Kiến trúc máy tính Phân I - Chương 5 ppsx

1
BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM
(Central Processing Unit -CPU)
2
Nộidung
4.1. CấutrúccơbảncủaCPU
4.2. Tậplệnh
4.3. Hoạt độngcủaCPU
4.4. Cấutrúccủacácbộxửlýtiêntiến
4.5. KiếntrúcIntel
4.6. CPU 8086
3
CấutrúccơbảncủaCPU
Xemlạichương1
4
CấutrúccơbảncủaCPU
• Đơnvịđiềukhiển(Control Unit –CU)
• Đơnvịsốhọcvàlogic (Arithmetic and
Logic Unit -ALU)
•Tậpthanhghi(Register File -RF)
• Đơnvịnốighépbus (Bus Interface Unit -
BIU)
•Bus bêntrong(Internal Bus)
5
NhiệmvụcủaCPU
•Nhậnlệnh(Fetch Instruction): CPU đọclệnhtừ
bộnhớ
•Giảimãlệnh(Decode Instruction): Xác định
thaotácmàlệnhyêucầu
•Nhậndữliệu(Fetch Data): nhậndữliệutừbộ
nhớ hoặccáccổngvào-ra

•Xửlýdữliệu(Process Data): thựchiệnphép
toánsốhọchay phéptoánlogic vớicácdữliệu
•Ghidữliệu(Write Data): ghidữliệurabộnhớ
hay cổngvào-ra
6
ALU
•Chứcnăng: Thựchiệncácphéptoánsố
họcvàphéptoánlogic:
–Sốhọc: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm,
đảodấu
–Logic: AND, OR, XOR, NOT, phépdịchbit.
7
ALU-PhéptoánSốhọc
8
ALU
A.Quay phảikhôngnhớ
B.Dịchtráisốhọc& luậnlý
C.Quay tráicónhớ
D.Dịchphảilogic
9
Control Unit
• Điềukhiểnnhậnlệnhtừbộnhớđưavào
thanhghilệnh
•Tăngnộidung củaPC để trỏ sang lệnhkế
tiếp
•Giảimãlệnh đã đượcnhận để xác địnhthao
tácmàlệnhyêucầu
•Phátracáctínhiệu điềukhiểnthựchiệnlệnh
•Nhậncáctínhiệuyêucầutừbus hệ thốngvà
đáp ứngvớicácyêucầuđó.

10
Tínhiệu đếnC.U.
•Clock: tínhiệunhịptừmạchtạodao
độngbênngoài.
•Mãlệnhtừthanhghilệnh đưa đến để
giảimã.
•Cáccờtừthanhghicờchobiếttrạng
tháicủaCPU.
•Cáctínhiệuyêucầutừbus điềukhiển
11
Tínhiệu điềukhiểncủaC.U.
•Cáctínhiệu điềukhiểnbêntrong
CPU:
– Điềukhiểncácthanhghi
– ĐiềukhiểnALU
•Cáctínhiệu điềukhiểnbênngoài
CPU:
– Điềukhiểnbộnhớ
– Điềukhiểncácmôđunvào-ra
12
Tậpthanhghi
•TậphợpcácthanhghinằmtrongCPU
•Chứacácthôngtin tạmthờiphụcvụchohoạt
động ở thời điểmhiệntạicủaCPU
• Đượccoilàmứcđầutiêncủahệthốngnhớ
•Tuỳ thuộcvàobộxửlýcụthể
•Sốlượngthanhghinhiều à tănghiệunăng
củaCPU
•Cóhailoạithanhghi
–Cácthanhghilậptrình được

