bài giảng môn học cấu trúc máy tính bài 8 vi tác vụ

VI TÁC VỤ
VI TÁC VỤ

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ THANH GHI

Một hệ thống số là một kết nối các đơn thể
phần cứng nhằm thực hiện một tác vụ xử lý
thông tin nào đó.

Các đơn thể được tạo từ các thành phần số
như thanh ghi, mạch giải mã, các phần tử tính
toán.

Tác vụ xử lý dữ liệu lưu trên thanh ghi gọi
là một vi tác vụ
.

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ THANH GHI (tt)
Kết quả vi tác vụ có thể thay thế dữ liệu đã lưu

trước đó hoặc chuyển qua thanh ghi khác.

Ví dụ các vi tác vụ: dịch, đếm, xóa và nạp.

Một số thanh ghi đã xét trước đây được dùng
cho vi tác vụ.

Ví dụ mạch đếm nạp song song có thể thực
hiện vi tác vụ tăng và nạp.

Thanh ghi dịch 2 chiều có khả năng thực hiện
các vi tác vụ dịch phải và trái.

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ THANH GHI (tt)

Thường có 4 loại vi tác vụ:
- Vi tác vụ thanh ghi chuyển thông tin nhị phân
từ thanh ghi này qua thanh ghi khác.
- Vi tác vụ số học thực hiện các phép tính số
học với dữ liệu số trên thanh ghi.
- Vi tác vụ luận lý thực hiện các tác vụ thao tác
bit với dữ liệu phi số trên thanh ghi.
- Vi tác vụ dịch thực hiện các tác vụ dịch dữ
liệu trên thanh ghi.

@IT

@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ THANH GHI (tt)

Có thể mô tả dãy vi tác vụ bằng lời, nhưng
thường dài dòng.

Thường dùng ký hiệu phù hợp để mô tả.

Quy tắc thông dụng:
- Các thanh ghi được ghi bằng chữ hoa (đôi khi
kèm theo một số) thể hiện chức năng của nó.
- Ví dụ: MAR – thanh ghi lưu địa chỉ bộ nhớ
PC – thanh ghi đếm chương trình.
IR – thanh ghi lệnh.
R1 – thanh ghi xử lý (các mạch lật
trong thanh ghi n-bit được đánh số từ 0 đến n-
1 tính từ phải qua trái)

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ THANH GHI (tt)
Lược đồ khối thanh ghi

@IT
@IT
@IT

@IT
VI TÁC VỤ THANH GHI (tt)

Mệnh đề (hoặc vi lệnh) chuyển thanh ghi R1
sang R2 (dùng toán tử thay thế ←), R1 không
đổi: R2 ← R1

Mệnh đề IF – Then với P là tín hiệu điều khiển
(khi P =1 truyền R1 sang R2):
If (P =1) then (R2 ← R1)

Dùng hàm điều khiển (là biến boolean) có trị 1
hoặc 0, khi P =1, truyền R1 sang R2:
P: R2 ← R1

@IT
@IT
@IT
@IT
TRUYỀN QUA BUS

Bus là một tập các đường truyền dẫn các tín
hiệu từ nơi này sang nơi khác.

Thường dùng bus chung cho mọi thanh ghi và
tín hiệu điều khiển sẽ xác định thanh ghi nào
được truyền.

@IT
@IT

@IT
@IT
TRUYỀN QUA BUS (tt)

Bảng trên cho thấy thanh ghi nào được truyền
lên Bus qua điều khiển của S
1
S
0

@IT
@IT
@IT
@IT
TRUYỀN QUA BUS (tt)

Tổng quát hệ thống Bus dùng cho k thanh ghi
n-bit sẽ có n mạch dồn k-1.

Ví dụ Bus cho 8 thanh ghi 16-bit cần 16 mạch
dồn 8-1 với 3 đường chọn.

Để truyền từ Bus vào thanh ghi phải nối Bus
với đường nhập của thanh ghi và có tín hiệu
điều khiển nạp.

Như vậy muốn truyền từ thanh ghi này qua
thanh ghi kia (R1 ← C) phải thực hiện:
Bus ← C, R1 ← Bus

@IT
@IT
@IT
@IT
TRUYỀN QUA BUS (tt)
Hệ thống bus cho 4 thanh ghi

@IT
@IT
@IT
@IT
BUS 3 TRẠNG THÁI

Có thể tạo Bus bằng cổng 3 trạng thái thay cho
mạch dồn.

Cổng 3 trạng thái là mạch số 3 trạng thái.

Hai trạng thái là tín hiệu tương đương luận lý 1
và 0 như cổng bình thường, trạng thái 3 là
trạng thái
trở kháng cao
.

