Bài giảng môn học Kiến trúc máy tính - Tổ chức máy tính

1

Môn học: Kiến trúc máy tính


2


• ALU (đơn vị luận lý số học): thành phần
chịu trách nhiệm tính toán các phép
toán số học và logic
• Thanh ghi: dùng để chứa các toán
hạng, kết quả trả về và địa chỉ truy xuất
của CPU
• CU (đơn vị điều khiển): thành phần chịu
trách nhiệm điều khiển các trạng thái
hoạt động của CPU

3


•
•
•
•
•

•
•
•
•

1970 bộ CPU 4004 (4 bit) của Intel trên 1 chip đầu tiên ra đời
1972 CPU Intel 8008 (8 bit)
1974 CPU 8080, 1978 CPU 8086 (16 bit)
1979 CPU 8088 (8 bit)
1981 máy tính IBM PC đầu tiên ra đời trên cơ sở CPU Intel 8088 và hệ điều
hành MS DOS
1982 CPU 80286 (16 bit)
1985 CPU 80386 (32 bit), 1989 CPU 80486 . . . (xuất hiện khái niệm đa
nhiệm)
1993 Pentium
1997 CPU Pentium II

4


• 1999 CPU Pentium III
• 2000 CPU Pentium IV
• 2002 Công nghệ siêu phân luồng cho Pentium IV  tăng hiệu suất hoạt
động máy tính lên 25%
• 2003 Pentium IV Extreme Edition
• 2005 Dual Core
• 2006 Core 2 Duo  tăng thêm 40% hiệu suất hoạt động
• Đầu năm 2007, Core 2 Quad với số lõi thực sự là 4
• Cuối năm 2008, Core i7 ra đời với công nghệ Turbo Boost
• Cuối năm 2009, Core i5
• Đầu năm 2010, Core i3

5

• Hyper Threading Technology (HTT): là công nghệ
siêu phân luồng cho phép giả lập thêm CPU luận lý
trong cùng một CPU vật lý, giúp CPU có thể xử lý
được nhiều thông tin hơn.

6


• Multi Core (đa nhân): Công nghệ chế tạo CPU có
hai hay nhiều nhân, xử lý vật lý hoạt động song song
với nhau, mỗi nhân đảm nhận những công việc riêng
biệt nhau.

7


• Intel®
Turbo
Boost: Là công nghệ
nâng hiệu suất máy
tính lên thêm 20%,
giúp hệ thống hoạt
động nhanh hơn và
kéo dài thời lượng pin,
bằng cách tự động
điều chỉnh xung nhịp
của từng nhân độc lập
cho phù hợp với nhu
cầu xử lý.

8


9


Tập trung sức mạnh xử lý như chơi game,
quản lý đa phương tiện, và hỗ trợ các phần
mềm ứng dụng xử lý đa luồng
• 4 lõi (core) vật lý
• Bộ nhớ đệm (cache) 3 cấp
• Sử dụng 2 công nghệ của Intel: TurboBoost và Hyper-Threading.
– Turbo-Boost: tự động điều chỉnh
xung nhịp của từng lõi độc lập phù
hợp với nhu cầu xử lý  tăng hiệu
suất lên 20%
– Hyper-Threading: cung cấp 2 luồng
(thread) xử lý trên mỗi lõi  nhân
đôi số tác vụ mà bộ vi xử lý có thể
thực thi
10


11


•

•
•

Bus dữ liệu (data bus):
truyền dữ liệu giữa các thành
phần trong hệ thống (2
chiều)
Bus địa chỉ (address bus): để
CPU xác định các thành phần
trong hệ thống (1 chiều)
Bus điều khiển (control bus):
để CPU ra lệnh điều khiển
cho các thành phần trong hệ
thống (2 chiều)

12


13


14


• Bus địa chỉ bao gồm các tín hiệu dùng để chuyển tải địa chỉ
(thường được ký hiệu là A, ví dụ CPU có 20 tín hiệu từ A0 đến
A19). Khi đọc/ghi bộ nhớ (hoặc I/O), CPU đưa ra trên Bus
này địa chỉ của bộ nhớ (hoặc I/O) cần đọc/ ghi.

