Đang tải... (xem toàn văn)
Bộ xử lý trong máy tính
Chương II: Các thành phần cơbản của máy tính số2.1. Bộ xử lý2.2. Bộ nhớ và thiết bị lưu trữngoài2.3. Thiết bị nhập xuất dữ liệu 2.1 Bộ xử lý (Processor) Đơn vị điều khiển (CU) và đơn vị thực hiệncác thao tác tính toán (ALU) được nhómtrong một đơn vị duy nhất còn gọi là bộ xử lý(Processor/ processing unit) hay còn được gọilà đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit). CPU là bộ phận thi hành lệnh. CPU lấy lệnh từbộ nhớ trong và lấy các số liệu mà lệnh đó xửlý. CPU thực thi lệnh/ điều khiển việc thực thilệnh 2.1 Bộ xử lý (Processor) 2.1.1. Chức năng 2.1.2. Thành phần cơ bản 2.1.3. Cơ chế hoạt động 2.1.4. Một số chỉ tiêu đánh giá hiệunăngh2 Slide 3h2 Chương I Chức năngChương II Thành phần cơ bảnII. 1 Đơn vị điều khiển (CU)II. 2 Đơn vị số học và logic (ALU)II. 3 Thanh ghiChương III Cơ chế hoạt độngIII. 1 Chu trình xử lý lệnhIII. 1. 1Lấy chỉ lệnh và giải mãIII. 1. 2Thực thi chỉ lệnhIII. 2 Tập lệnhChương IV Tăng hiệu năng IV. 1 Tăng hiệu năng Bộ xử lýIV. 1. 1 Kiến trúc song songa. Đường ốngb. Siêu đường ốngc. Siêu vô hướngd. Tăng độ dài từ lệnh (VLIW)IV. 1. 2 CISC và RISCIV. 2 Tăng hiệu năng và độ tin cậy hệ thống(nhiều ALU và nhiều CPU)a. Máy tính SISDb. Máy tính SIMDc. Máy tính MIMDHan Minh Phuong, 5/12/2007 2.1.1. Chức năng Điều khiển: điều khiển tất cả các đơn vị cònlại của máy tính, việc điều khiển này đượcthực hiện bởi đơn vị điều khiển CU• Lấy chỉ lệnh, dữ liệu từ bộ nhớ và ghi dữ liệu vào bộnhớ• Điều khiển ALU thực hiện các tính toán• Điều khiển vào ra Tính toán: thực hiện hầu hết các phép tínhtoán số học, các phép logic, việc tính toánđược thực hiện bởi đơn vị số học ALU 2.1.2. Thành phần cơ bản1. Đơn vị điều khiển (CU)2. Đơn vị số học và logic (ALU)3. Thanh ghi Các thành phần khác• Đơn vị xử lý dấu chámđộng (FPU)• Bộ nhở đệm tốc độ cao(Cache)• Đường truyền (Bus )• v vChip vi xử lý Intel 80486DX2Kích thước 12×6.75 mm Chân cắm chíp vi xử lý trong bomạch chủ của PC, chíp vxl được đikèm với quạt làmmát Chỉ lệnh /Lệnh mã máy Chỉ lệnh xác định các thao tác mà máy tínhphải thực hiện. Chỉ lệnh có thể thực hiện cáccông việc như:• Cộng hai số• Kiểm tra xem một số có bằng 0 ?• Vận chuyển một nhóm dữ liệu từ vùng này của bộnhớ sang vùng khác.• … Chỉ lệnh được biểu diễn theo hệ nhị phânvà được gọi là chỉ lệnh ngôn ngữ máy/lệnhmã máy (machine language instructions). Chỉ lệnh /Lệnh mã máy(t)• Mỗi lệnh mã máy thông thường chứa: mãlệnh/tác vụ, địa chỉ toán hạng nguồn, địa chỉtoán hạng kết quả, lệnh kế tiếp (thông thườngthì thông tin này ẩn). • Ví dụ về một lệnh mã máy cộng 32 bit một giá trị tứcthời vào thanh ghi và lưu vào một thanh ghi kháctrong kiến trúc MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages Chỉ lệnh (t) Chương trình được viết bằng ngôn ngữ cấpcao sẽ được chuyển đổi sang ngôn ngữ máy(Mỗi lệnh của ngôn ngữ cấp cao được xâydựng bằng một lệnh mã máy hoặc một chuỗinhiều lệnh mã máy), các chỉ lệnh này đượcgiải mã và được thực thi. Các chỉ lệnh thuộc vào một tập lệnh đượccài đặt sẵn trong CPU. Các chỉ lệnh trong tậplệnh khác nhau về số lượng và định dạng vàphụ thuộc vào từng máy tính. [...]... hiệu năng thấp hơn so với Pentum Athlon: Bộ vi xử lý của AMD cạnh tranh vơi Pentium Duron: Giống Celeron của Intel do AMD sản xuất. …. 