Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 4: Tổ chức bộ xử lý - Phần B: Quy trình thực hiện lệnh

1Chương 4. Tổ chức bộ xử lý B. QUY TRÌNH THỰC HIỆN LỆNH Kiến thức bài trước z Tổ chức của máy tính z Hệ thống bus, thanh ghi z Đơn vị điều khiển z Tập lệnh Cấu trúc: Các dạng mã lệnh: ƒ Mã lệnh 000 đến 110 : ƒ I = 0 : Lệnh tham chiếu bộ nhớ với địa chỉ trực tiếp ƒ I = 1 : Lệnh tham chiếu bộ nhớ với địa chỉ gián tiếp (Indirect) ƒ Mã lệnh 111 ƒ I = 0 : Lệnh tham chiếu thanh ghi ƒ I = 1 : Lệnh nhập – xuất (Input / Output) 4b.1. Chu kỳ lệnh z Mỗi lệnh được thực hiện qua 1 chu kỳ lệnh z Gồm 1 dãy tiểu chu kỳ (pha, giai đoạn) z Tìm lệnh z Giải mã lệnh z Đọc địa chỉ hiệu dụng từ bộ nhớ (nếu lệnh có địa chỉ bộ nhớ) z Thực hiện lệnh z (Lặp cho đến khi thực hiện lệnh dừng HLT) z Lưu đồ chu kỳ lệnh Khởi đầu, PC được nạp địa chỉ đầu tiên của chương trình. z Tìm và giải mã: z SC xóa 0 tạo thời hiệu T0 z Giai đoạn Tìm lệnh z T0: AR Å PC z T1: IR Å M[AR], PC Å PC + 1 z Giai đoạn Giải mã lệnh z T2: D0, ... D7Å Giải mã IR (12 – 14), AR Å IR (0 – 11), I Å IR (15) z Cài đặt giai đoạn Tìm lệnh z Từ vi lệnh xác định các tín hiệu điều khiển (điều khiển bus, các thanh ghi, bộ nhớ, ...) VD: H 8.1: Cài đặt mạch điều khiển cho g/đ Tìm lệnh ƒ T0: AR Å PC ƒ S2S1S0 = 010, LD (AR) = 1 ƒ T1: IR Å M[AR], PC Å PC + 1 ƒ Read (Mem) = 1, S2S1S0 = 111, LD (IR) = 1, INR (PC) = 1 2ƒ T0: AR Å PC ƒ S2S1S0 = 010, LD (AR) = 1 ƒ T1: IR Å M[AR], PC Å PC + 1 ƒ Read (Mem) = 1, S2S1S0 = 111, LD (IR) = 1, INR (PC) = 1 z Xác định kiểu lệnh z Sau khi giải mã lệnh, Tại thời điểm T3, đơn vị điều khiển xác định loại lệnh vừa đọc (Nhắc lại) Các dạng mã lệnh ƒ Mã lệnh 000 đến 110 : ƒ I = 0 : Lệnh tham chiếu bộ nhớ với địa chỉ trực tiếp ƒ I = 1 : Lệnh tham chiếu bộ nhớ với địa chỉ gián tiếp (Indirect) ƒ Mã lệnh 111 ƒ I = 0 : Lệnh tham chiếu thanh ghi ƒ I = 1 : Lệnh nhập – xuất (Input / Output) z Nếu D7 = 1 (mã tác vụ: 111) lệnh tham chiếu thanh ghi / nhập xuất z Nếu D7 = 0 (mã tác vụ: 000 – 011) lệnh tham chiếu bộ nhớ z Nếu I = 1: địa chỉ gián tiếp AR Å M[AR] 4b.2. Lệnh (tham chiếu) thanh ghi z (Khi D7 = 1, I = 0) z Bit 0 - 11 xác định 1 trong 12 lệnh tham chiếu thanh ghi z Bảng 8.1. Lệnh tham chiếu thanh ghi z VD: lệnh CLA (Clear AC) (D7 I’ T3 = r) ƒ r B11 : AC Å 0 ƒ D7 I’ T3 B11 : AC Å 0 4b.3. Lệnh (tham chiếu) bộ nhớ z 7 lệnh bộ nhớ ứng với Di = 1 (i = 0 .. 