Bài giảng Hệ thống máy tính: Chương 4 - Nguyễn Kim Khánh

Bài giảng Hệ thống máy tính: Chương 4 - Nguyễn Kim Khánh giới thiệu đến các bạn các kiến thức về cấu trúc cơ bản của CPU, tập lệnh, hoạt động của CPU, kỹ thuật đường ống lệnh, các kiến trúc song song mức lệnh, một số kiến trúc thông dụng. Để nắm vững hơn nội dung kiến thức bài giảng mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hệ thống máy tính: Chương 4 - Nguyễn Kim Khánh Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Hệ thống máy tính<br /> <br /> Nội dung học phần<br /> Chương 1. Giới thiệu chung<br /> Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ<br /> Chương 3. Kiến trúc vào-ra<br /> Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý<br /> Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến<br /> <br /> Chương 4<br /> KIẾN TRÚC BỘ XỬ LÝ<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 1<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 2<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 4.1. Cấu trúc cơ bản của CPU<br /> <br /> Nội dung<br /> <br /> 1. Nhiệm vụ và cấu trúc của CPU<br /> <br /> 4.1. Cấu trúc cơ bản của CPU<br /> 4.2. Tập lệnh<br /> 4.3. Hoạt động của CPU<br /> 4.4. Kỹ thuật đường ống lệnh<br /> 4.5. Các kiến trúc song song mức lệnh<br /> 4.6. Một số kiến trúc thông dụng<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> Nhiệm vụ của CPU:<br /> Nhận lệnh (Fetch Instruction): CPU đọc lệnh từ bộ<br /> nhớ.<br /> Giải mã lệnh (Decode Instruction): xác định thao tác<br /> mà lệnh yêu cầu.<br /> Nhận dữ liệu (Fetch Data): nhận dữ liệu từ bộ nhớ<br /> hoặc các cổng vào-ra.<br /> Xử lý dữ liệu (Process Data): thực hiện phép toán số<br /> học hay phép toán logic với các dữ liệu.<br /> Ghi dữ liệu (Write Data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ hay<br /> cổng vào-ra<br /> 3<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 4<br /> <br /> 1<br /> <br /> Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Sơ đồ cấu trúc cơ bản của CPU<br /> <br /> Các thành phần cơ bản của CPU<br /> Đơn vị điều khiển (Control Unit - CU)<br /> Đơn vị số học và logic (Arithmetic and<br /> Logic Unit - ALU)<br /> Tập thanh ghi (Register File - RF)<br /> Đơn vị nối ghép bus (Bus Interface Unit BIU)<br /> Bus bên trong (Internal Bus)<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 5<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 6<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 2. Đơn vị số học và logic<br /> <br /> Mô hình kết nối ALU<br /> <br /> Chức năng: Thực hiện các phép toán<br /> số học và phép toán logic:<br /> Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm,<br /> đảo dấu<br /> Logic: AND, OR, XOR, NOT, phép dịch bit.<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> 7<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 8<br /> <br /> 2<br /> <br /> Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 3. Đơn vị điều khiển<br /> <br /> Mô hình kết nối đơn vị điều khiển<br /> <br /> Chức năng<br /> Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào<br /> thanh ghi lệnh<br /> Tăng nội dung của PC để trỏ sang lệnh kế<br /> tiếp<br /> Giải mã lệnh đã được nhận để xác định thao<br /> tác mà lệnh yêu cầu<br /> Phát ra các tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh<br /> Nhận các tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và<br /> đáp ứng với các yêu cầu đó.<br /> 8 September 2009<br /> <br /> 9<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 10<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Các tín hiệu đưa đến đơn vị điều khiển<br /> <br /> Các tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển<br /> <br /> Clock: tín hiệu nhịp từ mạch tạo dao<br /> động bên ngoài.<br /> Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để<br /> giải mã.<br /> Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng<br /> thái của CPU.<br /> Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển<br /> <br /> Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU:<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> Điều khiển các thanh ghi<br /> Điều khiển ALU<br /> <br /> Các tín hiệu điều khiển bên ngoài CPU:<br /> Điều khiển bộ nhớ<br /> Điều khiển các mô-đun vào-ra<br /> <br /> 11<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 12<br /> <br /> 3<br /> <br /> Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Đơn vị điều khiển vi chương trình<br /> <br /> Các phương pháp thiết kế đơn vị điều khiển<br /> <br /> Đơn vị điều khiển vi chương trình<br /> (Microprogrammed Control Unit)<br /> Đơn vị điều khiển nối kết cứng<br /> (Hardwired Control Unit)<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 13<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 14<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Đơn vị điều khiển vi chương trình (tiếp)<br /> <br /> Đơn vị điều khiển nối kết cứng<br /> <br /> Bộ nhớ vi chương trình (ROM) lưu trữ<br /> các vi chương trình (microprogram)<br /> Một vi chương trình bao gồm các vi<br /> lệnh (microinstruction)<br /> Mỗi vi lệnh mã hoá cho một vi thao tác<br /> (microoperation)<br /> ...