–Cácthanhghikhônglậptrình được
13
Tậpthanhghi
•Phânloạitheochứcnăng
–Thanhghi địachỉ: quảnlý địachỉ củangăn
nhớ hay cổngvào-ra.
–Thanhghidữliệu: chứatạmthờicácdữ
liệu
–Thanhghi đanăng: cóthể chứa địachỉ
hoặcdữliệu.
–Thanhghi điềukhiển/trạngthái: chứacác
thôngtin điềukhiểnvàtrạngtháicủaCPU.
–Thanhghilệnh: chứalệnh đang đượcthực
hiện
14
Tậpthanhghi
•Mộtsốthanhghi điểnhình
–Cácthanhghi địachỉ
–BộđếmchươngtrìnhPC (Program Counter)
–Con trỏ dữ liệuDP (Data Pointer)
–Con trỏ ngănxếpSP (Stack Pointer)
–Thanhghicơsởvàthanhghichỉ số (Base Register
& Index Register)
–Cácthanhghidữliệu
–Thanhghitrạngthái
15
BộđếmchươngtrìnhPC
•Còn đượcgọilàcon trỏ lệnhIP
–Instruction Pointer
•Giữđịachỉ củalệnhtiếptheosẽ

đượcnhậnvào
•Saukhimộtlệnh đượcnhậnvào, nội
dung PC tựđộngtăng để trỏ sang
lệnhkếtiếp.
16
Thanhghicon trỏ dữ liệu
•Chứa địachỉ củangănnhớ dữ liệumà
CPU muốntruycập
•Thườngcómộtsốthanhghicon trỏ
dữ liệu
–DS, ES,…
17
Ngănxếp(Stack)
•Ngănxếplàvùngnhớ cócấutrúcLIFO (FILO)
–Last In –First Out (First In –Last Out)
•Ngănxếpthườngdùng để phụcvụcho
chươngtrìnhcon
• Đáyngănxếplàmộtngănnhớ xác định
• Đỉnhngănxếplàthôngtin nằm ở vị trítrên
cùngtrongngănxếp
• Đỉnhngănxếpcóthể bị thay đổi
18
Con trỏ ngănxếpSP
Stack Pointer
•SP chứa địachỉ củangănnhớđỉnhngăn
xếp
•Khicấtmộtthôngtin vàongănxếp:
–Nộidung củaSP tựđộnggiảm
–Thôngtin đượccấtvàongănnhớđượctrỏ bởi
SP

•Khilấymộtthôngtin rakhỏingănxếp:
–Thôngtin được đọctừngănnhớđượctrỏ bởi
SP
–Nộidung củaSP tựđộngtăng
•Khingănxếprỗng, SP trỏ vào đáy
19
Stack
20
Data pointer
Stack pointer
21
Thanhghicơsở
Thanhghichỉ số
•Thanhghicơsở: chứa địachỉ củangăn
nhớ cơ sở (địachỉ cơ sở)
•Thanhghichỉ số: chứa độ lệch địachỉ
giữangănnhớ màCPU cầntruynhập
so vớingănnhớ cơ sở (chỉ số)
• Địachỉ củangănnhớ cầntruynhập=
địachỉ cơ sở + chỉ số
22
23
Cácthanhghidữliệu
•Chứacácdữliệutạmthờihoặccác
kếtquả trunggian
•Cầncónhiềuthanhghidữliệu
–Cácthanhghisốnguyên: 8, 16, 32, 64
bit
–Cácthanhghisốdấuchấm động
24

Status Register
•Còngọilàthanhghicờ(Flag Register)
•Chứacácthôngtin trạngtháicủaCPU
–Cáccờphéptoán: báohiệutrạngtháicủa
kếtquả phéptoán
–Cáccờđiềukhiển: biểuthị trạngthái điều
khiểncủaCPU
25
Status Register
Vídụcờphéptoán:
•CờZero (cờ rỗng): đượcthiếtlậplên1 khikếtquả của
phéptoánbằng0.
•CờSign (cờ dấu): đượcthiếtlậplên1 khikếtquả phép
toánnhỏ hơn0
•CờCarry (cờ nhớ): đượcthiếtlậplên1 nếuphéptoán
cónhớ rangoàibit caonhất
–cờbáotrànvớisốkhôngdấu.
•CờOverflow (cờ tràn): đượcthiếplậplên1 nếucộng
haisốnguyêncùngdấumàkếtquả códấungượclại
–cờbáotrànvớisốcódấu.