Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 2 - Nguyễn Ngọc Duy

Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Các thành phần chức năng của CPU; Ngắt; Thanh ghi; Khối điều khiển; Khối luận lý và số học; Bus hệ thống; Lệnh máy tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 2 - Nguyễn Ngọc Duy Chương 2 BỘ XỬ LÝ 1 1 Nội dung 1. Các thành phần chức năng của CPU. 2. Ngắt. 3. Thanh ghi. 4. Khối điều khiển. 5. Khối luận lý và số học 6. Bus hệ thống. 7. Lệnh máy tính. 2 Các thành phần chức năng của CPU 3 Các thành phần chức năng của CPU 0 System Bus 1 … n-2 n-1 Các thành phần của máy tính 4 Các thành phần chức năng của CPU  Hệ thống Bus  Data bus:  Chuyển tải dữ liệu, lệnh.  Độ rộng của Bus tương ứng khả năng chuyển tải dữ liệu của CPU: 8, 16, 32, 64 bit 5 Các thành phần chức năng của CPU  Hệ thống Bus (tt):  Address bus:  Cung cấp địa chỉ nguồn và đích của dữ liệu cho CPU.  Độ rộng Bus xác định khả năng nhớ của hệ thống. 8088 dùng 16 bit địa chỉ => không gian địa chỉ là 64K.  Control bus:  Điều khiển và định thời các thông tin:  Tín hiệu đọc/ghi bộ nhớ,  Yêu cầu ngắt,  Tín hiệu đồng hồ. 6 Các thành phần chức năng của CPU  Cấu trúc mức tổng quát của CPU 7 Các thành phần chức năng của CPU  Cấu trúc bên trong của CPU 8 Các thành phần chức năng của CPU  Nhiệm vụ của CPU:  Nhận lệnh (fetch instruction): đọc lệnh từ bộ nhớ.  Giải mã lệnh (decode instruction): xác định tác vụ lệnh yêu cầu.  Nhận dữ liệu (fetch data):  Nhận dữ liệu mới từ bộ nhớ hoặc các cổng I/O,  Xử lý dữ liệu (process data): thực hiện các phép toán số hoặc logic với các dữ liệu.  Ghi dữ liệu (write data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ hoặc các cổng I/O. 9 Các thành phần chức năng của CPU  Chu kỳ lệnh:  Nạp lệnh (Fetch): Nạp lệnh  Giải mã lệnh  Nạp toán hạng Chu kỳ lệnh cơ bản  Thực thi (Execute): Thực thi  Cất toán hạng  Ngắt Chu kỳ lệnh với ngắt 10 Các thành phần chức năng của CPU  Nhận lệnh:  CPU đưa địa chỉ của lệnh cần nhận từ bộ đếm chương trình PC ra bus địa chỉ.  CPU phát tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ.  Lệnh từ bộ nhớ được đặt lên bus dữ liệu và được CPU copy vào thanh ghi lệnh IR.  CPU tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh kế tiếp 11 Các thành phần chức năng của CPU  Giải mã lệnh:  Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa đến đơn vị điều khiển (Control Unit).  Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh để xác định tác vụ phải thực hiện.  Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU 12 Các thành phần chức năng của CPU  Nhận dữ liệu:  CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus địa chỉ  CPU phát tín hiệu điều khiển đọc  Toán hạng được đọc vào CPU  Tương tự như nhận lệnh 13 Các thành phần chức năng của CPU Nhận dữ liệu gián tiếp (indirect):  CPU đưa địa chỉ ra Address Bus, và phát tín hiệu điều khiển đọc.  Nội dung ô nhớ (địa chỉ toán hạng – gián tiếp) được đọc vào CPU.  CPU phát địa chỉ này ra bus - - MAR: Memory Address Register MBR: Memory Buffer Register địa chỉ để tìm toán hạng  CPU phát tín hiệu điều khiển đọc, toán hạng được đọc vào CPU. 14 Các thành phần chức năng của CPU  Thực thi lệnh:  Thực thi các tác vụ được mã hóa vào tập lệnh như:  Đọc/Ghi bộ nhớ  Nhập/Xuất  Chuyển giữa các thanh ghi  Thao tác số học/logic  Chuyển điều khiển (rẽ nhánh)  … 15 Các thành phần chức năng của CPU  Ghi toán hạng:  CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ.  CPU đưa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu.  CPU phát tín hiệu điều khiển ghi.  Dữ liệu trên bus dữ liệu được copy đến vị trí xác định. 16 Các thành phần chức năng của CPU Ví dụ về thực thi chương trình 17 Các thành phần chức năng của CPU Lưu đồ trạng thái chu kỳ lệnh 18 Ngắt (Interrupt)  Là kỹ thuật cho phép các module khác (I/O) có thể ngắt ngang tiến trình xử lý bình thường  Các loại ngắt:  Chương trình (program): overflow, division by zero  Định thời (Timer): - Được tạo bởi bộ định thời bên trong CPU - Được dùng ở chế độ độc quyển trong các hệ thống đa nhiệm  I/O: Từ I/O controller  Lỗi phần cứng: memory parity error Ngắt (Interrupt)  Chu kỳ lệnh có ngắt:  Nội dung của PC được đưa ra ...