Giáo trình kiến trúc máy tính I - Chương 7

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 7 Tổ chức bộ xử lý
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình kiến trúc máy tính I - Chương 7Chương VII: T ch c B x lý Chương VII: T CH C B X LÝ Trong các chương trư c chúng ta ñã các khái ni m cơ b nliên quan ñ n các ph n khác nhau c a máy tính. Trong chương nàychúng ta t p trung vào b ph n chính y u c a m i máy tính – bx lý trung tâm (central processing unit - CPU). Ch c năng chínhy u c a CPU là th c thi các l nh ñư c lưu trong b nh chính. Nhưñã ñ c p trong ph n gi i thi u, do giáo trình này ñư c thi t kdành cho sinh viên h c ngay h c kỳ ñ u tiên cho nên chúng ta chñ c p ñ n các v n ñ m c ñ ñơn gi n.7.1. T ch c b x lý trung tâm ð hi u ñư c cách t ch c trong CPU như th nào chúng tahãy xem nh ng ñòi h i bên trong nó và nh ng gi nó ph i th chi n. Nói chung nh ng công vi c nó ph i làm là: - Tìm n p l nh (Fetch Instruction): CPU ñ c m t l nh t b nh - Di n gi i l nh (Interpret Instruction): L nh ñư c gi i mã và xác ñ nh xem hành ñ ng gì ñòi h i th c hi n - Tìm n p d li u (Fetch data): ð th c hi n câu l nh có th ñòi h i ñ c d li u t b nh ho c t các thi t b nh p xu t - X lý d li u (Process data): Vi c thi hành l nh có th ñòi h i th c hi n m t vài phép tính s h c hay logic trên các d li u tìm n p vào - Ghi d li u (Write data): K t qu th c thi l nh cũng có th ñòi h i ph i ghi d li u vào b nh ho c ghi ra các thi t b nh p xu t. ð làm ñư c các vi c như v y ñòi h i CPU c n lưu m t sd li u t m th i. Nó ph nh v trí c a l nh v a th c hi n cũngnhư nó c n ph i bi t ñư c ñâu có th nh n ñư c l nh ti p theo ñth c hi n. Nó c n lưu t p l nh và d li u t m th i trong khi th c thi http://www.ebook.edu.vn 191Chương VII: T ch c B x lým t l nh nào ñó. Nói cách khác CPU c n m t b nh trong nh ñti n l i làm vi c. Nói chung ñ th c hi n các vi c v a li t kê trên, m t bx lý trung tâm ñơn gi n c n bao g m ba nguyên t quan tr ngnh t: t p các thanh ghi, m t b x lý logic s h c (ArithmeticLogic Unit - ALU) và m t b ñi u khi n (Control Unit - CU). Tch c m t máy tính ñơn gi n g m CPU và tương tác c a nó v i bnh chính và các thi t b nh p xu t có th bi u di n như hình 7.1. Hình 7.1. T ch c m t máy tính ñơn gi n B các thanh ghi c a các lo i máy tính là khác nhau vàthư ng chia làm hai lo i, các thanh ghi ñư c dùng v i m c ñíchchung (general-purpose registers), và các thanh ghi v i m c ñíchñ c bi t (special-purpose registers). Các thanh ghi m c ñích chungñư c s d ng cho b t kỳ m c ñích nào, ví d như có th dùng nólàm nơi lưu tr các lo i d li u khác nhau, dùng làm lưu các toánh ng c a m t l nh. Trong khi các thanh ghi v i m c ñích ñ c bi tch có m t s ch c năng bên trong CPU, ví d như b ñ m chương http://www.ebook.edu.vn 192Chương VII: T ch c B x lýtrình (progam counter - PC) là m t thanh ghi v i m c ñích ñ c bi tñó là ch dùng ñ lưu ñ a ch c a l nh c n th c hi n ti p theo. M tví d khác c a thanh ghi v i m c ñích ñ c bi t là thanh ghi mã l nh(Instruction Registers – IR), thanh ghi này ch ñư c dùng ñ lưu mãl nh ñang th c hiên t i th i ñi m hi n t i. B logic s h c ALU cung c p m t m ch s c n thi t ñth c hi n các phép tính s h c (như c ng, tr , nhân , chia), logic(như NOT, AND, OR) và các phép toán d ch chuy n trong b l nh. B ñi u khi n (control block) ch u trách nhi m ñi u khi nm i ho t ñ ng c a CPU như tìm n p l nh t b nh chính, gi i mãnó, ñ nh lo i xem nó thu c lo i nào và cuôi cùng là ra l nh cho cácb ph n trong CPU làm vi c gì. CPU tìm n p l nh t b nh chính, ñ c d li u t b nhchính, ghi d li u ngư c l i ñó khi c n và truy n các d li u t cácthi t b ngo i vi vào máy tính cũng như ñưa các d li u trong máytính ra các thi t b ngo i vi. Các thi t b ngo i vi ñây có th làñã c ng, máy in, flash memory,… Trong hình 7.2 cho ta sơ ñ t ng quát c a CPU m t cách tm hơn. Trong ñó ch ra vi c truy n d li u và ñư ng ñi u khi nlogic cũng ñư c ch ra bao g m c m t nguyên t g i là tr c CPUn i (Internal CPU bus). Nguyên t này ñư c c n ñ truy n d li ugi a các thanh ghi khác nhau và ALU, b i vì trên th c t thì ALUth c thi ch trên các d li u n m b nh bên trong CPU. http://www.ebook.edu.vn 193Chương VII: T ch c B x lý Hình 7.2. C u trúc bên trong c a CPU7.2. B ñi u khi n Gi ng như trong m t trung ñ i thì m i ho t ñ ng ñư c ñi ukhi n b i trung ñ i trư ng, b ñi u khi n ch u trách nhi m ñi ukhi n m i ho t ñ ng c a CPU. B ñi u khi n t o các tín hi u ñi ukhi n di chuy n s li u (tín hi u di chuy n s li u t các thanh ghiñ n bus ho c tín hi u vi t vào các thanh ghi), ñi u khi n các tác vmà các b ph n ch c năng ph i làm (ñi u khi n ALU, ñi u khi nñ c và vi t vào b nh trong...). B ñi u khi n cũng t o các tín ...