6) z Địa chỉ hiệu dụng đặt trong AR ƒ Tại T2 khi I = 0 ƒ Tại T3 khi I = 1 z Lệnh bộ nhớ bắt đầu tại T4 z Chú ý: ƒ Phải đưa dữ liệu vào thanh ghi ƒ Kết quả luôn được ghi vào AC ƒ ALU chỉ có 2 đầu vào AC và DR z (Bảng 8.2) *** z (Mã D0) AND (vào AC) Ý nghĩa: AC Å AC ∧ M[AR] z D0T4: DR Å M[AR] z D0T5: AC Å AC ∧ DR, SC Å 0 z (Mã D1) ADD (vào AC) z (Mã D2) LDA (nạp từ nhớ vào AC) Load z (Mã D3) STA (lưu AC vào bộ nhớ) Store 3z (Mã D4) BUN (rẽ không điều kiện) Branch Uncondition z Thay đổi thứ tự thực hiện lệnh z (Mã D5) BSA (rẽ và lưu địa chỉ quay về) Branch and Store Address Để rẽ đến đoạn ch/trình (ch/trình con, thủ tục) z Lưu địa chỉ lệnh sẽ thực hiện kế (đang nằm trong PC) vào vùng nhớ chỉ định (nằm ở đầu đoạn ch/trình con) z Chuyển th/hiện đến lệnh kế tiếp (đoạn ch/tr con) z Cuối đoạn ch/tr có lệnh nhảy không điều kiện với địa chỉ gián tiếp chứa tại vùng nhớ chỉ định z (Mã D6) ISZ (tăng và nhảy nếu bằng 0) 0 BSA 13520 Lệnh sẽ th/hiện21 135 Ch/trình con136 1 BUN 135 21 4b.4. Lệnh nhập xuất z VD thiết bị nhập: bàn phím, xuất: máy in z Cấu hình nhập xuất z Cách gửi / nhận thông tin: tuần tự z Đơn vị gửi / nhận : một ký tự (8 bit) z Dãy thông tin từ bàn phím được dịch vào INPR z Dãy thông tin cho máy in được lưu trong OUTR z INPR, OUTR ƒ liên lạc tuần tự với giao tiếp (cổng) truyền thông ƒ liên lạc song song với AC z (Hình 8.5) *** z Cơ chế nhập: Cờ nhập: FGI (= 1 khi thông tin mới đã sẵn sàng trong th/bị nhập) để đồng bộ tốc độ giữa th/bị nhập và máy ƒ (Ban đầu FGI Å 0) ƒ Khi nhấn phím, mã ký tự (8 bit) được dịch vào INPR ƒ FGI Å 1 ƒ Máy kiểm tra FGI = 1, INPR được chuyển song song vào AC ƒ FGI Å 0 (Mới có thể nhấn phím khác) FGI FGI Å 0 AC Å INPR FGO Å 0 INPR <----- Nhập ... ... FGO Å 1 1 0 z Cơ chế xuất: Cờ xuất: FGO (= 1 khi thông tin mới đã sẵn sàng trong th/bị xuất) để đồng bộ tốc độ giữa th/bị xuất và máy ƒ Ban đầu FGO Å 1 ƒ Máy kiểm tra FGO = 1, th/tin chuyển song song từ AC vào OUTR ƒ FGO Å 0 ƒ OUTR xuất tuần tự ra thiết bị xuất, th/bị xuất in ký tự ƒ FGI Å 1 (Mới có thể xuất ký tự khác) FGO FGO Å 1 OUTR Å AC FGO Å 0 Xuất <--- OUTR ... ... FGO Å 1 1 0 4z Lệnh nhập xuất z Chuyển thông tin vào ra AC z Kiểm tra các cờ z Điều khiển ngắt z Mã tác vụ: 1111 (D7 = 1 và I = 1) z Xác định lệnh: IR (6 – 11) z Ngắt: z Khi nhập / xuất, máy duy trì việc kiểm tra bit cờ. Do khác biệt về tốc độ giữa máy và th/bị nhập xuất, cách truyền thông này không hiệu quả. z Cách giải quyết: để th/bị báo cho máy khi sẵn sàng truyền z Tính năng ngắt: khi cờ bật, máy tạm thời bị ngắt để xử lý nhập xuất z Quy trình ngắt ƒ Cờ cho phép ngắt (IEN: Interrup Enable) ƒ Nếu IEN = 0, các cờ (FGI, FGO) không thể ngắt máy ƒ Nếu IEN = 1, máy có thể bị ngắt ƒ Dùng mạch lật ngắt R ƒ Nếu R = 0, máy qua chu kỳ lệnh R Lưu địa chỉ quay về 1 0 10 Chu kỳ ngắtChu kỳ lệnh Tìm lệnh, Giải mã lệnh Th/hiện lệnh IEN 0 1 FGI FGO R Å 1 1 0 Rẻ nhánh đến chương trình ngắt IEN Å 0 R Å 0 Nhập/xuất z VD Minh họa chu kỳ ngắt (h 8.7)