Tổ chức CPU – bộ nhớ Chương 02 CBGD: Nguyễn Trần Thi Văn KIẾN TRÚC MÁY TÍNH & HỆ ĐIỀU HÀNH Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Khoa Công nghệ Thông tin o0o Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 2 Sunday, July 13, 2014 Nội dung của chương 1. Thành phần cơ bản của máy tính 2. Kiến trúc phần mềm của bộ xử lý 3. Tổ chức bộ xử lý 4. Các cấp bộ nhớ Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 3 Sunday, July 13, 2014 Mục tiêu của chương • Trình bày được các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính • Định nghĩa được kiến trúc máy tính là gì • Trình bày được kiến trúc phần mềm của bộ xử lý • Trình bày được các cấp tổ chức bộ nhớ Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 4 Sunday, July 13, 2014 Các thành phần của máy tính • Gồm bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ trong và các thiết bị nhập/xuất thông tin Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 5 Sunday, July 13, 2014 Các thành phần của máy tính • Bộ nhớ trong: – Là một tập hợp các ô nhớ, mỗi ô nhớ có một số bit nhất định chứa thông tin. – Các thông tin này là các lệnh hay số liệu. – Mỗi ô nhớ của bộ nhớ trong đều có một địa chỉ. – Thời gian thâm nhập vào một ô nhớ bất kỳ trong bộ nhớ là như nhau – Còn được gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM: Random Access Memory) Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 6 Sunday, July 13, 2014 Các thành phần của máy tính • Bộ xử lý trung tâm (CPU): – Là bộ phận thi hành lệnh. – CPU lấy lệnh từ bộ nhớ trong và lấy các số liệu mà lệnh đó xử lý. – Gồm có hai phần: phần thi hành lệnh (ALU) và phần điều khiển (CU). Ngoài ra còn có các thanh ghi. Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 7 Sunday, July 13, 2014 Các thành phần của máy tính • Bộ phận vào/ra: – Dùng để nhập/xuất thông tin. – Giao tiếp người-máy, hoặc giao tiếp máy- máy trong hệ thống mạng – Có thể là thiết bị lưu trữ ngoài, màn hình, bàn phím, máy in, … Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 8 Sunday, July 13, 2014 Các thành phần của máy tính • Các bộ phận được kết nối với nhau thông qua hệ thống bus: – Bus địa chỉ: chuyển các thông tin là địa chỉ – Bus dữ liệu: chuyển dữ liệu chung – Bus điều khiển: chuyển các tín hiệu điều khiển, ra lệnh Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 9 Sunday, July 13, 2014 Các thành phần của máy tính. • Hoạt động điển hình của 1 máy tính: Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 10 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc máy tính • Kiến trúc máy tính bao gồm 3 phần: – Kiến trúc phần mềm: chủ yếu là kiến trúc BXL, gồm tập lệnh, dạng lệnh và các kiểu định vị. – Tổ chức của máy tính: liên quan đến cấu trúc BXL, các bus và cách tổ chức bộ nhớ – Lắp đặt phần cứng: các thiết bị điện tử cần thiết để tạo nên một máy tính hoàn chỉnh. [...]... điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 22 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Các kiểu định vị – Định nghĩa cách thức thâm nhập các toán hạng (bộ nhớ hoặc thanh ghi) – 2 kiểu định địa chỉ liên quan đến ô nhớ: big-endian và little-endian KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 23 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Các kiểu định vị KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 24 Sunday,... hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 17 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Tập lệnh – Các lệnh gán trị: • Lệnh bộ nhớ: LOAD, STORE • Lệnh số học: ADD, ADDD, SUB, SUBD, MUL, DIV • Lệnh logic: AND, OR, XOR, NEG • Các lệnh dịch chuyển: SLL, SRL, SLA, SRA KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 18 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Tập lệnh KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ. .. điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 32 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ xử lý • Kỹ thuật ống dẫn (pipeline) – Cho phép các phần của nhiều lệnh máy được thực hiện đồng thời KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 