Slide kiến trúc máy tính chương 3 bộ xử lý trung tâm CPU

.c
om

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM
(CPU)

1
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

CÁC THÀNH PHẦN
CỦA MÁY TÍNH

2
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC THÀNH PHẦN CỦA CPU

ng

CPU

Registers

an

I/O

th

CPU

ng

System
Bus

Arithmetic
and
Logic Unit

co

Computer

cu

u

du
o

Memory

Internal CPU
Interconnection

Control
Unit

3
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

CẤU TRÚC BÊN TRONG CPU

4
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

NHIỆM VỤ CỦA CPU
 Nhận lệnh (fetch instruction): CPU đọc lệnh từ bộ



ng

co

an

th

cu

u



ng



du
o



nhớ
Giải mã lệnh (decode instruction ): xác định thao
tác mà lệnh yêu cầu
Nhận dữ liệu (fetch data): nhận dữ liệu mới từ bộ
nhớ hoặc các cổngvào/ra
Xử lý dữ liệu (process data): thực hiện các phép
toán số hoặc hay logic với các dữ liệu
Ghi dữ liệu (write data): ghi dữ liệu ra bộ nhớ
hoặc các cổng vào/ra

5
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

CHU KỲ LỆNH

6
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CHU KỲ LỆNH
 Nhận lệnh

ng

 Giải mã lệnh

co

 Nhận toán hạng

ng
du
o
cu

u

 Ngắt

th

 Cất toán hạng

an

 Thực hiện lệnh

7
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

NHẬN LỆNH
 CPU đƣa địa chỉ của lệnh cần nhận từ bộ đếm

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

chƣơng trình PC ra bus địa chỉ
 CPU phát tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ
 Lệnh từ bộ nhớ đƣợc đặt lên bus dữ liệu và đƣợc
CPU copy vào thanh ghi lệnh IR

 CPU tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh kế tiếp

8
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

GIẢI MÃ LỆNH
 Lệnh từ thanh ghi lệnh IR đƣợc đƣa đến đơn vị

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

điều khiển
 Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh để xác
định thao tác phải thực hiện
 Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU

9
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

NHẬN DỮ LIỆU
 CPU đƣa địa chỉ của toán hạng ra bus địa chỉ

ng

 CPU phát tín hiệu điều khiển đọc

co

 Toán hạng đƣợc đọc vào CPU

cu

u

du
o

ng

th

an

 Tƣơng tự nhƣ nhận lệnh

10
CuuDuongThanCong.com

/>

 CPU đƣa địa chỉ ra bus địa chỉ
 CPU phát tín hiệu điều khiển đọc

.c
om

NHẬN DỮ LIỆU GIÁN TIẾP

ng

 Nội dung ngăn nhớ đƣợc đọc vào CPU, đó chính là địa chỉ của

cu

u

du
o

ng

th

an

co

toán hạng (gián tiếp)
 Địa chỉ này đƣợc CPU phát ra bus địa chỉ để tìm ra tốn hạng
 CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
 Tốn hạng đƣợc đọc vào CPU

11
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

THỰC THI LỆNH
 Đọc/Ghi bộ nhớ

ng

 Vào/Ra

an

 Thao tác số học/logic

co

 Chuyển giữa các thanh ghi

du
o
cu

u

 …

ng

th

 Chuyển điều khiển (rẽ nhánh)

12
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

GHI TOÁN HẠNG
 CPU đƣa địa chỉ ra bus địa chỉ

ng

 CPU đƣa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu

co

 CPU phát tín hiệu điều khiển ghi

an

 Dữ liệu trên bus dữ liệu đƣợc copy đến vị trí xác

cu

u

du
o

ng

th

định

13

CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

VÍ DỤ VỀ THỰC THI
CHƢƠNG TRÌNH

14
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

LƢU ĐỒ TRẠNG THÁI

15
CuuDuongThanCong.com

/>

.c

om

NGẮT (INTERRUPTS)
 Là kỹ thuật cho phép các module khác (I/O) có

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

thể ngắt ngang tiến trình xử lý bình thƣờng
 Các loại ngắt:
Chƣơng trình (program)
Định thời (Timer)
I/O
Lỗi phần cứng

16

CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

TƢƠNG TÁC GIỮA NGẮT
VÀ CHƢƠNG TRÌNH

17
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CHU KỲ LỆNH CÓ NGẮT
 Nội dung của bộ đếm chƣơng trình PC (địa chỉ trả về sau khi ngắt)

đƣợc đƣa ra bus dữ liệu

ng

 CPU đƣa địa chỉ (thƣờng đƣợc lấy từ con trỏ ngăn xếp SP) ra bus địa

co

chỉ

 CPU phát tín hiệu điều khiển ghi bộ nhớ

an

 Địa chỉ trả về trên bus dữ liệu đƣợc ghi ra vị trí xác định (ở ngăn xếp)

th

 Địa chỉ lệnh đầu tiên của chƣơng trình con điều khiển ngắt đƣợc nạp

cu

u

du
o

ng

vào PC

18
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

LƢU ĐỒ TRẠNG THÁI TRONG
CHU KỲ LỆNH CÓ NGẮT

19
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

ĐA NGẮT
 Cấm ngắt

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

 Độ ƣu tiên ngắt

20
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c

om

ĐA NGẮT – TUẦN TỰ

21
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

ĐA NGẮT – LỒNG

22
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

ĐƢỜNG ỐNG LỆNH
(INSTRUCTION PIPELINE)
 Chia chu trình lệnh thành các công đoạn và cho

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

phép thực hiện gối lên nhau (nhƣ dây chuyền lắp
ráp)
 Chẳng hạn có 6 cơng đoạn:
Nhận lệnh (Fetch Instruction – FI)
Giải mã lệnh (Decode Instruction – DI)
Tính địa chỉ toán hạng (Calculate Operand
Address – CO)
Nhận toán hạng (Fetch Operands – FO)
Thực hiện lệnh (Execute Instruction – EI)
Ghi toán hạng (Write Operands – WO)

23

CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

BIỂU ĐỒ THỜI GIAN
CỦA ĐƢỜNG ỐNG LỆNH

24
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC XUNG ĐỘT
CỦA ĐƢỜNG ỐNG LỆNH
 Xung đột cấu trúc: do nhiều công đoạn dùng

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

chung một tài nguyên
 Xung đột dữ liệu: lệnh sau sử dụng dữ liệu kết
quả của lệnh trƣớc
 Xung đột điều khiển: do rẽ nhánh gây ra

25
CuuDuongThanCong.com

/>