KIEN TRUC MAY TINH CHUONG 3

Nguyen Thanh Tung THPT QUY H
OP I
1
KiÕn tróc m¸y tÝnh
Ch­¬ng 3
Bé xö lý
2
Nội dung bài giảng

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Biểu diển DL & số học máy tính

Chương 3: Bộ xử lý

Chương 4: Kiến trúc tập lệnh

Chương 5: Hệ thống nhớ

Chương 6: Hệ thống vào/ra
3
Néi dung ch­¬ng 3

CÊu tróc chung cña bé xö lý

Khèi ®iÒu khiÓn

Khèi sè häc & logic

C¸c thanh ghi.
4

Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)

Chức năng

Điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống

Xử lý dữ liệu

Nguyên tắc hoạt động

BXL hoạt động dựa theo chương trình nằm sẵn
trong bộ nhớ

Cấu trúc

Khối điều khiển (Control Unit)

Khối số học - logic (Arithmetic - Logic Unit: ALU)

Các thanh ghi (Registers)
5
Cấu trúc chung của bộ xử lý (BXL)

Các nhiệm vụ của BXL

Nhận lệnh: nhận lệnh từ bộ nhớ

Giải mã lệnh: Giải mã lệnh được nhận vào để biết lệnh
làm gì

Nhận dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu nhận dữ liệu từ bên
ngoài vào

Xử lý dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu thực hiện một phép
toán nào đó

Ghi dữ liệu: Lệnh có thể yêu cầu cất kết quả ra ngoài
Ngoài ra, trong quá trình thực hiện chương trình
còn nhận các yêu cầu từ bên ngoài, xử lý các
yêu cầu đó
6
BXL víi bus hÖ thèng
7
CÊu tróc bªn trong cña BXL
8
Phân tích nhiệm vụ của BXL

Nhận lệnh (Fetch Instructions - FI)

Địa chỉ của lệnh cần thực hiện nằm trong bộ
đếm chương trình (PC - Program Counter), được
đưa qua bộ đệm địa chỉ, qua bus địa chỉ để tìm
ra ngăn nhớ chứa lệnh

Tiếp theo, BXL phát ra tín hiệu đọc ngăn nhớ
vừa tìm được

Nội dung của ngăn nhớ được chuyển qua bus dữ
liệu và đưa đến thanh ghi lệnh (Instruction Reg.)
9

Phân tích nhiệm vụ của BXL

Giải mã lệnh (Interpret Instructions - II)

Lệnh từ thanh ghi lệnh được đưa đến khối điều
khiển

Tại đây, lệnh được giải mã để xác định thao tác
mà lệnh yêu cầu

Khi đó, khối điều khiển sẽ phát ra tín hiệu điều
khiển tương ứng với lệnh đó.
10
Phân tích nhiệm vụ của BXL

Nhận dữ liệu (Fetch Data - FD)

BXL phát ra địa chỉ của ngăn nhớ/cổng vào ra
chứa dữ liệu cần nhận

BXL phát ra tín hiệu điều khiển đọc ngăn
nhớ/cổng vào ra tương ứng

Dữ liệu được chuyển qua bus dữ liệu đưa vào
tập thanh ghi bên trong
11
Ph©n tÝch nhiÖm vô cña BXL

Xö lý d÷ liÖu (Process Data - PD)
•

D÷ liÖu ®­îc chuyÓn tõ c¸c thanh ghi vµo ALU
•
ALU sÏ thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n d­íi sù ®iÒu
khiÓn cña khèi ®iÒu khiÓn
•
KÕt qu¶ phÐp to¸n ®­îc cÊt t¹m thêi vµo thanh
ghi d÷ liÖu
12
Phân tích nhiệm vụ của BXL

Ghi dữ liệu (Write Data - WD)

BXL phát ra địa chỉ của ngăn nhớ/cổng vào ra
cần ghi dữ liệu

BXL phát ra tín hiệu điều khiển ghi ngăn
nhớ/cổng vào ra

Dữ liệu từ thanh ghi dữ liệu được chuyển ra
ngoài
13
Lịch sử phát triển của BXL họ Intel

8080

Bộ xử lý đa năng đầu tiên

Đường dẫn dữ liệu 8 bit

Được dùng như là một PC đầu tiên

8086

Có khả năng cao hơn

16 bit

Có cache lệnh, nhận trước được ít lệnh

8088 (bus mở rộng 8 bit), được dùng lần đầu ở máy IBM PC

80286

Bộ nhớ RAM: 1M

Có thể quản lý được bộ nhớ đến 16MB
14
Lịch sử phát triển của BXL họ Intel

80386

32 bit

Hỗ trợ đa nhiệm

80486

Chứa cache và pipeline lệnh phức tạp

Thêm bộ đồng xử lý toán học

Petium

Siêu vô hướng

Nhiều lệnh thực hiện song song

Pentium Pro

Tăng tổ chức siêu vô hướng

Chức năng các thanh ghi linh hoạt

Tiên đoán rẽ nhánh

Phân tích luồng dữ liệu

Thực hiện suy đoán (speculative execution)
15
Lịch sử phát triển của BXL họ Intel

Pentium II

Công nghệ MMX (MultiMedia eXtension)

Xử lý đồ họa, âm thanh, hình ảnh tốt

Pentium III

Thêm các lệnh dấu chấm động cho đồ họa 3D

Pentium 4

Chú ý tới các số ả Rập hơn các số La Mã

Tăng cường xử lý multimedia và dấu chấm động hơn.

Itanium

64 bit

Nhận trước lệnh động, có thể pipeline bằng phần mềm

. . . . .
16
Sù ph¸t triÓn cña BXL hä Intel
Year Chip L transistors
1971 4004 10µm 2.3K
1974 8080 6µm 6.0K
1976 8088 3µm 29K
1982 80286 1.5µm 134K
1985 80386 1.5µm 275K
1989 80486 0.8µm 1.2M
1993 Pentium® 0.8µm 3.1M
1995 Pentium® Pro 0.6µm 15.5M
1999 Mobile PII 0.25µm 27.4
2000 Pentium® 4 0.18µm 42M
2002 Pentium® 4 (N) 0.13µm 55M
2003 Itanium® 2 (M) 0.13µm 410M
17

Minh häa mét sè BXL
Intel 4004 - 1970s
(First Microprocessor)
Intel 8088
(LSI Microprocessor)
18
Minh häa mét sè BXL
PowerPC 7400 (G4)
6.5M transistors / 450MHz / 8-10W
L=0.15µm
Pentium® III
28M transistors / 733MHz-1Gz / 13-26W
L=0.25µm shrunk to L=0.18µm