Bài giảng Kiến trúc máy tính & Hợp ngữ - Chương 4: Tổ chức bộ xử lý (Phần 1)

 Chương 4.
 z Nội dung
 Tổ chức bộ xử lý z Giới thiệu 1 máy tính cơ bản
 z Cách hoạt động của máy tính qua các mệnh đề thanh ghi.
 (TỔ CHỨC MÁY TÍNH) z Tổ chức máy tính gồm:
 z Các thanh ghi
 z Cấu trúc định thời, điều khiển
 z Tập lệnh
 z Chương trình:
 z Tập lệnh xác định các tác vụ, tác tố và trình tự xử lý
7.1. Mã lệnh
 z Lệnh máy:
 z Cấu trúc:
 z mã nhị phân xác định dãy vi tác vụ (Mã lệnh)
 z Mã tác vụ (phần cơ bản nhất)
 z Lưu trong bộ nhớ (cùng với dữ liệu)
 ƒ Nhóm bit xác định các tác vụ: cộng, trừ, nhân, dịch và bù
 z Máy tính đọc từng lệnh trong bộ nhớ và lưu vào ƒ Số bit dành cho mã tác vụ tùy theo số tác vụ của máy
 thanh ghi điều khiển (thanh ghi lệnh) z Phần xác định thanh ghi / từ nhớ chứa tác tố / kết quả
 z Mạch điều khiển diễn dịch mã nhị phân của lệnh và ƒ Thanh ghi xác định qua mã xác định thanh ghi
 thi hành qua một dãy vi tác vụ. ƒ Từ nhớ xác định qua địa chỉ
 z (Có nhiều cách sắp xếp mã nhị phân trong lệnh tùy theo 
 CPU Bộ nhớ kiến trúc của máy)
 Thanh ghi lệnh
 Chương trình
 Dãy
 Mạch điều khiển Dữ liệu
 vi tác vụ
 z Tổ chức chương trình
 z VD: với một tổ chức máy tính đơn giản (h 7.1) z Địa chỉ gián tiếp:
 ƒ Bộ nhớ 4096 từ nhớ 16 bit Æ Địa chỉ 12 bit ƒ Địa chỉ trực tiếp: khi phần 2 của mã lệnh là địa chỉ tác tố
 ƒ Còn lại 4 bit dành cho Mã lệnh ƒ Địa chỉ gián tiếp: khi phần 2 của mã lệnh là địa chỉ của từ nhớ 
 ƒ Thanh ghi tích lũy (AC – ACcumulator) chứa địa chỉ của tác tố
 ƒ Bit đầu của mã tác vụ (I: Indirect) cho biết kiểu địa chỉ: 
 0 : trực tiếp, 1: gián tiếp
 1
 7.2. Tập thanh ghi
 z Các thanh ghi trong máy tính cơ bản (b 7.1) và (h 7.3)
 z VD: (h 7.2) ƒ PC: Program Counter
 ƒ AR: Address Register
 ƒ IR: Instruction Reg.
 ƒ DR: Data Reg.
 ƒ AC: Accumulator
 ƒ TR: Temporary Reg.
 ƒ INPR: Input Reg.
 ƒ OUTR: Output Reg.
 7.3. Tập lệnh
 z Tập hợp các mã lệnh
z Hệ thống Bus nối các 
 z Có 3 dạng mã lệnh: tham chiếu bộ nhớ, thanh ghi, nhập xuất
 thanh ghi và bộ nhớ (h 
 z Mã lệnh 000 đến 110 :
 7.4)
 ƒ I = 0 : Lệnh tham chiếu bộ nhớ với địa chỉ trực tiếp
 z Nhận xét:
 ƒ I = 1 : Lệnh tham chiếu bộ nhớ với địa chỉ gián tiếp (Indirect)
 Địa chỉ bộ nhớ : AR
 z Mã lệnh 111 
 Dữ liệu tính toán: DR
 Kết quả : AC ƒ I = 0 : Lệnh tham chiếu thanh ghi
 ƒ I = 1 : Lệnh nhập – xuất (Input / Output)
 7.4. Định thời và điều khiển
 z Tập lệnh đầy đủ: có đủ số lệnh cho từng loại: z Định thời: bằng mạch tạo xung đồng hồ
 z Lệnh số học, luận lý và dịch z Điều khiển:
 z Lệnh chuyển dữ liệu vào ra giữa bộ nhớ và th/ghi xử lý z Đơn vị điều khiển (Control Unit) :
 z Lệnh điều khiển chương trình và lệnh kiểm các điều kiện ƒ Phát sinh trong các tín hiệu điều khiển
 trạng thái ƒ Cung cấp cho các mạch dồn điều khiển Bus, thanh ghi xử lý và 
 z Lệnh nhập xuất các vi tác vụ cho mạch tích lũy
 z
 z VD: Bảng 7.2, trang 102 (sẽ tìm hiểu kỹ ở bài sau) Hai cách tổ chức điều khiển:
 ƒ
 ƒ LDA: Load (nạp từ bộ nhớ vào AC) Điều khiển cứng: luận lý điều khiển được cài đặt (mạch tuần tự)
 qua các cổng, mạch lật, mạch giải mã và các mạch số khác.
 ƒ STA: Store (lưu trữ AC vào bộ nhớ)
 ƒ Điều khiển vi trình: thông tin điều khiển lưu trong bộ nhớ điều 
 ƒ CLA: Clear (xóa AC)
 khiển
 ƒ CMA: Complement (bù AC)
 ƒ (Khi thay đổi thiết kế, tổ chức điều khiển?)
 2
 z VD: Các thời hiệu điều khiển
 z Lược đồ khối đơn vị 
 điều khiển (h 7.6)
 ƒ SC: Sequence Counter 
 (đếm tuần tự) tạo dãy 
 thời hiệu T0, T1, T2, ...
 Được xóa 0 nếu D3 = 1
z Ví dụ tổng hợp (tìm lệnh)
 ƒ SC = 0, vậy T0 = 1
 ƒ T0: AR Å PC
 ƒ S3S2S1 = 010, LD (PC) = 1
 ƒ T1: IR Å M[AR], PC Å PC + 1
 ƒ Read (Mem) = 1, S3S2S1 = 111, 
 LD (IR) = 1, INR (PC) = 1
 3