Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương: 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: Turbo-
 Boost 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 liệuDo 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 đĩathông 
 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) BX (16 bit) 
 AH (8 bit) AL (8 bit) BH (8 bit) BL (8 bit) 
 CX (16 bit) DX (16 bit) 
 CH (8 bit) CL (8 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