Bài giảng Kiến trúc máy tính & Hợp ngữ - Chương 3: Kiến trúc tập lệnh

 3.0. Mở đầu
 Chương 3.
 z Vi tác vụ: tác vụ xử lý dữ liệu lưu trên thanh ghi. 
 Kiến trúc tập lệnh z Kết quả là thay thế dữ liệu đã lưu hoặc chuyển sang 
 thanh ghi khác
 z Có 4 loại vi tác vụ:
 VI TÁC VỤ z Vi tác vụ thanh ghi
 ƒ chuyển thông tin từ thanh ghi này sang th/ghi khác
 z Vi tác vụ số học
 ƒ Thực hiện phép tính số học với dữ liệu số trên thanh ghi
 z Vi tác vụ luận lý
 ƒ Thực hiện các tác vụ thao tác bit với dữ liệu phi số trên thanh ghi
 z Vi tác vụ dịch
 ƒ Thực hiện các tác vụ dịch dữ liệu trên thanh ghi
3.1. Vi tác vụ thanh ghi
 Chuyển thông tin nhị phân từ thanh ghi này sang th/ghi khác. z Tác vụ truyền từ 
 z Ký hiệu mô tả dãy vi tác vụ: thanh ghi sang 
 z Mệnh đề (vi lệnh) chuyển thông tin thanh ghi (hình 
 ƒ R2 Å R1 6.2)
 z Mệnh đề If – then
 ƒ If (P = 1) then (R2 Å R1)
 ƒ P: R2 Å R1
 Ký hiệu Diễn giải Ví dụ
 Chữ (và số) Thanh ghi MAR, R2
 Ngoặc ( ) Một phần thanh ghi R2 (0 – 7), R2 (L)
 Mũi tên Chuyển thông tin R2 Å R1
 Dấu phẩy Hai tác vụ riêng R2 Å R1, R1 Å R2
 z Đặt thanh ghi lên Bus:
 ƒ VD: Hệ thống Bus dùng cho 4 thanh ghi 4 bit (h 6.3)
 ƒ Hệ thống Bus dùng cho k th/ghi n bit sẽ có n mạch dồn k – 1.
z Truyền qua bus
 z Bus: tập các đường truyền dẫn tín hiệu
 ƒ Thường dùng bus cho chung mọi thanh ghi
 ƒ Tín hiệu điều khiển sẽ xác định thanh ghi nào được truyền
 1
 z Truyền từ Bus vào thanh ghi: nối Bus với đường nhập 
 của thanh ghi và có tín hiệu nạp.
 ƒ Truyền từ thanh ghi C sang thanh ghi R1:
 Bus Å C, R1 Å Bus
z Bus 3 trạng thái
 z Có thể tạo Bus bằng cổng 3 trạng thái thay cho mạch dồn
 z Cổng 3 trạng thái: bổ sung tr/thái thứ 3: trở kháng cao, ngõ ra bị ngắt
 z Thường dùng cổng đệm để thiết kế Bus (h 6.4)
 z Bus dùng cổng đệm 3 trạng thái thay cho mạch dồn (h 6.5)
 ƒ (So sánh với dùng mạch dồn)
z Truyền qua bộ nhớ
 z Truyền thông tin từ một từ nhớ ra ngoài: tác vụ Đọc
 z Đưa thông tin từ ngoài vào bộ nhớ: tác vụ Ghi
 z Ký hiệu: Từ nhớ có địa chỉ lưu trong thanh ghi AR: M[AR]
 z VD: Đọc / Ghi bộ nhớ với địa chỉ chứa trong th/ghi AR, với 
 thanh ghi DR
 ƒ Tác vụ Đọc: Read: DR Å M[AR]
 ƒ Tác vụ Ghi: Write: M[AR] Å DR
 2
3.2. Vi tác vụ số học z Mạch cộng trừ nhị phân 
 z Thêm cổng XOR.
 z Thực hiện phép tính số học với dữ liệu số trên thanh ghi z Khi M = 0, cộng. Khi M = 1, trừ (h 6.7)
z Mạch cộng nhị phân z (Yêu cầu giải thích)
 z Dùng mạch toàn cộng (h 6.6)
z Mạch tăng nhị phân z Mạch số học
 z Có thể dùng mạch đếm z Dùng mạch cộng song 
 z Tăng 1 cho thanh ghi: song (h 6.9)
 Mạch tăng nhị phân (dùng mạch nửa cộng) (h 6.8)
3.3. Vi tác vụ luận lý
 z Thực hiện các tác vụ thao tác bit với dữ liệu phi số trên thanh ghi z Mạch thực hiện vi 
 z Có 16 tác vụ luận lý khác nhau thực hiện trên 2 bit nhị phân tác vụ luận lý
 (b 6.6)
 z Chỉ cần các cổng 
 AND, OR, XOR, 
 NOT (h 6.10)
 3
 3.4. Vi tác vụ dịch
z Ứng dụng: z Thực hiện các tác vụ dịch dữ liệu trên thanh ghi
 z Vi tác vụ luận lý cho phép thao tác riêng từng bit hoặc một phần z Dùng để truyền tuần tự dữ liệu 
 của thanh ghi hoặc phối hợp với tác vụ số học, luận lý và tác vụ khác
 z Tác vụ Chọn đặt (thiết lập có chọn lựa): 
 z Dịch luận lý (shl / shr : shift)
 đặt 1 vào các bit trong A tương ứng với vị trí các bit 1 trong B:
 A Å A ∨ B z Chuyển 0 qua ngõ nhập dãy
 z A 1 0 1 0 z Dịch vòng / quay (cil / cir : circular shift)
 B 110 0
 A 1 1 1 0 z Quay vòng các bit ở 2 đầu thanh ghi (nối ngõ xuất dãy với ngõ 
 nhập dãy)
 z Tác vụ Chọn bù
 z Tác vụ Chọn xóa z Dịch số học (ashl / ashr : arithmetic shift)
 z Tác vụ Mặt nạ z Khi thanh ghi lưu 1 số nhị phân có dấu
 z Tác vụ Thay (đưa trị mới vào nhóm bit) z Dịch trái: nhân đôi - Dịch phải: chia đôi
 z Khi dịch phải, bit dấu được bảo toàn. VD: 1000 (-8) Æ 1100 (-4)
 z Khi dịch trái, tràn nếu R n – 1 ≠ R n – 2
 3.5. ALU
z Mạch dịch z Đơn vị luận lý – số học (Arithmetic Logic Unit)
 z Có thể dùng 
 z Thay vì dùng các thanh ghi riêng để thực hiện các vi 
 thanh ghi dịch 2 
 chiều nạp song tác vụ
 song. Dùng các thanh ghi lưu trữ nối với 1 đơn vị thao tác 
 z Dùng mạch tổ chung: ALU
 hợp cho tác vụ z Để thực hiện 1 vi tác vụ, nội dung th/ghi được đưa vào 
 dịch sẽ tốt hơn ngõ nhập ALU, ALU thực hiện xong tác vụ, chuyển kết 
 z VD: Mạch dịch quả cho th/ghi đích.
 tổ hợp 4 bit (h 
 6.12)
 z Các tác vụ của ALU (b 6.8)
 ƒ 8 tác vụ số học: với S3S2 = 00
 ƒ 4 tác vụ luận lý: với S3S2 = 01
 ƒ 2 tác vụ dịch: với S3S2 = 10 và 11
 z Một phần 
 của ALU 
 (h 6.13)
 4
Bài tập
 z BT 48, 49, 50, 51 (trang 92)
 5