Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Chương 5: Bộ xử lý trung tâm

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

CH

ƯƠ

NG 5: B  x  lý trung tâm 

ộ ử

(CPU)

Ki N TR C MÁY TÍNH VÀ 

Ế

Ứ

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

CPU

2



5.2.1. Cấu trúc cơ bản của CPU



5.2.2. Tập lệnh

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

5.2.1. C u trúc c  b n c a CPU

ấ

ơ ả

ủ

3

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

1. Đ n v  đi u khi n (CU)

ơ

ị ề

ể

4



Chức năng:

 Điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ đưa vào

thanh ghi lệnh (IR) và tăng nội dung của PC
để trỏ sang lệnh kế tiếp.

 Giải mã lệnh nằm trong thanh ghi lệnh để

xác định thao tác cần thực hiện và phát ra

tín hiệu điều khiển thực hiện lệnh đó.

 Nhận tín hiệu u cầu từ bus hệ thống và

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Đ n v  đi u khi n (ti p)

ơ

ị ề

ể

ế

5



Mơ hình kết nối của đơn vị điều khiển:

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Đ n v  đi u khi n – Control Unit(ti p)

ơ

ị ề

ể

ế

6



Các tín hiệu đưa đến Control Unit:

 Mã lệnh từ thanh ghi lệnh đưa đến để giải

mã

 Các cờ từ thanh ghi cờ cho biết trạng thái

của CPU

 Xung clock từ bộ tạo xung bên ngoài cung

cấp cho đơn vị điều khiển làm việc

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Đ n v  đi u khi n Control Unit (ti p)

ơ

ị ề

ể

ế

7



Các tín hiệu phát ra từ đơn vị điều khiển:

 Các tín hiệu điều khiển bên trong CPU:

 Điều khiển các thanh ghi

 Điều khiển hoạt động của ALU

 Các tín hiệu điều khiển bên ngồi CPU:

 Điều khiển bộ nhớ chính

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

2. Đ n v  s  h c và logic (ALU) 

ơ

ị ố ọ

8



Chức năng: Thực hiện các phép toán số

học và các phép toán logic.

 Số học: cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm,

đảo dấu, …

 Logic: AND, OR, XOR, NOT, các phép dịch

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Đ n v  s  h c và logic (ti p) 

ơ

ị ố ọ

ế

9

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Mơ hình k t n i c a ALU 4 bit

ế ố ủ

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

Mơ hình k t n i c a ALU 16 bit

ế ố ủ

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

3. T p thanh ghi (RF)

ậ

12



a. Chức năng và phân loại

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

a. Ch c năng và phân lo i

ứ

ạ

13



Chức năng:

 Là tập hợp các thanh ghi nằm trong CPU

 Chứa các thông tin tạm thời phục vụ cho

hoạt động hiện tại của CPU.



Phân loại tập thanh ghi

 Phân loại theo khả năng can thiệp của

người lập trình:

 Các thanh ghi khơng lập trình được: người lập

trình khơng can thiệp được

 Các thanh ghi lập trình được: người lập trình

can thiệp được

 Phân loại theo chức năng:

 Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của ngăn nhớ

hay cổng vào-ra

 Thanh ghi dữ liệu: chứa các dữ liệu tạm thời

hoặc kết quả trung gian phục vụ cho việc xử lý
dữ liệu của CPU

 Thanh ghi điều khiển và trạng thái: chứa các

thông tin điều khiển và trạng thái của CPU

 Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang được thực hiện
 Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

b. M t s  thanh ghi đi n hình

ộ ố

ể

14



Các thanh ghi địa chỉ

 Bộ đếm chương trình (Program Counter –

PC)

 Con trỏ dữ liệu (Data Pointer – DP)

 Con trỏ ngăn xếp (Stack Pointer – SP)

 Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base

Register & Index Register)

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

Các vùng nh  c  b n c a CT

ớ ơ ả

ủ

15



Chương trình đang thực hiện phải nằm

trong bộ nhớ chính và nó chiếm 3 vùng

nhớ cơ bản sau:

 Vùng nhớ lệnh (Code): chứa các lệnh của

chương trình.

 Vùng dữ liệu (Data): chứa dữ liệu của

chương trình. Thực chất đây là nơi cấp phát

các ngăn nhớ cho các biến nhớ.

 Vùng ngăn xếp (Stack): là vùng nhớ có cấu

trúc LIFO (Last In First Out) dùng để cất giữ
thơng tin và sau đó có thể khơi phục lại.

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

Ví d  minh h a th c thi m t ch

ụ

ọ

ự

ộ

ươ

ng trình 

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

B  đ m ch

ộ ế

ươ

ng trình (PC)

17



Cịn gọi là con trỏ lệnh (Instruction

Pointer - IP)

 Là thanh ghi chứa địa chỉ của lệnh tiếp theo

sẽ được nhận vào.

 Sau khi một lệnh được nhận vào thì nội

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

Minh h a ho t đ ng c a PC

ọ

ạ ộ

ủ

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

Thanh ghi con tr  d  li u (DP)

ỏ ữ ệ

19



Chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu mà

CPU muốn truy cập.



Thường có một số thanh ghi con trỏ dữ

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

Minh h a ho t đ ng c a DP

ọ

ạ ộ

ủ

</div>

<!--links-->