Giáo an Bài giảng: Công nghệ thông tin về kiến trúc máy tính: Chương 2: Tổ chức hệ thống máy tính

Hà nội, 17 December 2009
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Posts and Telecommunications Institute of Technology
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Chương II: Tổ chức hệ thống máy tính
Giảng viên: TS. Nguyễn Quý Sỹ
Email:
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Các thành phần cơ bản của máy tính
2. Khối xử lý trung tâm (Bộ xử lý)
• Đường dẫn dữ liệu
• Khối điều khiển
3. Bộ nhớ
4. Tổ chức vào/ra
Nội dung
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Các thành phần cơ bản của máy tính
• Bộ xử lý trung tâm
– Khối điều khiển
(CU)
– Đường dẫn dữ liệu
(thanh ghi, ALU)
• Bộ nhớ chính/trong
• Thiết bị vào và ra
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1. Các thành phần cơ bản của máy tính (t)
• C
ấu trúc hoạt động điển hình của một máy tính
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2. Khối xử lý trung tâm (Bộ xử lý)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2. Khối xử lý trung tâm (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Chức năng
• Nạp các toán hạng vào các thanh ghi
• Thực hiện các phép toán số học và logic trên ALU theo điều khiển
của CU
• Lưu kết quả của ALU vào các thanh ghi
2. Các thành phần chính
• Các thanh ghi (Registers)
• Khối số học và logic (ALU)
• Các đường/bus kết nối
2.1. Đường dẫn dữ liệu
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Đường dẫn dữ liệu của một máy tính Von Neumman
thông dụng thực hiện phép toán A+B
2.1. Đường dẫn dữ liệu (t)

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Các thanh ghi đa năng (General)
• Các thanh ghi tích luỹ (Accumulator)
• Thanh ghi đếm chương trình (PC: Program Counter),
• Thanh ghi trạng thái (SR: Status Register),
• Thanh ghi đệm TEMP (Temporary),
• Các thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (MAR: Memory Address
Register),
• Thanh ghi số liệu bộ nhớ (MDR: Memory Data Register),
• Thanh ghi lệnh (thuộc về CU).
2.1. Đường dẫn dữ liệu – Các thanh ghi
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2.1. Đường dẫn dữ liệu – Các thanh ghi (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Lưu trữ địa chỉ của lệnh tiếp theo
• Đôi lúc, PC được gọi là thanh ghi điều khiển trình tự mà lệnh
được thi hành.
– Được tăng lên (lưu trữ địa chỉ của lệnh tiếp theo) sau khi các nội
dung được sao chép vào MAR.
– Được thay đổi cho các lệnh nhảy
2.1. Đường dẫn dữ liệu – PC
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

• Sử dụng để lưu giữ địa chỉ bộ nhớ, địa chỉ bộ nhớ chứa hoặc
một phần dữ liệu hoặc lệnh sẽ được dùng tiếp theo
• MAR giữ địa chỉ của lệnh tiếp theo trong khi PC hiện tại giữa
ffịa chỉ của lệnh tiếp theo lệnh có địa chỉ hiện tại trong MAR
đang được thi hành.
2.1. Đường dẫn dữ liệu – MAR
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• MDR-Hoạt động như bộ đệm và nắm giữ bất kỳ dữ liệu gì mà
nó sao chép được từ bộ nhớ, sẵn sàng cho bộ xử lý sử dụng.
• CIR:
– Nắm giữ lệnh đang được thi hành.
– Chia mã nhị phân thành mã và địa chỉ hoạt động
2.1. Đường dẫn dữ liệu – MDR & CIR
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2.1. Đường dẫn dữ liệu-ALU
• Số liệu được sử lý tại đây
• Gồm các hoạt động số học và logic
– Các hoạt động số học: cộng và trừ các số.
– Các hoạt động logic gồm so sánh các mẫu nhị phân và đưa ra quyết
định.
• Có chứa bộ tích luỹ.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2.1. Đường dẫn dữ liệu-ALU
ALU

OP1 + OP2
Op1 Op2
OP1 + OP2

Op1
Op2
General-purpose
Registers
ALU i/p registers
ALU o/p register
Bus
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Các phép tính số học
– Cộng
– Trừ
– Nhân
– Chia
2. Các phép tính logic (luận lý)
– AND
– OR
– XOR
– NOT
– SHIFT
– ROTATE
2.1. Đường dẫn dữ liệu-ALU
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1. 74LS181-Sơ đồ chân
2.1. Đường dẫn dữ liệu-ALU (t)
181
A3
A2
A1
A0
B3
B2
B1
B0
Cn
M
S3 S2 S1 S0
F3
F2
F1
F0
A=B
G
P
Cn+4
1
2
3 4 5 6
7
8
9
10
11

