Bài giảng Kiến trúc máy tính & Hợp ngữ - Chương 5: Bộ xử lý trung tâm (CPU)

KiẾỨ N TR C MÁY TÍNH VÀ 
HỢỮ P NG
CHƯƠ NG 5: B ộ  x ử  lý trung tâm 
(CPU)
 CPU 
2
  5.2.1. Cấu trúc cơ bản của CPU 
  5.2.2. Tập lệnh 
  5.2.3. Hoạt động của CPU 
 ấ ơ ả ủ
 5.2.1. C u trúc c  b n c a CPU
3
 Đơn v ị  ghép n ố i Bus
 ơ ị ề ể
 1. Đ n v  đi u khi n (CU)
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 yêu cầu từ bus hệ thống và 
 đáp ứng với các yêu cầu đó.
 ơ ị ề ể ế
 Đ n v  đ i u khi n (ti p)
5
  Mô hình kết nối của đơn vị điều khiển:
 IR
 ơ ị ề ể ế
 Đ n v  đ i u khi n – Control Unit(ti p)
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 
  Các tín hiệu yêu cầu từ bus điều khiển
 ơ ị ề ể ế
 Đ n v  đ i u khi n Control Unit (ti p)
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 ngoài CPU: 
  Điều khiển bộ nhớ chính 
  Điều khiển các module vào-ra 
 ơ ị ố ọ
 2. Đ n v  s  h c và logic (ALU) 
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 
 và quay bit 
 ơ ị ố ọ ế
 Đ n v  s  h c và logic (ti p) 
9
  Mô hình kết nối của ALU
 ế ố ủ
 Mô hình k t n i c a ALU 4 bit
10
 ế ố ủ
 Mô hình k t n i c a ALU 16 bit
11
 ậ 
 3. T p thanh ghi (RF) 
12
  a. Chức năng và phân loại 
  b. Một số thanh ghi điển hình
 ứ ạ
 a. Ch c n ăng và phân lo i
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 không lập trình được: người lập 
 trình không 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 
 liệu
 ộ ố ể
 b. M t s  thanh ghi đi n hình
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) 
  Các thanh ghi dữ liệu 
  Thanh ghi trạng thái
 ớ ơ ả ủ
 Các vùng nh  c  b n c a CT
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 
 thông tin và sau đó có thể khôi phục lại. 
 Thường dùng cho việc thực hiện các chương 
 trình con.
 ụ ọ ự ộ ươ
 Ví d  minh h a th c thi m t ch ng trình 
16
 ộ ế ươ
 B  đ m ch ng trình (PC)
17
  Còn 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 
 dung của PC tự động tăng để trỏ sang lệnh 
 kế tiếp nằm ngay sau lệnh vừa được nhận.
 ọ ạ ộ ủ
 Minh h a ho t đ ng c a PC
18
 ỏ ữ ệ
 Thanh ghi con tr  d  li u (DP)
19
  Chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu mà 
 CPU muốn truy cập. 
  Thường có một số thanh ghi con trỏ dữ 
 liệu.
 ọ ạ ộ ủ
 Minh h a ho t đ ng c a DP
20