2.1.6.Tăng hiệu năng và độ tin cậy hệ thống Nhiều ALU Nhiều CPU: Nhiều bộ xử lý song song và mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ (chức năng) định sẵn. Khi có một sai sót xảy ra, bộ xử lý sẽ thực hiện việc chuyển đổi và những bộ xử lý còn lại sẽ chia nhau công việc đang... lệnh CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm FPU (Floating Point Unit): Đơn vị xử lý dấu chấm động Instruction Set: Tập lệnh IR (Instruction Register): Thanh ghi chỉ lệnh Machine Language Instruction: Chỉ lệnh ngôn ngữ máy Microcode/ Microinstruction: Vi chỉ lệnh Microprogram: Vi chương trình Bộ xử lý cho máy tính PC Pentium :Bộ vi xử lý chiến lược của Intel Celeron: Phiên... kế ALU đơn giản đồng thời thiết kế một bộ xử lý kèm theo có thể xử lý theo hai cách tiếp cận 1 và 2. Bộ xử lý đó gọi là đồng xử lý (co-processor) • Giả lập việc thực thi phép tốn phức hợp bằng một số các giải thuật phần mềm được cung cấp sẵn bởi hệ điều hành (còn gọi là software emulation). • Người sử dụng phải tự mình tạo ra một thư viện phần mềm chứa các hàm tính tốn các phép tốn phức hợp cịn gọi... nhiều chu kỳ xung nhịp. Bộ xử lý thực thi chương trình bằng cách lặp đi lặp lại những bước này cho tới chỉ lệnh cuối cùng. b. Máy tính SIMD (Vectơ) a. Thanh ghi Là bộ nhớ đặc biệt có tốc độ cao dung lượng nhỏ được cấu tạo từ những vi mạch điện tử nằm ngay trong bộ xử lý nhằm lưu trữ những dữ liệu đang được thao tác bởi CPU. Kích thước của thanh ghi, đo bằng bits, là bội số của 8 (8, 16, 32,... bằng bits, là bội số của 8 (8, 16, 32, 64 ) chỉ dung lượng mà thanh ghi đó có thể lưu trữ đồng thời cũng là lượng dữ liệu mà bộ xử lý có thể tính toán tại một thời điểm. Trong một số trường hợp người ta sử dụng kích thước thanh ghi để đo “kích cỡ” của bộ xử lý. Ví dụ bộ vi xử lý 32 bits. ... dụ; Hiệu năng máy tính với tần số đồng hồ là 500 MHz • Số chu kỳ cho một lệnh (CPI) hoặc IPC Ngôn ngữ cấp cao Ngôn ngữ cấp cao dùng các lệnh có cấu trúc gần với ngơn ngữ thơng thường Ngơn ngữ cấp cao độc lập đối với mọi bộ xử lý: dùng chương trình dịch để dịch chương trình viết bằng ngơn ngữ cấp cao thành chương trình mã máy của máy tính đang sử dụng. Ví dụ C, PASCAL … b. Máy tính SIMD (Vectơ) ... ngôn ngữ máy (Mỗi lệnh của ngôn ngữ cấp cao được xây dựng bằng một lệnh mã máy hoặc một chuỗi nhiều lệnh mã máy) , các chỉ lệnh này được giải mã và được thực thi. Các chỉ lệnh thuộc vào một tập lệnh được cài đặt sẵn trong CPU. Các chỉ lệnh trong tập lệnh khác nhau về số lượng và định dạng và phụ thuộc vào từng máy tính. 2.1.3. Cơ chế hoạt động (t) Đọc chỉ lệnh: Chỉ lệnh được đọc từ bộ nhớ trong dựa... của bộ vi xử lý cụ thể, nên không thể có một chuẩn chung về thanh ghi cho các thế hệ bộ xử lý khác nhau. 1. Đọc chỉ lệnh 1 2.1.3. Cơ chế hoạt động Việc thi hành một lệnh mã máy có thể chia thành các bước: • Đọc chỉ lệnh (IF: Instruction Fetch) • Giải mã chỉ lệnh (ID: Instruction Decode) • Thi hành chỉ lệnh (EX: Execute) • Lưu trữ kết quả (RS: Result Storing). Mỗi bước được thi hành trong. .. mọi hoạt động của máy tính: • Nhận chỉ lệnh được lưu trong bộ nhớ • Giải mã chỉ lệnh nhờ bộ giải mã chỉ lệnh (Instruction decoder) • Thực hiện : Đảm bảo thi hành các chỉ lệnh một cách tuần tự và tác động các mạch chức năng để thi hành các lệnh. Modul cần thiết: • Thanh ghi: IR, PC • Giải mã chỉ lệnh: Giải mã ý nghĩa của chỉ lệnh • Tuần tự (sequencer/microsequencer): Trong các máy sử dụng chỉ lệnh... này được lưu trữ trong một vùng nhớ đặc biệt của CU gọi là control store. Bộ tuần tự điều khiền việc thực hiện vi chỉ lệnh một cách tuần tự Tăng độ dài từ lệnh Chiều dài của một chỉ lệnh sẽ dài ra bởi rất nhiều tác vụ được định nghĩa trong đó. CPUZ v.1.46 2.1.4. Một số chỉ tiêu đánh giá hiệu năng Hiệu năng của bộ xử lý được đo bằng số lượng các chỉ lệnh có thể được thực thi trong một đơn vị . mà bộ xử lý có thể tính toán tạimột thời điểm. Trong một số trường hợp ngườita sử dụng kích thước thanh ghi để đo “kíchcỡ” của bộ xử lý. Ví dụ bộ vi xử lý. đơn giản đồng thời thiết kế một bộ xử lý kèm theo cóthể xử lý theo hai cách tiếp cận 1 và 2. Bộ xử lý đó gọi là đồng x lý (co-processor)• Giả lập việc
