Giáo trình kiến trúc máy tính I - Chương 6

Tài liệu tham khảo Giáo trình kiến trúc máy tính I gồm 7 chương trình bày các vấn đề chung nhất, các thành phần cơ bản nhất cấu thành nên máy tính hiện đại nhằm trang bị cho sinh viên các nội dung chủ yếu - Chương 6 Kiến trúc bộ lệnh
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình kiến trúc máy tính I - Chương 6Chương VI: Ki n trúc b l nh Chương VI: Ki n trúc b l nh Trong chương này chúng ta s t p trung vào ki n trúc bl nh c a máy tính, gi i thi u các trư ng h p khác nhau c a cácki u ki n trúc b l nh. ð c bi t trong chương này s t p trung vàob n ch ñ chính. ð u tiên là phân lo i các ki u ki n trúc b l nhvà ñánh giá nh ng ưu khuy t ñi m c a chúng6.1. Phân lo i ki n trúc b l nh Có ba lo i ki n trúc b l nh cơ b n: ki n trúc ngăn x p(stack), ki n trúc thanh ghi tích lũy (Accumulator) và ki n trúcthanh ghi ña d ng GPRA(general-purpose register architecture).Trong ñó ki n trúc GPRA l i chia làm hai lo i thông d ng là thanhghi – b nh (register-memory) và n p-lưu (load-store). Ví d phéptính C = A + B ñư c dùng trong các ki u ki n trúc trong hình 6.1. Hình 6.1. Th c hi n l nh C = A + B cho 4 ki u ki n trúc b l nh Trong m t câu l nh thì chúng ta có các toán h ng, mà cáctoán h ng l i ñư c chia thành hai lo i: n (implicitly) và hi n(explicitly): Toán h ng trong ki n trúc ngăn x p là lo i n trênñ u c a ngăn x p, ki n trúc thanh ghi tích lũy có m t toán h ng n trong accumulator, còn ki n trúc GPRA thì ch dùng toán h nghi n, ho c là thanh ghi ho c là trên b nh . Toán h ng d ng hi n cóth truy c p tr c ti p t b nh ho c ñ u tiên ñư c n p vào thanhghi t m th i nào ñó ph thu c vào ki u ki n trúc b l nh ñ c trưngc a nó. http://www.ebook.edu.vn 150Chương VI: Ki n trúc b l nh Ki n trúc GPRA có m t lo i có th truy c p tr c ti p vào bnh (register-memory); m t lo i có th truy c p vào b nh nhưngph i n p thông qua m t register g i là ki n trúc n p-lưu (load-store) hay ki n trúc trên các thanh ghi (register-register); ngoài racòn m t ki u ki n trúc GPRA n a là ki n trúc b nh -b nh(memory-memory), nhưng ki u này không còn th y ngoài thtrư ng ngày nay n a. Nh ng máy tính ra ñ i trư c kia thư ng dùng ki u ki n trúcngăn x p ho c ki n trúc thanh ghi tích lũy, nhưng t sau năm 1980thì ñ u dùng ki n trúc GPR. Hi n t i các nhà s n xu t máy tính cókhuynh hư ng dùng ki n trúc ph n m m thanh ghi ña d ng vì vi cthâm nh p các thanh ghi ña d ng nhanh hơn thâm nh p b nhtrong, và vì các chương trình d ch dùng các thanh ghi ña d ng cóhi u qu hơn. B ng 6.1 cho ta th y các ưu và như c ñi m c a balo i ki n trúc cơ b n này. Như v y ki u ki n trúc GPR ñư c dùng ngày nay b i cácy u t sau: – Dùng thanh ghi, m t d ng lưu tr trong c a CPU có t c ñ nhanh hơn b nh ngoài – Dùng thanh ghi thì d dàng cho trình biên d ch và có th dùng hi u qu hơn là b nh ngoài. Ví d bi u th c (A*B) + (C*D) – (E*F) có th tính b ng cách nhân các ph n trong ngo c m i th t , và khi ng d ng k thu t pipeline, m t k thu t làm cho các giai ño n khác nhau c a nhi u l nh ñư c thi hành cùng m t lúc => s hi u qu hơn. Trong khi ñó n u là ki n trúc stack thì bi u th c ñó ch có th ñư c tính tu n t t trái sang ph i – Có th dùng thanh ghi ñ lưu các bi n và như v y s gi m thâm nh p ñ n b nh => chương trình s nhanh hơn Tuy nhiên do các l nh ñ u dùng thanh ghi v y bao nhiêuthanh ghi là ñ ? câu tr l i ph thu c vào vi c các thanh ghi ñư cs d ng b i trình biên d ch như th nào. Ph n l n trinh biên d ch http://www.ebook.edu.vn 151Chương VI: Ki n trúc b l nhdành riêng m t vài thanh ghi cho tính toán m t bi u th c, dùng vàithanh ghi ñ chuy n các thông s c n thi t và cho phép các thanhghi còn l i lưu tr các bi n c n thi t. Lo i ki n Ưu ñi m Như c ñi m trúc Ngăn x p - L nh ng n - Thâm nh p ngăn (Stack) - Ít mã máy x p không - Làm t i thi u tr ng thái ng u nhiên. bên trong c a m t máy tính - Mã không hi u qu - D dàng t o ra m t b - Khó dùng trong x biên d ch ñơn gi n cho lý song ki n trúc ngăn x p song và ng d n - Khó t o ra m t b biên d ch t i ưu Thanh ghi - L nh ng n - Lưu gi thanh tích lu - Làm t i thi u tr ng thái ghi tích lu(Accumulator bên trong c a máy tính (yêu là t m th i. Register) c u ít m ch ch c năng) - Ngh n thanh ghi - Thi t k d dàng tích lu - Khó dùng trong x lý song song và ng d n - Trao ñ i nhi u v i b nh . Thanh ghi - T c ñ x lý nhanh, - L nh dài ña d ng ñ nh v ñơn gi n. - ...