Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Tổng quan về máy tính và hệ thống kết nối trong máy tính - Nguyễn Thị Phương
Chươn3
Tổng quan về máy tính và hệ thống kết nối
trong máy tính
+
Chương . Tổng quan về máy tính và
hệ thống kết nối trong máy tính
Phần I. Tổng quan về máy tính
3.1 Các thành phần của máy tính
3.2 Hoạt động của máy tính
Phần II. Hệ thống kết nối
3.3 Cấu trúc kết nối
3.4 Hệ thống bus
3.5 Kết nối điểm-điểm (Point-To-Point)
3.6 PCI Express
+
3.1Cáthành phần của mátính
Máy tính hiện đại ngày nay được thiết kế dựa trên
kiến trúc von Neumann (Viện nghiên cứu Princeton)
Kiến trúc Von Neumann có 3 điểm chính:
Dữ liệu và lệnh được lưu trữ trên cùng một bộ nhớ đọc-ghi
(RAM)
Nội dung của dữ liệu được định vị theo vị trí (địa chỉ) mà
không phụ thuộc vào kiểu dữ liệu.
Các lệnh được thực thi một cách tuần tự (trừ trong một số
trường hợp yêu cầu gọi đến câu lệnh khác).
+
Các thành phần của máy tính (tiếp)
Phần mềm
Một chuỗi các lệnh
Khối CU làm chức năng phiên dịch từng lệnh và tạo ra tín hiệu điều khiển
Quá trình thực hiện chương trình là truy xuất lệnh từ bộ nhớ và thực thi lệnh của
CPU
Phần cứng (3 thành phần chính)
CPU
CU: Khối điều khiển thực hiện chức năng biên dịch và thực thi lệnh
ALU: Khối tính toán số học và logic
Các Module vào/ra (I/O module)
Module vào: bao gồm các thành phần cơ bản cho việc nhận vào dữ liệu và lệnh;
chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu sử dụng bên trong hệ thống
Module ra: công cụ để hiện thị kết quả
Bộ nhớ trong (bộ nhớ chính): bộ nhớ ROM, RAM: lưu trữ lệnh, dữ liệu
Bộ nhớ Cache: cải thiện hiệu suất của hệ thống
Cáthành
phần của
mátính
+
Giải thích một số thanh ghi trong hình:
. Thanh ghi MAR (Memory Address Register) chứa địa chỉ trong
bộ nhớ cho lần đọc hoặc ghi tiếp theo
. Thanh ghi MBR (Memory Buffer Register) dữ liệu được ghi vào
bộ nhớ hoặc nhận dữ liệu được đọc từ bộ nhớ.
. Thanh ghi I/OAR (I/O Address Register) xác định một thiết bị
I/O cụ thể.
. Thanh ghi I/O BR (I/O Buffer Register) được sử dụng để trao
đổi dữ liệu giữa một mô-đun I/O và CPU.
. Thanh ghi PC (Program counter Register) chứa địa chỉ lệnh tiếp
theo
. Thanh ghi IR (Instruction Register) chứa lệnh đang được thực thi
+
3.. Hoạt động của mátính
Hoạt động cơ bản của máy tính là thực hiện chương trình:
a. Thực hiện lệnh: chu kỳ lệnh
b. Thực hiện lệnh có xử lý ngắt
c. Thực hiện các chức năng vào ra
+
3.Hoạt động của máy tính
a. Thực hiện lệnh: chu kỳ lệnh
Chức năng chính của máy tính là thực thi chương trình (một tập
lệnh lưu trữ trong BN): VXL phải thực hiện lần lượt các lệnh
Quá trình VXL thực hiện 1 lệnh gồm 2 bước: lấy lệnh (truy
xuất) từ bộ nhớ và thực thi lệnh.
Việc thực thi một chương trình là quá trình lặp đi lặp lại việc
truy xuất và thực thi lệnh
Quá trình thực hiện một lệnh được gọi là chu kỳ lệnh
(instruction cycle)
Quá trình truy xuất lệnh từ bộ nhớ được gọi là chu kỳ truy xuất (fetch
cycle)
Quá trình thực thi lệnh được gọi là chu kỳ thực thi (execute cycle)
aTruxuấvà thựthlệnh
+
Chu kỳ truy xuất
Vào đầu mỗi chu kỳ lệnh, bộ xử lý truy xuất một lệnh từ bộ nhớ
Thanh ghi PC (Program Counter) giữ địa chỉ của lệnh được truy
xuất tiếp theo
Bộ xử lý tăng PC sau mỗi lần truy xuất lệnh do đó nó sẽ truy xuất
được lệnh tiếp theo vào lần sau.
