Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 4: Bộ Xử lý - Nguyễn Thanh Sơn
Computer Architecture
Computer Science & Engineering
Chương 4
Bộ Xử lý
BK
TP.HCM
Dẫn nhập
Các yếu tố xác định hiệu xuất Bộ Xử lý
Số lệnh (Instruction Count)
Xác định bởi “Kiến trúc tập lệnh” ISA và Trình biên dịch
Số chu kỳ cho mỗi lệnh và thời gian chu kỳ đ/hồ
Xác định bằng phần cứng CPU
Đề cập 2 mô hình thực hiện MIPS
Phiên bản đơn giản
Phiên bản thực (cơ chế đường ống)
Nhóm các lệnh đơn giản, nhưng đặc trưng:
Truy cập bộ nhớ: lw, sw
Số học/luận lý: add, sub, and, or, slt
Nhảy, rẽ nhánh (chuyển điều khiển): beq, j
BK
TP.HCM
2
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Các bước thực hiện lệnh
PC Bộ nhớ chứa lệnh, Nạp lệnh
Đọc nội dung thanh ghi (Register numbers[rs,
rt, rd] register file)
Tùy thuộc vào loại lệnh mà
Sử dụng ALU để tính
Phép số học Kết quả
Xác định địa chỉ bộ nhớ (load/store)
Xác định địa chỉ rẽ nhánh
Truy cập dữ liệu bộ nhớ cho lệnh for load/store
PC Địa chỉ lệnh kế or PC + 4
BK
TP.HCM
3
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Bộ Multiplexer
Không thể nối dây
trực tiếp lại với nhau
Sử dụng bộ
multiplexers
BK
TP.HCM
5
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Nguyên lý thiết kế luận lý
Biểu diễn thông tin nhị phân
Áp mức thấp = 0, Áp mức cao = 1
Một đường dây cho mỗi bit
Dữ liệu gồm nhiều bit sẽ biểu diễn một tuyến
nhiều đường dây
Phần tử tổ hợp
Thực hiện trên dữ liệu
Kết quả đầu ra = hàm(đầu vào)
Phần tử trạng tái (mạch tuần tự)
Lưu được dữ liệu
BK
TP.HCM
7
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Phần tử tuần tự
Thanh ghi: lưu dữ liệu trong bộ mạch
Sử dụng tín hiệu xung đồng hồ để xác định
khi nào cập nhật giá trị lưu trữ
Kích cạnh: đầu ra cập nhật khi xung đồng
hồ thay đổi từ 0 lên 1
Clk
D
Q
D
Q
Clk
BK
TP.HCM
9
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Phần tử tuần tự (tt.)
Thanh ghi với tín hiệu đ/khiển write
Chỉ cập nhật theo cạnh xung khi mức điều
khiển write ở mức 1
Sử dụng trong trường hợp lưu cho chu kỳ sau
Clk
Write
D
Q
Write
Clk
Q
BK
TP.HCM
10
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Phương thức làm việc dựa trên xung
đồng hồ (Clocking Methodology)
Mạch tổ hợp sẽ thay đổi giá trị dữ liệu
trong chu kỳ đồng hồ
Giữa các cạnh của xung
Trạng thái của phần tử trước Đầu vào của
phần tử sau (tức thời)
Độ trễ dài nhất quyết định độ dài chu kỳ
BK
TP.HCM
11
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Xây dựng lộ trình xử lý
Lộ trình xử lýDatapath
Các phần tử chức năng xử lý dữ liệu và địa
chỉ trong CPU
Registers, ALUs, mux’s, memories, …
Lộ trình sẽ được xây dựng từng bước từ
thấp đến cao (đơn giản đến chi tiết)
Chi tiết và cụ thế hóa từng phần, bắt đầu
từ Nạp lệnh (Instruction Fetch)
BK
TP.HCM
12
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Lệnh dạng R (R-Format)
Đọc 2 toán hạng là thanh ghi
Thực hiện phép Số học/Luận lý
Ghi kết quả vào thanh ghi
BK
TP.HCM
14
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Lệnh Load/Store
Đọc toán hạng thanh ghi
Tính địa chỉ của bộ nhớ (16-bit độ dời)
Sử dụng ALU, nhưng độ dời phát triển ra 32-bit có
dấu
Nạp (Load): Đọc bộ nhớ & cập nhật thanh ghi
Cất (Store): Ghi giá trị (register) Bộ nhớ
BK
TP.HCM
15
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Lệnh rẽ nhánh
Đọc toán hạng (thanh ghi)
So sánh toán hạng
Sử dụng ALU, subtract and check Zero
Tính toán địa chỉ đích
Mở rộng 16 sang 32 bit có dấu (địa chỉ)
Dịch trái 2 vị trí (1 word = 4 bytes)
Cộng PC=PC + 4
Đã được tính tự động khi nạp lệnh
BK
TP.HCM
16
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Lệnh rẽ nhánh
Just
re-routes
wires
Sign-bit wire
replicated
BK
TP.HCM
17
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Tổng hợp các phần tử
First-cut data path does an instruction
in one clock cycle
Each datapath element can only do one
function at a time
Hence, we need separate instruction and
data memories
Use multiplexers where alternate data
sources are used for different
instructions
BK
TP.HCM
18
4/5/2019
Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính
Tải về để xem bản đầy đủ
128 trang
12/04/2022
6240
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 4: Bộ Xử lý - Nguyễn Thanh Sơn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_kien_truc_may_tinh_chuong_4_bo_xu_ly_nguyen_thanh.pdf
