›
›

Bài giảng Hệ thống máy tính và ngôn ngữ C - Chương 4: Mô hình Von Neumann và kiến trúc tập lệnh LC-3

Download
HỆ THỐNG MÁY TÍNH VÀ NGÔN  
NGỮ C  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.2 Một ví dụ về mô hình von Neumann: LC-3  
4.3 Quá trình xử lý
4.4 Thay đổi quá trình xử lý lệnh  
4.5 Khái niệm ISA LC-3  
4.6 Nhóm lệnh thi hành  
4.7 Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu  
4.8 Nhóm lệnh điều khiển  
4.9 Ba cấu trúc lệnh trong LC-3  
4.10 Một ví dụ  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
Vào năm 1946, John von Neumann đã đưa ra một mô hình máy  
tính cơ bản để xử lý các chương trình máy tính gồm năm bộ phận  
cơ bản:  
- bộ nhớ (memory)  
- đơn vị xử lý (processing unit)  
- thiết bị nhập (input)  
- thiết bị xuất (output)  
- đơn vị điều khiển (control unit).  
Chương trình máy tính được chứa trong bộ nhớ của máy tính. Việc  
điều khiển thứ tự các lệnh cần thực hiện sẽ do đơn vị điều khiển  
đảm trách.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.1 Bộ nhớ (Memory)  
Tổng quát, với số bit địa chỉ là k, chúng ta có thể biểu diễn được 2k  
phần tử nhớ.  
Với kiến trúc tập lệnh của máy tính LC-3, chúng ta có không gian  
địa chỉ là 216, và mỗi phần tử dài 16 bit.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.1 Bộ nhớ (Memory)  
Có hai thao tác truy xuất bộ nhớ là đọc và ghi.  
Đọc thông tin của một ô nhớ:  
- Đặt địa chỉ của ô nhớ đó vào thanh ghi địa chỉ bộ nhớ MAR  
(Memory Address Register)  
- Tín hiệu Read tích cực  
- Sau một thời gian, thông tin từ ô nhớ có địa chỉ trên sẽ được đặt  
vào thanh ghi dữ liệu bộ nhớ MDR (Memory Data Register).  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.1 Bộ nhớ (Memory)  
Lưu một giá trị vào một ô nhớ:  
- Ghi địa chỉ của ô nhớ đó vào thanh ghi MAR và giá trị cần lưu  
vào thanh ghi MDR.  
- Tín hiệu Write Enable tích cực.  
- Khi đó, thông tin sẽ được ghi vào ô  
nhớ có địa chỉ trong thanh ghi MAR.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.1 Bộ nhớ (Memory)  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.2 Đơn vị xử lý (Processing Unit)  
Đơn vị xử lý là bộ phận thực sự trong máy tính xử lý thông tin.  
(chia, căn bậc hai, …. )  
Theo mô hình von Neumann bộ phận xử lý chính là đơn vị số học  
luận lý ALU (Arithmetic Logic Unit) vì nó có thể thực hiện các  
phép tính số học như cộng, trừ, và các thao tác logic cơ bản như  
AND, OR, và NOT.  
Các thao tác mà ALU của LC-3 có thể thực hiện là ADD, AND,  
và NOT.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.2 Đơn vị xử lý (Processing Unit)  
Kích thước của các toán hạng được ALU xử lý thường được xem  
như là chiều dài từ máy của máy tính.  
Mỗi toán hạng được xem là một từ.  
Trong LC-3, ALU xử lý toán hạng 16 bit. Chúng ta nói LC-3 có  
chiều dài từ 16 bit. (32 bit như Intel Pentium 4 hoặc 64 bit như  
SUN SPARC-V9 và Intel Core i3.)  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.2 Đơn vị xử lý (Processing Unit)  
Ngoài ra, để thực hiện tốt thao tác trong thời gian ngắn nhất,  
trong đơn vị xử lý còn có một bộ nhớ tạm, đó là tập các thanh ghi,  
mỗi thanh ghi có cấu trúc như trong mục 3.4.3.  
Kích thước của thanh ghi luôn bằng với kích thước của toán hạng  
đầu vào của ALU, có nghĩa là mỗi thanh ghi chứa một từ máy.  
LC-3 có tám thanh ghi (R0, R1, …, R7), mỗi thanh ghi dài 16 bit.  
