Chương 7: W7 coa cpu edit

Computer Organization and Architecture
(Tổ chức và Kiến trúc Máy tính)

Chapter 04

CPU

Ref:
Chapter 3, William Stallings, Computer Organization and
Architecture: Designing for Performance 8th Edition, Prentice
Hall, 13/04/2009

Review: Major Components of a Computer

Processor Memory Devices
Control Input
Datapath Output

Secondary
Memory

(Disk)

Main
Memory

Cache

CPU viết tắt của chữ Central Processing Unit (tiếng Anh),
tạm dịch là bộ xử lý trung tâm, là các mạch điện tử trong
một máy tính, thực hiện các câu lệnh của chương trình máy

tính bằng cách thực hiện các phép tính số học, logic, so
sánh và các hoạt động nhập/xuất dữ liệu (I/O) cơ bản do

mã lệnh chỉ ra.

3

Chương trình

 Chương trình là tập hợp của nhiều lệnh
 Mỗi lệnh có thể là lệnh số học, luận lý, điều khiển, lệnh

lặp, …
 Mỗi lệnh sẽ có một tập các tín hiểu điều khiển cần thiết.
 Một số lệnh ví dụ: Add, Move, …

4

Các thành phần trong máy tính

 CPU = Control Unit + ALU
 Dữ liệu & Lệnh cần cho hệ thống thực thi.

Input & Output

 Khối lưu trữ dữ liệu & lệnh: Bộ nhớ chính

5

Các thành phần trong máy tính

6

Chu trình lệnh

 2 cơng đoạn chính:

Nạp lệnh
Thực thi

7

Nạp lệnh

 PC lưu trữ địa chỉ lệnh kế tiếp thực thi
 Processor nạp lệnh từ vị trí bộ nhớ
 Tăng PC
 Lệnh được lưu vào trong thanh ghi lệnh (IR)
 Processor thực thi lệnh và các yêu cầu cần thiết để hoàn

tất lệnh.

8

Thực thi

 Processor – Memory

Chuyển dữ liệu giữa CPU & Bộ nhớ chính

 Processor I/O

Chuyển dữ liệu giữa CPU & các thiết bị I/O

 Data Processing

Thực hiện các tác vụ số & luận lý

 Control

Thực thi tuần tự, rẽ nhánh, lặp, nhảy, …
Ví dụ: jump

 Tất cả các bước trên

9

Ví dụ thực thi chương trình

10

Sơ đồ trạng thái chu trình lệnh

11

 Instruction fetch (if): Read instruction from its memory location into the
processor.
• Instruction operation decoding (iod): Analyze instruction to determine type
of operation to be performed and operand(s) to be used.
• Operand address calculation (oac): If the operation involves reference to an

operand in memory or available via I/O, then determine the address of the
operand.
• Operand fetch (of): Fetch the operand from memory or read it in from I/O.
• Data operation (do): Perform the operation indicated in the instruction.
• Operand store (os): Write the result into memory or out to I/O.

12

Interrupts

 Kỹ thuật sử dụng các module xử lý các interrupt
 Chương trình

Overflow, chia 0

 Timer

Sinh ra bởi các bộ timer bên trong processor
Được sử dụng khi hệ thống thực hiện chế độ đa nhiệm (multi-

tasking) ở chế độ pre-emptive

 I/O

I/O controller

 Hư phần cứng

Lỗi: memory parity error

13

Luồng điều khiển chương trình

14

Chu Trình Interrupts

 Được thêm vào quá trình thực thi lệnh
 Processor kiểm tra interrupt

Sinh ra bởi tín hiệu interrupt

 Nếu khơng có interrupt thực thi lệnh kế tiếp
 Nếu Interrupt xảy ra:

Tạm dừng thực thi lệnh hiện tại
Lưu lại các thông tin
Thiết lệp PC đến lệnh đầu tiên đoạn chương trình xử lý

interrupt
Xử lý interrupt
Nạp các thông tin & tiếp tực thực thi chương trình

15

Các bước Interrupt

16

Chu trình thực hiện lệnh với Interrupt

17

Chu trình lệnh (có interrupt) – Lược đồ
trạng thái

18

Multiple Interrupts

 Disable interrupts

Processor chỉ xử lý một interrupt tại một thời điểm
Các interrupt còn lại chưa xử lý, được kiểm tra để xử lý sau

khi interrupt trước đó đã hồn thành
Nếu có nhiều interrupt đồng thời thì processor xử lý tuần tự

từng interrupt

 Define priorities

Các interrupt có độ ưu tiên thấp được xử lý sau các interrupt
có độ ưu tiên cao

Khi các interrupt có độ ưu tiên cao được xử lý xong, processor
quay trở lại xử lý các interrupt trước.

19

Multiple Interrupts – Tuần tự

20