Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Bộ xử lý - Tạ Kim Huệ
Chương 3: Bộ xử lý
Khối điều khiển và Đường
dữ liệu
Thiết kế đơn xung nhịp
• Thiết kế xử lý một lệnh trong một chu kỳ đồng hồ
• Cá c khối xử lý cơ bản:
– Combinational logic tạo ra next state
– Memories (latches, RAM) lưu trữ trạng thá i
– Clock chuyển đổi next state thành current state.
Sơ đồ khối
Instruction
Fetch
❑ Triển khai cá c lệnh
Lệnh truy cập bộ nhớ: lw, sw
Instruction
Decode
Lệnh số học và logic: add, sub, and, or, slt
Lệnh điều khiển dò ng chương trì nh: beq, j
Operand
Fetch
❑ Triển khai cá c pha hoạt động
Dùng thanh ghi PC để lưu địa chỉ lệnh
Đọc lệnh từ bộ nhớ, và cập nhật giá trị PC
Giải mã lệnh và đọc cá c thanh ghi
Thực hiện lệnh
Execute
Result
Store
Fetch
PC = PC+4
Lưu kết quả
Next
Exec, Store
Instruction
Decode
HUST-FET, 28/04/2022
8
Stages of Execution on Datapath
rd
rs
rt
ALU
imm
+4
3. Execute 4. Memory 5. Register
Write
1. Instruction
Fetch
2. Decode/
Register
Read
Nạp lệnh
• Theo dõ i địa chỉ lệnh hiện tại tên thanh PC.
– Tăng PC lên 4 trong mỗi chu kỳ
– Tải lệnh tại địa chỉ được xá c định bởi PC
Nạp lệnh
❑ ĐMọecmloệrnyh) tại địa chỉ (lưu trong) PC từ bộ nhớ lệnh (eng. Instruction
❑ Cập nhật giá trị PC tới địa chỉ của lệnh kế tiếp
Instruction
Fetch
Instruction
Decode
Add
4
Operand
Fetch
Execute
Instruction
Memory
Result
Store
Read
PC
Instruction
Address
Next
Instruction
❑ PC được cập nhật ở mọi chu kỳ ➔ khô ng cần tí n hiệu điều
khiển ghi PC.
❑ Đọc từ bộ nhớ lệnh được thực hiện bằng logic tổ hợp
HUST-FET, 28/04/2022
11
Giải mã lệnh
❑ Chuyển cá c bit thuộc trường mã lệnh và trường mã chức
năng tới khối điều khiển
Control
Instruction
Fetch
Unit
Instruction
Decode
Operand
Instruction
Fetch
Execute
Result
Store
Next
Instruction
HUST-FET, 28/04/2022
12
Giải mã lệnh (lệnh R)
Giải mã lệnh (Lệnh trực tiếp)
Giải mã lệnh (cá c tí n hiệu điều
khiển)
Giải mã lệnh (R-format)
Giải mã lệnh (load)
Nạp toá n hạng
❑ Đọc 2 giá trị toá n hạng nguồn từ tệp thanh ghi
➢ Chỉ số cá c thanh ghi nằm trong lệnh
❑ Mở rộng dấu cho toá n hạng trực tiếp I
Instruction
Fetch
Instruction
Decode
Read Addr 1
Read
Operand
Fetch
Data 1
Read Addr 2
Register
Execute
File
Write Addr
Write Data
Result
Store
Read
Data 2
Next
Instruction
HUST-FET, 28/04/2022
18
Thực hiện lệnh
❑ tTohá ựnchhạinệgn opphAé pvàtooá pnB(mã hó a bới op và funct) trên giá trị
Cá c phé p toá n của lệnh R và I
Phé p toá n tí nh địa chỉ trong lệnh lw, sw
Phé p toá n so sá nh trong lệnh beq, bne
Instruction
Fetch
ALU control
Instruction
Decode
Operand
Fetch
Execute
overflow
opA
Result
Store
zero
ALU
Next
result
Instruction
opB
HUST-FET, 28/04/2022
19
Tí nh toá n trên ALU (cá c chỉ thị
lệnh dạng R-type)
Cá c bước thực hiện?
– Đọc dữ liệu từ tệp thanh ghi(specify rs and rt)
– Thực thi tí nh toá n ALU
– Ghi dữ liệu về tệp thanh ghi (specify rd)
Tí nh toá n trên ALU
•
Cá c bước thực hiện?
– Đọc dữ liệu từ tệp thanh ghi (xá c
định rõ rs và rt)
– Thực hiện tí nh toá n ALU
– Ghi dữ liệu trở lại tệp thanh ghi (xá c
định rõ rd)
Ghi kết quả
❑ Từ ALU với cá c lệnh tí nh toá n
❑ Từ bộ nhớ với cá c lệnh truy cập bộ nhớ
RegWrite
Instruction
Fetch
Instruction
Decode
Read Addr 1
Read
Data 1
Register
Read Addr 2
Operand
Fetch
File
Execute
Write Addr
Read
Data 2
Result
Store
Write Data
Next
Instruction
HUST-FET, 28/04/2022
22
Truy cập bộ nhớ
❑ Địa chỉ theo byte
Instruction
Fetch
❑ Dữ liệu từ thanh ghi rt
MemWrite
Instruction
Decode
Operand
Fetch
Address
Execute
Read Data
Result
Store
Data
Write Data
Memory
Next
Instruction
MemRead
HUST-FET, 28/04/2022
23
Truy cập bộ nhớ
Cá c bước thực hiện?
– Tí nh toá n địa chỉ
– Gửi địa chỉ đến bộ nhớ dữ liệu (write: data)
– Đọc: nhận kết quả trả về và đưa vào tệp thanh ghi
Q: Điều gì xảy ra nếu đọc ghi vào bộ nhớ
cùng một thời điểm
1/ khô ng thể xảy ra
2/ dữ liệu sẽ bị sai lệch hoặc khô ng hợp lệ
3/ khô ng có vấn để gì cả vì có đầu ra đọc
dữ liệu và đầu vào ghi dữ liệu
A: 2
Hoạt động của RAM: kí ch hoạt một hàng
đọc/ghi dữ liệu. Nếu thực hiện cả 2 cùng
lúc sẽ làm cá c bit bị xá o trộn. Ngoài ra
cần phải 2 địa chỉ cho quá trì nh ghi đọc
Kết nối cá c thành phần
• Bộ tí nh toá n ALU
– tải lệnh
– tí nh toá n giá trị tiếp theo của PC
– đọc từ tệp thanh ghi
– thực thi tí nh toá n
– ghi lại tệp thanh ghi
• Truy nhập bộ nhớ (load/store)
– tải lệnh
– tí nh toá n giá trị tiếp theo củaPC
– đọc từ tệp thanh ghi
– tí nh toá n địa chỉ
– Read/Write dữ liệu bộ
– Write dữ liệu vào tệp thanh ghi
• Nạp lệnh (branch)
– tải lệnh
– tí nh toá n giá trị tiếp theo của PC
– đọc từ tệp thanh ghi
Tí nh toá n địa chỉ rẽ nhá nh: khô ng sử dụng ALU cho phé p toá n so
sá nh và tí nh toá n địa chỉ cùng một thời điểm.
– thực thi cá c nhá nh so sá nh
– cập nhật lại giá trị của PC
Tải về để xem bản đầy đủ
69 trang
16260
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Bộ xử lý - Tạ Kim Huệ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_kien_truc_may_tinh_chuong_3_bo_xu_ly_ta_kim_hue.pptx