Cấp ISA của SPARC-V9 có 32 thanh ghi (R0, R1, …, R31), mỗi  
thanh ghi dài 64 bit.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.3 Xuất và nhập  
Để một máy tính xử lý thông tin, thông tin phải được đưa vào  
trong máy tính. Để sử dụng được kết quả đã được xử lý, các kết quả  
này phải được thể hiển bằng một cách nào đó ra bên ngoài máy  
tính. Các thiết bị làm các việc như vậy gọi là các thiết bị xuất nhập,  
còn được gọi là cá
Trong LC-3, chúng ta có hai thiết bị xuất nhập, đó là bàn phím và  
màn hình.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.4 Đơn vị điều khiển (Control Unit)  
Đơn vị điều khiển cũng như nhạc trưởng của một dàn nhạc, nó có  
nhiệm vụ làm tất cả các bộ phận khác làm việc với nhau.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.1 Các thành phần cơ bản  
4.1.4 Đơn vị điều khiển  
Để theo dõi lệnh nào đang được thực thi, đơn vị điều khiển có  
thanh ghi lệnh IR (instruction register) để chứa lệnh đó.  
Để theo dõi lệnh cần được thực thi kế tiếp, đơn vị điều khiển có  
một thanh ghi chứa địa chỉ của lệnh kế đó, PC (program counter),.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.2 Một ví dụ về mô hình von Neumann: LC-3  
Các đầu mũi tên tô đặc ký hiệu cho các phần tử dữ liệu chạy theo  
đường truyền tương ứng.  
Các đầu mũi tên không tô đặc ký hiệu cho các tín hiệu điều khiển  
dùng để điều khiển các phần tử khác hoạt động.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.2 Một ví dụ về mô hình von Neumann: LC-3.  
Các bộ phận trong mô hình von Neumann của LC-3 là:  
1. Bộ nhớ (Memory) gồm các phần tử lưu trữ, cùng với thanh ghi  
MAR chỉ tới ô nhớ riêng biệt, và thanh ghi MDR giữ nội dung  
của ô nhớ trong quá trình ghi/đọc bộ nhớ.  
• Thanh ghi MAR dài 16 bit phản ảnh không gian địa  
chỉ bộ nhớ của LC-3 là 216 ô nhớ.  
• Thanh ghi MDR dài 16 bit, cho biết thông tin trong  
mỗi ô nhớ là 16 bit.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.2 Một ví dụ về mô hình von Neumann: LC-3  
2. Xuất/ Nhập (Input/Output) :Gồm bàn phím và màn hình.  
Để thao tác với bàn phím, ta có hai thanh ghi, thanh ghi dữ liệu  
KBDR (Keyboard Data Register) giữ mã ASCII của các phím  
đã được nhấn, và thanh ghi trạng thái KBSR (Keyboard Status  
Register) lưu thông tin về trạng thái của phím được ấn.  
Màn hình cũng cần hai thanh ghi để làm việc, thanh ghi DDR  
(Display Data Register) giữ mã ASCII của cái cần hiển thị, và  
thanh ghi DSR (Display Status Register) giữ thông tin về trạng  
thái hoạt động của màn hình.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.2 Một ví dụ về mô hình von Neumann: LC-3  
3.Đơn vị xử lý (Processing unit)  
Gồm đơn vị số học luận lý ALU và tám thanh ghi (R0, …, R7)  
để lưu các giá trị tạm thời cần cho quá trình tham khảo, tính  
toán trong tương lai. ALU của LC-3 có thể thực hiện một phép  
tính số học (cộng) và hai thao tác luận lý (AND và bù 1).  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.2 Một ví dụ về mô hình von Neumann: LC-3  
4. Đơn vị điều khiển (Control unit) gồm tất cả các phần tử cần  
thiết để quản lý quá trình đang được máy tính xử lý. Cấu trúc  
quan trọng nhất là máy trạng thái hữu hạn (Finite state  
machine), điềNó hoạt động theo  
từng bước, từ chu kỳ xung clock này qua chu kỳ xung clock  
khác(CLK)  
Thanh ghi IR (instruction register) cũng là một đầu vào của  
máy trạng thái hữu hạn, để xác định các thao tác cần thực hiện  
trong quá trìnrong thanh ghi IR.  
Thanh ghi PC (program counter) cũng là một phần của đơn vị  
điều khiển, nó theo dõi lệnh kế cần được thực thi sau khi lệnh  
hiện thời hoàn thành.  
CHƢƠNG 4  
MÔ HÌNH VON NEUMANN  
VÀ KIẾN TRÚC TẬP LỆNH LC-3  
4.2 Một ví dụ về mô hình  
von Neumann: LC-3  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 90 trang yennguyen 12/04/2022 5700
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống máy tính và ngôn ngữ C - Chương 4: Mô hình Von Neumann và kiến trúc tập lệnh LC-3", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_thong_may_tinh_va_ngon_ngu_c_chuong_4_mo_hinh_v.pdf