Trạng thái trở kháng cao hoạt động như mạch
hở, lúc đó ngõ ra bị ngắt.

@IT
@IT
@IT

@IT
BUS 3 TRẠNG THÁI (tt)

Cổng 3 trạng thái có thể thực hiện mọi luận lý
quy ước như: AND hoặc NAND.

Tuy nhiên người ta thường dùng cổng đệm
(
buffer gate
) để thiết kế Bus

Cổng đệm 3 trạng thái khác với cổng đệm bình
thường là có thêm ngõ điều khiển, khi bằng 1
– hoạt động như cổng đệm thường; khi bằng 0
– cổng có trạng thái trở kháng cao, ngõ ra bị
cấm.

@IT
@IT
@IT
@IT
BUS 3 TRẠNG THÁI (tt)
Ký hiệu cổng 3 trạng thái

@IT
@IT
@IT
@IT
BUS 3 TRẠNG THÁI (tt)
Bus dùng cổng 3 trạng thái thay cho mạch dồn

Bộ giải
mã

@IT
@IT
@IT
@IT
BUS 3 TRẠNG THÁI (tt)

Khi ngõ nhập E = 0, mạch không hoạt động.

Khi E = 1, tùy theo ngõ nhập chọn S
1
S
0
, các bit
A
0
/B
0
/C
0
/D
0
của thanh ghi A/B/C/D sẽ chuyển
sang đường bus

@IT
@IT
@IT

@IT
TRUYỀN QUA BỘ NHỚ

Truyền thông tin từ một từ nhớ ra ngoài gọi là
tác vụ đọc, đưa thông tin mới vào bộ nhớ gọi
là viết (
ghi
).

Đặt M là ký hiệu của một từ nhớ.

Trước khi truyền phải xác định địa chỉ của M,
đặt AR là thanh ghi chứa địa chỉ của từ nhớ và
DR là thanh ghi nhận thông tin đọc từ M.
Ký hiệu: Read: DR ← M[AR]

Tác vụ truyền nội dung thanh ghi R1 vào M
(tác vụ viết) có địa chỉ trong thanh ghi AR.
Ký hiệu: Write: M[AR] ← R1

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ SỐ HỌC

Mạch cộng nhị phân:
Để cài đặt vi tác vụ cộng với phần cứng cần có
các thanh ghi và mạch thực hiện phép cộng số
học.

Vi tác vụ số học

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ SỐ HỌC (tt)
Mạch cộng nhị phân 4 bit

@IT
@IT
@IT
@IT
MẠCH CỘNG TRỪ NHỊ PHÂN

Phép cộng và trừ có thể kết hợp vào một mạch
bằng cách thêm cổng XOR vào mỗi mạch toàn
cộng.

Khi M = 0, mạch thực hiện phép cộng.

Khi M = 1, mạch thực hiện phép trừ
C
4
S
3
S
2
S
1

S
0
FA FA FA FA
C
0
C
1
C
2
C
3
M
B
0
A
1
B
1
A
2
B
2
A
3
B
3
B
0
Mạch tăng nhị phân 4 bit

@IT
@IT
@IT
@IT
MẠCH TĂNG NHỊ PHÂN

Việc tăng lên 1 có thể thực hiện bằng mạch
đếm.

Tuy nhiên, tác vụ tăng 1 thường áp cho bất kỳ
thanh ghi nào nên thường dùng mạch tăng nhị
phân được tạo từ mạch nửa cộng.

@IT
@IT
@IT
@IT
MẠCH SỐ HỌC

Các vi tác vụ số học có thể thực hiện qua một
mạch ghép số học.

Thành phần cơ bản của mạch này là mạch
cộng song song.

Qua các ngõ vào mạch cộng có thể điều khiển
mạch thực hiện các phép tính khác nhau

@IT
@IT

@IT
@IT
MẠCH SỐ HỌC
Bảng hàm mạch số học

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ LUẬN LÝ

Vi tác vụ luận lý là tác vụ nhị phân trên chuỗi
bit trong thanh ghi.

Có 16 tác vụ luận lý khác nhau thực hiện trên
2 biến nhị phân, vì với 2bit sẽ có 2
2
= 4 tổ hợp
00, 01, 10, 11 và 2
4
= 16 tổ hợp trị tính được từ
4 tổ hợp trị biến.

Bảng sau cho thấy 16 trị luận lý tính từ 2 bit.

@IT
@IT
@IT
@IT
VI TÁC VỤ LUẬN LÝ

Bảng chân trị 16 hàm theo 2 biến