• Như vậy, số lượng tín hiệu địa chỉ sẽ quyết định không gian
bộ nhớ (tức là số lượng ô nhớ) mà CPU có thể định vị được.
Ví dụ:

• CPU 8088/8086 có 20 bít tín hiệu địa chỉ thì không gian bộ
nhớ của CPU này là 220 = 1Mbytes
• CPU Pentium II có 36 tín hiệu địa chỉ thì không gian bộ
nhớ của nó là 236 = 64Gbytes.
15


• Bus dữ liệu gồm các tín hiệu dùng để chuyển tải dữ liệu
(thường được ký hiệu là D). Số tín hiệu dữ liệu quyết định số
bit dữ liệu mà CPU có thể xử lý cùng một lúc. Lưu ý rằng các
tín hiệu dữ liệu là hai chiều vì CPU có thể đọc/ghi dữ liệu từ
bộ nhớ hoặc I/O.
• Bus điều khiển dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống
như các tín hiệu /WR (Write) để báo hiệu CPU đọc dữ liệu,
/RD (Read) để báo hiệu CPU ghi dữ liệu, Ready dùng để báo
cho CPU biết bộ nhớ (hoặc I/O) sẵn sàng quá trình trao đổi
dữ liệu…Do đó, Bus điều khiển cũng phải là hai chiều.

16


• Bộ ghép nối vào ra cho phép ghép nối hệ thống với các thiết
bị vào/ ra (I/O) như màn hình, bàn phím, chuột, ỗ đĩa…thông
qua các địa chỉ cổng vào/ ra (Port)
17


• Bus địa chỉ có 20 bit  không gian bộ nhớ của CPU là 220 ô
nhớ. Trong các CPU của Intel, mỗi ô nhớ có độ dài là 8 bit,
nên không gian bộ nhớ tương ứng của CPU 8088/ 8086 là 1

Mega bytes.

• CPU 8088/8086 có 14 thanh ghi 16 bit. Trong sơ đồ bên dưới
các thanh ghi đa năng AX, BX, CX, DX được trình bày ở dạng
hai thanh ghi 8 bit tương ứng.

18


• Một chương trình hoạt động sẽ có 3 vùng nhớ:
o Mã lệnh
o Dữ liệu
o Ngăn xếp (Stack)
• CPU 8088/8086 có 4 thanh ghi đoạn:
o CS (Code Segment) là thanh ghi đoạn mã lệnh, trỏ đến
vùng nhớ chứa mã lệnh của chương trình.
o DS (Data Segment) là thanh ghi đoạn dữ liệu, trỏ đến
vùng nhớ chứa dữ liệu của chương trình.
o ES (Extra Segment) là thanh ghi đoạn dữ liệu phụ, trỏ đến
vùng nhớ chứa dữ liệu của chương trình.
o SS (Stack Segment) là thanh ghi đoạn ngăn xếp.
19


AX (16 bit)
AH (8 bit)

AL (8 bit)

CX (16 bit)

CH (8 bit)

CL (8 bit)

BX (16 bit)
BH (8 bit)

BL (8 bit)

DX (16 bit)
DH (8 bit)

DL (8 bit)

• AX (Accumulator Register - thanh ghi tích lũy): Dùng trong
các phép nhân chia, chứa dữ liệu cho các lệnh in, out.
• BX (Base Register - thanh ghi cơ sở): Dùng trong chế độ địa
chỉ cơ sở.
• CX (Count register - thanh ghi đếm): Dùng để đếm số lần lặp
trong các lệnh lặp.
• DX (Data Register - thanh ghi dữ liệu): Dùng để chứa địa chỉ
cho các lệnh in/ out và làm toán hạng trong các lệnh nhân,
chia 16 bit. (DX chứa 16 bit cao).
20


• SI (Source Index) và DI (Destination Index): Các thanh ghi
này có thể được dùng như là các con trỏ để truy xuất gián
tiếp đến bộ nhớ.
• IP (Instruction Pointer): Trỏ đến lệnh tiếp theo mà CPU sẽ

thực hiện.
• SP (Stack Pointer): Trỏ đến ô nhớ nằm trong vùng ngăn xếp.

• BP (Base Pointer): Được dùng để truy xuất gián tiếp đến bộ
nhớ.

21


• Thanh ghi cờ có nhiều chức năng: phản ánh kết quả sau khi
tính toán, thể hiện trạng thái họat động của CPU…
Cờ tràn (Overflow Flag - OF)
Cờ hướng (DirectionFlag – DF
Cờ ngắt (Interrupt flag - IF)
Cờ dấu (Sign Flag - SF)
Cờ Zero (Zero Flag - ZF)
Cờ phụ (Auxililary Flag - AF):
Cờ nhớ phụ chứa bit nhớ
• Cờ parity (Parity Flag PF)
• Cờ nhớ (Carry Flag – CF): Cờ
nhớ dùng cho phép toán nhị
phân không dấu
•
•
•
•
•
•

22