Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 1
8 September 2009 1
NKK-HUT
Hệthống máy tính
Chương 4
KIẾN TRÚC BỘXỬLÝ
Nguyễn Kim Khánh
Trường ĐạihọcBáchkhoaHàNội
8 September 2009 2
NKK-HUT
Nội dung học phần
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 2. Kiến trúc bộnhớ
Chương 3. Kiến trúc vào-ra
Chương 4. Kiến trúc bộxửlý
Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến
8 September 2009 3
NKK-HUT
4.1. Cấutrúccơbảncủa CPU
4.2. Tậplệnh
4.3. Hoạtđộng củaCPU
4.4. Kỹthuật đường ống lệnh
4.5. Các kiến trúc song song mức lệnh
4.6. Một sốkiến trúc thông dụng
Nộidung
8 September 2009 4
NKK-HUT
4.1. CấutrúccơbảncủaCPU
NhiệmvụcủaCPU:
Nhậnlệnh (Fetch Instruction): CPU đọclệnh từbộ
nhớ.
Giảimãlệnh (Decode Instruction): xác định thao tác
mà lệnh yêu cầu.
Nhậndữliệu (Fetch Data): nhậndữliệutừbộnhớ
hoặccáccổng vào-ra.
Xửlý dữliệu (Process Data): thựchiện phép toán số
học hay phép toán logic vớicácdữliệu.
Ghi dữliệu (Write Data): ghi dữliệurabộnhớhay
cổng vào-ra
1. Nhiệmvụvà cấutrúccủaCPU
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 2
8 September 2009 5
NKK-HUT
SơđồcấutrúccơbảncủaCPU
8 September 2009 6
NKK-HUT
Đơnvịđiềukhiển (Control Unit - CU)
Đơnvịsốhọc và logic (Arithmetic and
Logic Unit - ALU)
Tập thanh ghi (Register File - RF)
Đơnvịnối ghép bus (Bus Interface Unit -
BIU)
Bus bên trong (Internal Bus)
Các thành phầncơbảncủaCPU
8 September 2009 7
NKK-HUT
2. Đơnvịsốhọc và logic
Chứcnăng: Thựchiệncácphéptoán
sốhọc và phép toán logic:
Sốhọc: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm,
đảodấu
Logic: AND, OR, XOR, NOT, phép dịch bit.
8 September 2009 8
NKK-HUT
Mô hình kếtnốiALU
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 3
8 September 2009 9
NKK-HUT
3. Đơnvịđiềukhiển
Chứcnăng
Điềukhiểnnhậnlệnh từbộnhớđưavào
thanh ghi lệnh
Tăng nội dung củaPC để trỏsang lệnh kế
tiếp
Giảimãlệnh đãđượcnhậnđể xác định thao
tác mà lệnh yêu cầu
Phát ra các tín hiệuđiềukhiểnthựchiệnlệnh
Nhậncáctínhiệuyêucầutừbus hệthống và
đáp ứng vớicácyêucầuđó.
8 September 2009 10
NKK-HUT
Mô hình kếtnốiđơnvịđiềukhiển
8 September 2009 11
NKK-HUT
Các tín hiệuđưađếnđơnvịđiềukhiển
Clock: tín hiệunhịptừmạch tạodao
động bên ngoài.
Mã lệnh từthanh ghi lệnh đưađếnđể
giảimã.
Các cờtừthanh ghi cờcho biếttrạng
thái củaCPU.
Các tín hiệuyêucầutừbus điềukhiển
8 September 2009 12
NKK-HUT
Các tín hiệu phát ra từđơnvịđiềukhiển
Các tín hiệuđiềukhiển bên trong CPU:
Điềukhiển các thanh ghi
ĐiềukhiểnALU
Các tín hiệuđiềukhiển bên ngoài CPU:
Điềukhiểnbộnhớ
Điềukhiểncácmô-đun vào-ra
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 4
8 September 2009 13
NKK-HUT
Các phương pháp thiếtkếđơnvịđiềukhiển
Đơnvịđiềukhiểnvi chương trình
(Microprogrammed Control Unit)
Đơnvịđiềukhiểnnốikếtcứng
(Hardwired Control Unit)
8 September 2009 14
NKK-HUT
Đơnvịđiềukhiểnvi chương trình
8 September 2009 15
NKK-HUT
Đơnvịđiềukhiểnvi chương trình (tiếp)
Bộnhớvi chương trình (ROM) lưutrữ
các vi chương trình (microprogram)
Mộtvi chương trình bao gồmcácvi
lệnh (microinstruction)
Mỗivi lệnh mã hoá cho một vi thao tác
(microoperation)
Để hoàn thành mộtlệnh cầnthựchiện
mộthoặcmột vài vi chương trình
Tốcđộ chậm
8 September 2009 16
NKK-HUT
Đơnvịđiềukhiểnnốikếtcứng
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 5
8 September 2009 17
NKK-HUT
Đơnvịđiềukhiểnnốikếtcứng (tiếp)
Sửdụng mạch cứng để giảimãvàtạo
các tín hiệuđiềukhiểnthựchiệnlệnh
Tốcđộ nhanh
Đơnvịđiềukhiểnphứctạp
8 September 2009 18
NKK-HUT
4.Tập thanh ghi
Chứcnăng và đặcđiểm:
Chứacácthôngtin tạmthờiphụcvụcho
hoạtđộng ởthờiđiểmhiệntạicủaCPU
Đượccoilàmứcđầutiêncủahệthống nhớ
Sốlượng thanh ghi nhiềuÆtăng hiệunăng
củaCPU
Có hai loại thanh ghi:
Các thanh ghi lậptrìnhđược
Các thanh ghi không lậptrìnhđược
8 September 2009 19
NKK-HUT
Phân loại thanh ghi theo chứcnăng
Thanh ghi địachỉ: quảnlýđịachỉcủangăn
nhớhay cổng vào-ra.
Thanh ghi dữliệu: chứatạmthờicácdữ
liệu.
Thanh ghi đanăng: có thểchứađịachỉ
hoặcdữliệu.
Thanh ghi điềukhiển/trạng thái: chứacác
thông tin điềukhiểnvàtrạng thái củaCPU.
Thanh ghi lệnh: chứalệnh đang đượcthực
hiện.
8 September 2009 20
NKK-HUT
Mộtsốthanh ghi điểnhình
Các thanh ghi địachỉ
Bộđếmchương trình PC (Program Counter)
Con trỏdữliệu DP (Data Pointer)
Con trỏngănxếp SP (Stack Pointer)
Thanh ghi cơsởvà thanh ghi chỉsố
(Base Register & Index Register)
Các thanh ghi dữliệu
Thanh ghi trạng thái