Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ: Cài đặt bộ xử lý MIPS 32 bit thu gọn - GV. Chung Thùy Linh

Tài liệu này tập trung vào thiết kế và triển khai một bộ xử lý MIPS 32 bit thu gọn, một chủ đề trọng tâm trong lĩnh vực kiến trúc máy tính. Việc hiểu rõ cách một bộ xử lý hoạt động ở cấp độ thấp là vô cùng quan trọng để nắm vững các nguyên lý cơ bản của hệ thống máy tính. Chúng ta sẽ khám phá các thành phần cốt lõi như Datapath và Control Unit, là nền tảng để thực thi một tập lệnh cụ thể. Mục tiêu là trình bày một cách tiếp cận có hệ thống để xây dựng Datapath, từ việc xác định các phần tử cần thiết đến tích hợp chúng thành một bộ xử lý hoàn chỉnh có khả năng xử lý các loại lệnh khác nhau.

Sinh viên và những người quan tâm đến lĩnh vực kiến trúc máy tính, thiết kế vi xử lý, và lập trình hợp ngữ, đặc biệt là các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong ngành công nghệ thông tin và điện tử.

Tài liệu cung cấp cái nhìn tổng quan chi tiết về quy trình thiết kế một bộ xử lý MIPS 32 bit thu gọn, nhấn mạnh các nguyên tắc cơ bản của kiến trúc máy tính. Trọng tâm chính là cấu trúc của Datapath và Control Unit, hai thành phần không thể thiếu trong việc thực thi các tập lệnh MIPS đã được đơn giản hóa. Phương pháp trình bày bao gồm việc phân tích các thành phần cơ bản của máy tính như bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi, sau đó đi sâu vào cấu trúc bên trong của CPU, bao gồm các thanh ghi, đơn vị số học – luận lý (ALU) và mạch điều khiển. Nội dung tiếp tục trình bày các loại lệnh của MIPS thu gọn, bao gồm lệnh truy xuất bộ nhớ (lw, sw), lệnh số học/luận lý (add, sub, and, or, slt) và lệnh rẽ nhánh (beq, j), cùng với các định dạng lệnh (R-format, I-format, J-format). Tài liệu giải thích chi tiết các bước thực thi lệnh chung và sự khác biệt giữa các nhóm lệnh. Để xây dựng Datapath, nó hướng dẫn cách xác định các phần tử cần thiết như bộ nhớ lệnh, bộ đếm chương trình (PC), tập thanh ghi, ALU, bộ nhớ dữ liệu và bộ mở rộng dấu. Cuối cùng, tài liệu minh họa cách tích hợp các khối này, sử dụng bộ ghép kênh (MUX) để điều khiển luồng dữ liệu, nhằm tạo ra một bộ xử lý hoàn chỉnh. Giá trị ứng dụng của tài liệu nằm ở việc cung cấp nền tảng vững chắc cho việc hiểu và thiết kế các hệ thống xử lý nhúng và vi xử lý, có ý nghĩa quan trọng trong giáo dục và phát triển kỹ thuật phần cứng.