1. Cấu trúc cơ bản của CPU om n Nhiệm vụ của CPU: .c n Nhận lệnh (Fetch Instruction): CPU đọc lệnh từ bộ ng nhớ co Giải mã lệnh (Decode Instruction): xác định thao tác an n mà lệnh yêu cầu th n Nhận dữ liệu (Fetch Data): nhận dữ liệu từ bộ nhớ ng hoặc các cổng vào-ra o du n Xử lý dữ liệu (Process Data): thực hiện phép toán số u học hay phép toán logic với các dữ liệu cu n Ghi dữ liệu (Write Data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay cổng vào-ra 2017 Kiến trúc máy tính 313 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Sơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU om Đơn vị Đơn vị Tập .c số học điều khiển thanh ghi ng và logic (CU) (RF) (ALU) co an th bus bên trong o ng Đơn vị nối ghép bus (BIU) du u cu bus điều khiển bus dữ liệu bus địa chỉ 2017 Kiến trúc máy tính 314 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 2. Đơn vị số học và logic Chức năng: Thực hiện các phép toán om n số học và phép toán logic: .c ng n Số học: cộng, trừ, nhân, chia, đảo dấu co n Logic: AND, OR, XOR, NOT, phép dịch bit an th o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 315 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Mô hình kết nối ALU Dữ liệu từ Dữ liệu đến om các thanh ghi các thanh ghi .c Đơn vị ng số học và logic co Các tín hiệu (ALU) an từ đơn vị th điều khiển o ng du u Thanh ghi cờ cu Thanh ghi cờ: hiển thị trạng thái của kết quả phép toán 2017 Kiến trúc máy tính 316 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 3. Đơn vị điều khiển Chức năng om n .c n Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào CPU ng n Tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế tiếp co Giải mã lệnh đã được nhận để xác định thao an n tác mà lệnh yêu cầu th n o ng Phát ra các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh du n Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và u đáp ứng với các yêu cầu đó. cu 2017 Kiến trúc máy tính 317 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Mô hình kết nối đơn vị điều khiển om .c Thanh ghi lệnh ng co Các cờ Các tín hiệu an điều khiển th bên trong CPU Đơn vị điều khiển Clock o ng du u Các tín hiệu Các tín hiệu cu điều khiển từ điều khiển đến bus hệ thống bus hệ thống Bus điều khiển 2017 Kiến trúc máy tính 318 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Các tín hiệu đưa đến đơn vị điều khiển Clock: tín hiệu nhịp từ mạch tạo dao om n động bên ngoài .c ng n Lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để giải co mã an th n Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng thái của CPU o ng du n Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển u cu 2017 Kiến trúc máy tính 319 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Các tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU: om n Điều khiển các thanh ghi .c n ng n Điều khiển ALU co n Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU: an th n Điều khiển bộ nhớ n o ng Điều khiển các mô-đun vào-ra du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 320 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 4. Hoạt động của chu trình lệnh Chu trình lệnh om .c n Nhận lệnh ng co n Giải mã lệnh an Nhận toán hạng th n n Thực hiện lệnh o ng du n Cất toán hạng u cu n Ngắt 2017 Kiến trúc máy tính 321 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Giản đồ trạng thái chu trình lệnh om Nhận lệnh Nhận Cất .c toán hạng toán hạng ng Nhiều Nhiều co toán toán hạng hạng an Có th Tính Giải mã Tính Tính ngắt địa chỉ Thao tác Kiểm tra thao tác địa chỉ địa chỉ Ngắt của lệnh lệnh o ng toán hạng dữ liệu toán hạng ngắt du Không Lệnh hoàn thành, Quay lại với dữ liệu ngắt nhận lệnh tiếp theo String hoặc Vector u cu 2017 Kiến trúc máy tính 322 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nhận lệnh om n CPU đưa địa chỉ của lệnh cần nhận từ bộ .c đếm chương trình PC ra bus địa chỉ ng CPU phát tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ co n an n Lệnh từ bộ nhớ được đặt lên bus dữ liệu th và được CPU copy vào thanh ghi lệnh IR o ng du n CPU tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh u kế tiếp cu 2017 Kiến trúc máy tính 323 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Sơ đồ mô tả quá trình nhận lệnh om CPU .c PC ng co Bộ nhớ Đơn vị an điều khiển th o ng du IR u cu PC: Bộ đếm chương trình Bus Bus Bus IR: Thanh ghi lệnh địa dữ điều chỉ liệu khiển 2017 Kiến trúc máy tính 324 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Giải mã lệnh om Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa .c n đến đơn vị điều khiển ng co n Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh an để xác định thao tác phải thực hiện th n o ng Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 325 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nhận dữ liệu từ bộ nhớ om n CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus .c địa chỉ ng co n CPU phát tín hiệu điều khiển đọc an Toán hạng được đọc vào CPU th n ng Tương tự như nhận lệnh o n du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 326 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Sơ đồ mô tả nhận dữ liệu từ bộ nhớ om CPU .c MAR ng co Đơn vị Bộ nhớ an điều khiển th o ng MBR du u cu MAR: Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ Bus Bus Bus MBR: Thanh ghi đệm bộ nhớ địa dữ điều chỉ liệu khiển 2017 Kiến trúc máy tính 327 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Thực hiện lệnh om n Có nhiều dạng tuỳ thuộc vào lệnh .c n Có thể là: ng Đọc/Ghi bộ nhớ co n an n Vào/Ra th n Chuyển giữa các thanh ghi ng Phép toán số học/logic o n du Chuyển điều khiển (rẽ nhánh) u n cu n ... 2017 Kiến trúc máy tính 328 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Ghi toán hạng om n CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ .c ng n CPU đưa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu co n CPU phát tín hiệu điều khiển ghi an th n Dữ liệu trên bus dữ liệu được copy đến ng vị trí xác định o du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 329 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt