Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 4: Tổ chức bộ xử lý (Tổ chức máy tính)

1Chương 4. Tổ chức bộ xử lý (TỔ CHỨC MÁY TÍNH) z Nội dung z Giới thiệu 1 máy tính cơ bản z Cách hoạt động của máy tính qua các mệnh đề thanh ghi. z Tổ chức máy tính gồm: z Các thanh ghi z Cấu trúc định thời, điều khiển z Tập lệnh z Chương trình: z Tập lệnh xác định các tác vụ, tác tố và trình tự xử lý 7.1. Mã lệnh z Lệnh máy: z mã nhị phân xác định dãy vi tác vụ (Mã lệnh) z Lưu trong bộ nhớ (cùng với dữ liệu) z Máy tính đọc từng lệnh trong bộ nhớ và lưu vào thanh ghi điều khiển (thanh ghi lệnh) z Mạch điều khiển diễn dịch mã nhị phân của lệnh và thi hành qua một dãy vi tác vụ. Chương trình Dữ liệu Thanh ghi lệnh Mạch điều khiển Dãyvi tác vụ CPU Bộ nhớ z Cấu trúc: z Mã tác vụ (phần cơ bản nhất) ƒ Nhóm bit xác định các tác vụ: cộng, trừ, nhân, dịch và bù ƒ Số bit dành cho mã tác vụ tùy theo số tác vụ của máy z Phần xác định thanh ghi / từ nhớ chứa tác tố / kết quả ƒ Thanh ghi xác định qua mã xác định thanh ghi ƒ Từ nhớ xác định qua địa chỉ z (Có nhiều cách sắp xếp mã nhị phân trong lệnh tùy theo kiến trúc của máy) z Tổ chức chương trình z VD: với một tổ chức máy tính đơn giản (h 7.1) ƒ Bộ nhớ 4096 từ nhớ 16 bit Æ Địa chỉ 12 bit ƒ Còn lại 4 bit dành cho Mã lệnh ƒ Thanh ghi tích lũy (AC – ACcumulator) z Địa chỉ gián tiếp: ƒ Địa chỉ trực tiếp: khi phần 2 của mã lệnh là địa chỉ tác tố ƒ Địa chỉ gián tiếp: khi phần 2 của mã lệnh là địa chỉ của từ nhớ chứa địa chỉ của tác tố ƒ Bit đầu của mã tác vụ (I: Indirect) cho biết kiểu địa chỉ: 0 : trực tiếp, 1: gián tiếp 2z VD: (h 7.2) 7.2. Tập thanh ghi z Các thanh ghi trong máy tính cơ bản (b 7.1) và (h 7.3) ƒ PC: Program Counter ƒ AR: Address Register ƒ IR: Instruction Reg. ƒ DR: Data Reg. ƒ AC: Accumulator ƒ TR: Temporary Reg. ƒ INPR: Input Reg. ƒ OUTR: Output Reg. z Hệ thống Bus nối các thanh ghi và bộ nhớ (h 7.4) z Nhận xét: Địa chỉ bộ nhớ : AR Dữ liệu tính toán: DR Kết quả : AC 7.3. Tập lệnh z Tập hợp các mã lệnh z Có 3 dạng mã lệnh: tham chiếu bộ nhớ, thanh ghi, nhập xuất z 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) z Mã lệnh 111 ƒ I = 0 : Lệnh tham chiếu thanh ghi ƒ I = 1 : Lệnh nhập – xuất (Input / Output) z Tập lệnh đầy đủ: có đủ số lệnh cho từng loại: z Lệnh số học, luận lý và dịch z Lệnh chuyển dữ liệu vào ra giữa bộ nhớ và th/ghi xử lý z Lệnh điều khiển chương trình và lệnh kiểm các điều kiện trạng thái z Lệnh nhập xuất z VD: Bảng 7.2, trang 102 (sẽ tìm hiểu kỹ ở bài sau) ƒ LDA: Load (nạp từ bộ nhớ vào AC) ƒ STA: Store (lưu trữ AC vào bộ nhớ) ƒ CLA: Clear (xóa AC) ƒ CMA: Complement (bù AC) 7.4. Định thời và điều khiển z Định thời: bằng mạch tạo xung đồng hồ z Điều khiển: z Đơn vị điều khiển (Control Unit) : ƒ Phát sinh trong các tín hiệu điều khiển ƒ Cung cấp cho các mạch dồn điều khiển Bus, thanh ghi xử lý và các vi tác vụ cho mạch tích lũy z Hai cách tổ chức điều khiển: ƒ Điều khiển cứng: luận lý điều khiển được cài đặt (mạch tuần tự) qua các cổng, mạch lật, mạch giải mã và các mạch số khác. ƒ Điều khiển vi trình: thông tin điều khiển lưu trong bộ nhớ điều khiển ƒ (Khi thay đổi thiết kế, tổ chức điều khiển?) 3z Lược đồ khối đơn vị điều khiển (h 7.6) ƒ SC: Sequence Counter (đếm tuần tự) tạo dãy thời hiệu T0, T1, T2, ... Được xóa 0 nếu D3 = 1 z VD: Các thời hiệu điều khiển z Ví dụ tổng hợp (tìm lệnh) ƒ SC = 0, vậy T0 = 1 ƒ T0: AR Å PC ƒ S3S2S1 = 010, LD (PC) = 1 ƒ T1: IR Å M[AR], PC Å PC + 1 ƒ Read (Mem) = 1, S3S2S1 = 111, LD (IR) = 1, INR (PC) = 1