Lệnh vừa được truy xuất được tải vào thanh ghi IR (Instruction
Register)
Bộ xử lý biên dịch lệnh và thi hành những hành động cần thiết
Chu kỳ lệnh cơ bản
+
a. Truy xuất và thực thlệnh
Chu kỳ thực thi
CPU giải mã và thực hiện các hoạt động (action) tương
ứng được chỉ ra trong mã lệnh (Opcode)
Có 4 nhóm hoạt động chính của một CPU:
• Dữ liệu truyền từ bộ xử lý đến bộ nhớ
Bộ xử lý – bộ nhớ
hoặc ngược lại
• Dữ liệu truyền đến/đi từ thiết bị ngoại vi bằng
Bộ xử l– I/O
cách truyền thông tin giữa bộ xử lý và module I/O
• Bộ xử lý có thể thực hiện một số phép
Xử ldữ liệu
toán số học hoặc logic trên dữ liệu
• Đưa ra lệnh chỉ rõ thứ tự thực hiện các
lệnh bị thay đổi
Điều khiển
+
Ví dụ việc thực hiện lệnh
Máy giả thiết gồm một số thông tin cấu hình như sau:
+
Vdụ
Thựhiện lệnh
Dữ liệu và lệnh được biểu diễn dưới dạng mã thập lục
phân
+
Sơ đồ trạng thái chu kỳ lệnh
+
Ví dụ
Máy giả thiết trong ví dụ trên có hai lệnh vào/ra sau:
0011 = Đọc dữ liệu từ module I/O vào thanh ghi AC
0111 = Ghi dữ liệu từ AC ra module I/O
Biết các thiết bị ngoại vi được đánh địa chỉ 12b. Giải thích hoạt động của
chương trình sau (giống Ví dụ 3.5):
1. Đọc dữ liệu từ thiết bị 5 vào thanh ghi AC.
2. Cộng AC với địa chỉ 940 của bộ nhớ.
3. Ghi AC ra thiết bị 6.
Giả sử giá trị được lấy từ thiết bị 5 là 5 và địa chỉ bộ nhớ 940 có giá trị 7.
+
3.Hoạt động củmáy tính
b. Xử lý ngắt
. Ngắt là một cơ chế máy tính cho phép các module khác (I/O,
bộ nhớ có thể ngắt quá trình xử lý thông thường của BXL. Một số
ngắt:
. Ngắt chương trình: Sinh ra bởi lỗi thi hành lệnh, ví dụ như tràn
số học, lỗi chia cho 0, cố tình thực hiện các lệnh máy không hợp lệ,
hoặc tham chiếu ngoài phạm vi bộ nhớ mà người sử dụng được
phép
. Ngắt định thời: Sinh ra bởi đồng hồ nằm trong bộ xử lý. Nó cho
phép hệ điều hành thực hiện các chức năng cơ bản nhất định.
. Ngắt I/O: Sinh ra bởi bộ điều khiển I/O, để báo hiệu hoàn thành
một thao tác, yêu cầu dịch vụ từ bộ xử lý, hoặc báo hiệu các trường
hợp lỗi
. Gián đoạn lỗi phần cứng: Gây ra bởi một số lỗi như lỗi nguồn
hay lỗi bộ nhớ
+
Quá trình xử lý ngắt
Ngắt được đưa vào chủ yếu như là 1 cách để để cải thiện
hiệu quả xử lý:
Trong trường hợp VXL thực hiện chương trình có trao đổi dữ liệu
với I/O
Do tốc độ của I/O chậm hơn rất nhiều so với VXL VXL phải đợi
I/O
Giải pháp: trong lúc chờ đợi I/O, VXL thực hiện tiếp các phần
công việc khác đến khi I/O xong, nó sẽ gửi tín hiệu đến VXL
(tín hiệu y/c ngắt) VXL dừng công việc đang làm (ngắt), phục
vụ I/O VXL tiếp tục cv đang thực hiện
Điều khiển dònchương trình
+
iều khiển ngắt
+
Chu klệnh có ngắt
Tải về để xem bản đầy đủ
68 trang
20720
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Tổng quan về máy tính và hệ thống kết nối trong máy tính - Nguyễn Thị Phương", 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_tong_quan_ve_may_tinh.pdf
