Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 2 – TS. Nguyễn Đức Minh

Chương 2 của bài giảng Kiến trúc máy tính trình bày về ngôn ngữ máy tính và các phép toán. Chương này gồm có các nội dung sau: Hệ đếm và biểu diễn số trong máy tính, kiến trúc tập lệnh, các phép toán và cách thực hiện trong máy tính,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt các nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 2 – TS. Nguyễn Đức Minh KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ET4270 TS. Nguyễn Đức Minh [Adapted from Computer Organization and Design, 4th Edition, Patterson & Hennessy, © 2008, MK] [Adapted from Computer Architecture lecture slides, Mary Jane Irwin, © 2008, PennState University] Tổ chức lớp Số tín chỉ 3 (3-1-1-6) Giảng viên TS. Nguyễn Đức Minh Văn phòng C9-401 Email minhnd1@gmail,com Website https://sites.google.com/site/fethutca/home • Username: ca.fet.hut@gmail.com • Pass: dungkhoiminh Sách Computer Org and Design, 3rd Ed., Patterson &Hennessy, ©2007 Digital Design and Computer Architecture, David Money Harris Thí nghiệm 3 bài Bài tập Theo chương, đề bài xem trên trang web Giới thiệu 2 HUST-FET, 13/02/2011 Điểm số Điều kiện thi Lab Bài thi giữa kỳ 30% Bài tập 20% (Tối đa 100 điểm) Tiến trình 10% Tối đa: 100 điểm, Bắt đầu: 50 điểm Tích lũy, trừ qua trả lời câu hỏi trên lớp và đóng góp tổ chức lớp Bài thi cuối kỳ 70% Giới thiệu 3 HUST-FET, 13/02/2011 Lịch học  Thời gian:  Từ 14h00 đến 17h20  Lý thuyết: 11 buổi x 135 phút / 1 buổi  Bài tập: 4 buổi x 135 phút / 1 buổi  Thay đổi lịch (nghỉ, học bù) sẽ được thông báo trên website trước 2 ngày Giới thiệu 4 HUST-FET, 13/02/2011 Kết luận chương 1  Hệ thống máy tính được xây dựng từ phân cấp các lớp trừu tượng. Các chi tiết triển khai lớp dưới bị che khuất khỏi lớp trên.  Kiến trúc tập lệnh – lớp giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm mức thấp – là lớp trừu tượng quan trọng trong hệ thống máy tính.  Phần cứng máy tính gồm 5 thành phần: đường dữ liệu, khối điều khiển, bộ nhớ, khối vào, và khối ra. 5 thành phần đó kết nối với nhau bằng hệ thống bus theo mô hình vonNeumann hoặc mô hình Havard.  Phương pháp đánh giá hiệu năng một hệ thống máy tính là dùng thời gian thực hiện 1 chương trình. Thời gian thực hiện chương trình được tính bằng công thức: Tcpu  I  CPI  Tc Chương 2. Ngôn ngữ máy tính và các phép toán 5 HUST-FET, 13/02/2011 Nội dung 1. Hệ đếm và biểu diễn số trong máy tính (nhắc lại) 2. Kiến trúc tập lệnh 1. Yêu cầu chức năng máy tính vonNeumman 2. Yêu cầu chung của kiến trúc tập lệnh 3. Kiến trúc tập lệnh MIPS 4. Biên dịch 3. Các phép toán và cách thực hiện trong máy tính Chương 2. Ngôn ngữ máy tính và các phép toán 6 HUST-FET, 13/02/2011 Hệ đếm cơ số r Một số biểu diễn trong hệ đếm cơ số r gồm m chữ số trước dấu phẩy và n chữ số sau dấu phẩy: D  (d m1d m2 d1d0 , d 1d 2 d n ) r Trong đó 0 ≤ di ≤ r-1 là các chữ số dm-1: chữ số có ý nghĩa lớn nhất d-n: chữ số có ý nghĩa nhỏ nhất Giá trị của D trong hệ cơ số 10: m 1 D  i d  i  n r i Chương 2. Ngôn ngữ máy tính và các phép toán 7 HUST-FET, 13/02/2011 Các hệ đếm thông dụng Hệ cơ số 10: r = 10; 0 ≤ di ≤ 9 Hệ cơ số 2: r = 2; di  (0,1); di được gọi là các bit Hệ cơ số 8: r = 8; 0 ≤ di ≤ 7 Hệ cơ số 16: r = 16; di  (0,…,9,A,B,C,D,E,F) Máy tính dùng hệ cơ số 2, và 16 Chương 2. Ngôn ngữ máy tính và các phép toán 8 HUST-FET, 13/02/2011 Chuyển từ thập phân sang nhị phân  Bước 1 - Phần nguyên: Chia số cần đổi cho 2 lấy phần dư; Lấy thương chia tiếp cho 2 lấy phần dư; Lặp lại cho đến khi thương bằng 0; Phần dư cuối cùng là bit có giá trị lớn nhất (MSB), phần dư đầu tiên là bit có giá trị nhỏ nhất (trước dấu phẩy)  Bước 2 - Phần thập phân: Nhân số cần đổi với 2, lấy phần nguyên của tích; Lấy phần thập phân của tích nhân tiếp với 2, lấy phần nguyên; Lặp lại đến khi tích bằng 0 hoặc tích bị lặp lại; Phần nguyên đầu tiên là bit đầu tiên, phần nguyên cuối cùng là bít cuối cùng (sau dấu phẩy). Chương 2. Ngôn ngữ máy tính và các phép toán 9 HUST-FET, 13/02/2011 Chuyển từ nhị phân sang hệ 16  Nhóm số thập phân thành các nhóm 4 bít, lần lượt từ phải sang trái.  Nhóm cuối cùng có thể có số bit nhỏ hơn 4 (bm1 , bm2 , bm3 , bm4 ,b7 , b6 , b5 , b4 , b3 , b2 , b1 , b0 )     hm / 41 h1 h0  Chuyển mỗi nhóm 4 bít thành 1 chữ số hệ 16 Hệ 2 Hệ 16 Hệ 2 Hệ 16 Hệ 2 Hệ 16 Hệ 2 Hệ 16 0001 1 0101 5 1001 9 1101 D 0010 2 0110 6 1010 A 1110 E 0011 3 0111 7 1011 B 1111 F 0100 4 1000 8 1100 C Chương 2. Ngôn ngữ máy tính và các phép toán 10 HUST-FET, 13/02/2011 Ví dụ 2.1 – Chuyển đổi hệ đếm  Chuyển đổi các số sau giữa các cơ số 10, 2 và 16  (241,625)10  (1101 0101,1001)2  (4A,3F)16 Chương 2. Ngôn ngữ máy tính và các phép toán 11 HUST-FET, 13/02/2011 Biểu diễn số nguyên không dấu Hex Binary Decimal 231 230 229 ... ...