33 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ xử lý • Kỹ thuật ống dẫn (pipeline) – Ưu điểm khá rõ ràng: tăng tốc độ thực hiện các lệnh: – Khó khăn: • • • Về mặt cấu trúc: cần nhiều ALU, nhiều bộ đếm chương... hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 27 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ xử lý • Đường đi của dữ liệu – Gồm ALU, các mạch dịch, các thanh ghi và đường nối giữa chúng – Nhiệm vụ chính là: • • • Đọc toán hạng từ thanh ghi dùng chung Thực hiện phép tính trên ALU Lưu kết quả trở lại thanh ghi dùng chung – Là phần tương đối dễ cài đặt và xử lý KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 28 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ. .. Tổ chức CPU – bộ nhớ 34 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ xử lý • Một số kỹ thuật khác – Siêu ống dẫn (superpipeline): áp dụng kỹ thuật ống dẫn nhưng chia nhỏ chu kỳ thực hiện thành n phần, dẫn tới số lệnh được thực hiện cùng lúc tăng lên – Siêu vô hướng (superscalar): trong cùng 1 chu kỳ máy tính có thể thực hiện n lệnh cùng lúc KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 35 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức. .. 32bit hoặc 64bit) KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 25 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Kiến trúc RISC – Reduced Instruction Set Computer – (Xem thêm ở các trang 35 đến 38, chương II, giáo trình KTMT) KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 26 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ xử lý • Nội dung chính của phần 1 2 3 4 5 Đường đi của dữ liệu Bộ điều khiển Các bước thực thi 1 lệnh... hoặc 3 toán hạng – Nếu có 3 toán hạng thì 1 sẽ chứa kết quả thực hiện phép tính của 2 toán hạng còn lại – Số toán hạng bộ nhớ trong 1 lệnh có thể từ 0 tới 3 – Do đó 1 lệnh có thể chia thành: thanh ghithanh ghi, thanh ghi -bộ nhớ, bộ nhớ -bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 16 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Tập lệnh – Cú pháp chung: Mã lệnh Rdest, Rsource1, Rsource2 – Trong... sự không có trong bộ nhớ Báo vi phạm vùng cấm của bộ nhớ Báo dùng một lệnh không có trong tập lệnh Báo phần cứng máy tính bị hư, … KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 31 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ xử lý • Ngắt (interrupt) – Cơ chế xử lý: 1 Thực hiện xong lệnh đang làm 2 Lưu trữ trạng thái hiện tại 3 Nhảy đến chương trình phục vụ ngắt 4 Khi chương trình phục vụ chấm dứt, bộ xử lý khôi phục... Execute) 4 Thâm nhập bộ nhớ trong hoặc nhảy (MEM: Memory access) 5 Lưu trữ kết quả (RS: Result Storing) KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 30 Sunday, July 13, 2014 Tổ chức bộ xử lý • Ngắt (interrupt) – Xảy ra khi có một sự kiện nào đó đột ngột làm gián đoạn tính tuần tự của chương trình: • • • • • • Ngoại vi đòi hỏi nhập hoặc xuất số liệu Báo tràn số liệu trong tính toán số học Trang bộ nhớ thực sự không... tuần tự) KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 20 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Tập lệnh – Vòng lặp: • Cho phép lặp đi lặp lại 1 đoạn lệnh nhiều lần • Được hiện thực hóa bằng cách sử dụng lệnh nhảy (quay lại vị trí lệnh đã đi qua) KTMT & Hệ điều hành Tổ chức CPU – bộ nhớ 21 Sunday, July 13, 2014 Kiến trúc phần mềm của BXL • Tập lệnh – Truy cập bộ nhớ ngăn xếp: • PUSH và POP – . còn lại – Số toán hạng bộ nhớ trong 1 lệnh có thể từ 0 tới 3 – Do đó 1 lệnh có thể chia thành: thanh ghi- thanh ghi, thanh ghi -bộ nhớ, bộ nhớ -bộ nhớ. Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều. mềm của bộ xử lý • Trình bày được các cấp tổ chức bộ nhớ Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT & Hệ điều hành 4 Sunday, July 13, 2014 Các thành phần của máy tính • Gồm bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ trong. vị. – Tổ chức của máy tính: liên quan đến cấu trúc BXL, các bus và cách tổ chức bộ nhớ – Lắp đặt phần cứng: các thiết bị điện tử cần thiết để tạo nên một máy tính hoàn chỉnh. Tổ chức CPU – bộ nhớ KTMT