Chương 2: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ doc

Chương 2: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ

Mục đích, yêu cầu


NỘI DUNG
2.1 Thành phần cơ bản của một máy tính
2.2 Định nghĩa kiến trúc máy tính
2.3 Các kiểu thi hành một lệnh
2.4 Kiểu kiến trúc thanh ghi đa dụng
2.5 Các kiểu định vị
2.6 Loại và chiều dài toán hạng
2.7 Tác vụ mà lệnh thực hiện
2.8 Kiến trúc RISC
2.9 Các kiểu định vị trong BXL RISC
2.10 Tập lệnh
2.11 Ngôn ngữ cấp cao và ngôn ngữ máy


2.1 Thành phần cơ bản của một máy tính (1)

Bộ xử lý trung tâm (CPU:Central Processing Unit)
- Bộ nhớ trong
- Các bộ phận nhập-xuất thông tin
Các bộ phận trên được kết nối với nhau thông qua
các hệ thống bus
-

GV: Huỳnh Văn Khỏe

3

2.1 Thành phần cơ bản của một máy tính (2)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

4


2.1 Thành phần cơ bản của một máy tính (3)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

5


Tổ chức thanh ghi trong máy tính

GV: Huỳnh Văn Khỏe

6


2.1 Thành phần cơ bản của một máy tính (4)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

7

 Bộ xử lý trung tâm (CPU)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

8


 Bộ nhớ trong
-

RAM (Random Access Memory): Lưu giữ những dữ

liệu tạm thời.

-

ROM (Read Only Memory): Lưu giữ thông tin cố định

GV: Huỳnh Văn Khỏe

9


 Bộ phận vào - ra
Thực hiện sự giao tiếp giữa máy tính và người dùng
hay giữa các máy tính trong hệ thống mạng

GV: Huỳnh Văn Khỏe

10

 Sơ đồ mơ tả hoạt động điển hình của một máy tính

GV: Huỳnh Văn Khỏe

11


 Ví dụ sơ đồ khối của một máy tính

GV: Huỳnh Văn Khỏe

12


2.2 Định nghĩa kiến trúc máy tính
Kiến trúc phần mềm: chủ yếu là kiến trúc phần mềm bộ
xử lí, bao gồm:
+ Dạng các lệnh: Loại tác vụ, số toán hạng và chiều dài lệnh.
+ Các kiểu định vị: Cách thức thâm nhập các toán hạng.
+ Tập lệnh: Tập hợp các lệnh mã máy của bộ xử lý.

Tổ chức: liên quan đến cấu trúc bên trong bộ xử lí,
cấu trúc các bus,các cấp bộ nhớ, và các mặt kỹ thuật
khác của máy tính.
-

Lắp đặt phần cứng.

GV: Huỳnh Văn Khỏe

13


2.3 Các kiểu thi hành một lệnh (1)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

14


2.3 Các kiểu thi hành một lệnh (2)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

15


2.3 Các kiểu thi hành một lệnh (3)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

16


2.3 Các kiểu thi hành một lệnh (4)
Loại kiến trúc

Lợi điểm

Bất lợi

Ngăn xếp (Stack)

- Lệnh ngắn
- Ít mã máy
- Làm tối thiểu trạng thái
bên trong của máy tính
- Dễ dàng tạo ra một bộ
biên dịch đơn giản

- Thâm nhập ngăn xếp khơng
ngẫu nhiên
- Mã khơng hiệu quả
- Khó dùng trong xử lý song
song và ống dẫn
- Khó tạo ra một bộ biên dịch
tối ưu

Thanh ghi tích lũy - Lệnh ngắn
(Accumulator
- Làm tối thiểu trạng
Register)
thái bên trong của máy
tính (ít mạch chức năng)
- Dễ thiết kế

- Lưu giữ ở t/g tích lũy là tạm
thời

- Nghẽn ở t/g tích lũy
- Khó dùng trong xử lý song
song và ống dẫn
- Trao đổi nhiều với bộ nhớ

Thanh ghi đa dụng - Tốc độ xử lý nhanh, - Lệnh dài
(General Register) định vị đơn giản
- Số lượng t/g bị giới hạn
- Ít thâm nhập bộ nhớ
- Kiểu rất tổng quát để
tạo các mã hữu hiệu
GV: Huỳnh Văn Khỏe

17


2.4 Kiểu kiến trúc của thanh ghi đa dụng

GV: Huỳnh Văn Khỏe

18


2.5 Các kiểu định vị (1)

GV: Huỳnh Văn Khỏe

19

2.5 Các kiểu định vị (2)
Kiểu định vị

Ví dụ về lệnh

Giải thích

Thanh ghi (t/g)

ADD R3, R4

R3  R3 + R4

Tức thì

ADD R4, #3

R4  R4 + 3

Trực tiếp

ADD R1, (1001)

R1  R1 + M[1001]

Gián tiếp (t/g)

ADD R1, (R4)

R1  R1 + M[R4]

Gián tiếp (bộ nhớ)

ADD R1, @(R3)

R1  R1 + M[M[R3]]

Gián tiếp (t/g + độ dời)

ADD R4, 100(R1)

R4  R4 + M[R1+100]

Gián tiếp (t/g +t/g)

ADD R3, (R1 + R2)

R3  R3 + M[R1 + R2]

Gián tiếp (t/g nền + t/g chỉ
số + độ dời)

ADD R1, 100(R2)[R3]

R1  R1 + M[100 + R2 +
d * R3]

Tự tăng

ADD R1, (R2)+

R1  R1 + M[R2]
R2  R2 + d

Tự giảm

ADD R1, -(R2)

R2  R2 – d
R1  R1 + M[R2]

GV: Huỳnh Văn Khỏe

20


2.6 Loại và chiều dài của toán hạng

GV: Huỳnh Văn Khỏe

21


2.7 Tác vụ mà lệnh thực hiện

GV: Huỳnh Văn Khỏe

22

2.8 Kiến trúc RISC (Reduced instruction set computer)
 CISC (Complex Instruction Set Computer): được

nghĩ ra từ những năm 1960

GV: Huỳnh Văn Khỏe

23


2.8 Kiến trúc RISC (2)
 CISC (Complex Instruction Set Computer)
Bộ xử lý

IBM 370/168

DEC 11/780

iAPX 432

Năm sản xuất

1973

1978

1982

Số lệnh

208

303

222

Bộ nhớ vi chương
trình

420KB

480KB

64KB

Chiều dài lệnh (bit)

16-48

16-456

6-321

ECL-MSI

TTL-MSI

NMOS VLSI

t/g – t/g

t/g - bn
bn – bn

t/g – t/g
t/g - bn
bn – bn

Ngăn xếp
bn –bn

64KB

64KB

0

Kỹ thuật chế tạo
Cách thực hiện lệnh

Dung lượng cache

GV: Huỳnh Văn Khỏe

24


2.8 Kiến trúc RISC (3)
RISC: Khái niệm về một máy tính với tập lệnh rút
gọn RISC vào đầu những năm 1980


GV: Huỳnh Văn Khỏe

25