13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. 74LS181-Bảng trạng thái (chân lý)
2.1. Đường dẫn dữ liệu-ALU (t)
S3
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1

1
1
1
S2
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
S1
0
0
1
1
0
0
1
1
0

0
1
1
0
0
1
1
S0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Logic Function
F = not A
F = A nand B
F = (not A) + B
F = 1
F = A nor B

F = not B
F = A xnor B
F = A + not B
F = (not A) B
F = A xor B
F = B
F = A + B
F = 0
F = A (not B)
F = A B
F = A
Cn = 0
F = A minus 1
F = A B minus 1
F = A (not B) minus 1
F = minus 1
F = A plus (A + not B)
F = A B plus (A + not B)
F = A minus B minus 1
F = A + not B
F = A plus (A + B)
F = A plus B
F = A (not B) plus (A + B)
F = (A + B)
F = A
F = A B plus A
F= A (not B) plus A
F = A
Cn = 1
F = A

F = A B
F = A (not B)
F = zero
F = A plus (A + not B) plus 1
F = A B plus (A + not B) plus 1
F = (A + not B) plus 1
F = A minus B
F = (A + not B) plus 1
F = A plus (A + B) plus 1
F = A (not B) plus (A + B) plus 1
F = (A + B) plus 1
F = A plus A plus 1
F = AB plus A plus 1
F = A (not B) plus A plus 1
F = A plus 1
Selection M = 1 M = 0, Arithmetic Functions
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Chức năng
– Thực hiện chu kỳ Lấy-Thi hành (Fetch-Execute Cycle)
– Lấy lệnh từ bộ nhớ, giải mã và đồng bộ các hoạt động trước khi gửi
tín hiệu tới các phần của máy tính
– Tạo ra các tín hiệu điều khiển
• Di chuyển số liệu
• Thực hiện các thao tác số liệu
– Điều khiển thực hiện các lệnh tuần tự
– Chứa các thanh ghi IR (CIR-Thanh ghi lệnh hiện tại) và PC (SCR-
thanh ghi điều khiển trình tự)
2. Phân loại

• Khối điều khiển bằng mạch điện tử
• Khối điều khiển bằng vi chương trình
2.2. Khối điều khiển (CU)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2.2. Khối điều khiển (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Sử dụng Automate trạng thái hữu hạn: có nhiều hệ thống
hay nhiều thành phần mà ở mỗi thời điểm xem xét đều có
một trạng thái (state).
2. Có số trạng thái hữu hạn
3. Tài nguyên cố định: các mạch điện cố định trong máy
tính, chương trình đơn giản
4. Có thể sử dụng PLA để thực hiện.
5. Thường sử dụng trong các bộ xử lý RISC
2.2. CU-Khối điều khiển bằng mạch điện tử
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2.2. CU-Khối điều khiển bằng mạch điện tử (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Điều khiển các tác vụ của một lệnh mã máy được thực hiện
bằng một chuỗi các vi lệnh.
• Các tác vụ của lệnh mã máy cũng tuỳ thuộc vào trạng thái của
phần đường dẫn dữ liệu.

• Bộ điều khiển bằng vi chương trình được dùng rộng rãi trong
các bộ xử lý CISC. Bộ xử lý này có tập lệnh phức tạp với các
lệnh có chiều dài khác nhau và có dạng thức phức tạp.
• Trong các bộ xử lý CISC, người ta cài đặt một lệnh mã máy
bằng cách viết một vi chương trình. Như vậy công việc khá
đơn giản và rất hữu hiệu. Các sai sót trong thiết kế automat
điều khiển cũng dễ sửa đổi.
2.2. CU-Khối điều khiển bằng vi chương trình
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2.2. CU-Khối điều khiển bằng vi chương trình
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Lấy lệnh (IF)
2. Thay đổi bộ đếm chương trình (PC)
3. Xác định kiểu của chỉ thị vừa tải về (ID)
4. Xác định vị trí dữ liệu của toán hạng (trong thanh ghi, bộ
nhớ)
5. Nạp dữ liệu vào thanh ghi (trường hợp dữ liệu ở bộ nhớ)
6. Thi hành lệnh (IE)
7. Lưu kết quả vào nơi thích hợp (Restore)
8. Quay lại bước 1
• Kỹ thuật đường ống (Pipeline)-Xử lý song song các lệnh
2.2. CU-Chu kỳ thực hiện lệnh
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.