Kien truc may tinh

NHÓM 3
1.Lê Văn Cường
2.Huỳnh Tuấn
3.Trương Công Hiếu
4.Liêu Thị Thảo Nguyên
5.Nguyễn Hoàng Sơn
6.Nguyễn Hữu Khải
7.Thạch Thị Linh
8.Trần Thị Nguyệt Thảo
9.Đặng Thanh Thúy
10.Nguyễn Thị Minh Tú
11.Nguyễn Thị Trúc Linh
BÀI THUYẾT TRÌNH
CHƯƠNG 4

1. ĐƯỜNG ĐI CỦA DỮ LIỆU
Phần đường đi dữ liệu gồm có bộ phận làm tính và luận lý (ALU: Arithmetic and Logic Unit), các mạch dịch, các thanh ghi và các đường nối kết các bộ phận trên. Phần này chứa hầu hết các trạng thái của bộ xử lý.


Ngoài các thanh ghi tổng quát, phần đường đi dữ liệu còn chứa thanh ghi đếm chương trình (PC: Program Counter), thanh ghi trạng thái (SR: Status Register), thanh ghi đệm TEMP (Temporary), các thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (MAR: Memory Address Register), thanh ghi số liệu bộ nhớ (MBR: Memory Buffer Register),

bộ đa hợp (MUX: Multiplexor),
đây là điểm cuối của các kênh dữ liệu - CPU và bộ nhớ, với nhiệm vụ lập thời biểu truy cập bộ nhớ từ CPU và các kênh dữ liệu, hệ thống bus nguồn (S1, S2) và bus kết quả (Dest).

Nhiệm vụ:
đọc các toán hạng từ các thanh ghi tổng quát, thực hiện các phép tính trên toán hạng này trong bộ làm tính và luận lý ALU và lưu trữ kết quả trong các thanh ghi tổng quát.


Ở ngã vào và ngã ra các thanh ghi tổng quát có các mạch chốt A, B, C. Thông thường, số lượng các thanh ghi tổng quát là 32.
Phần đường đi của dữ liệu chiếm phân nửa diện tích của bộ xử lý nhưng là phần dễ thiết kế và cài đặt trong bộ xử lý.


2. BỘ ĐIỀU KHIỂN
Bộ điều khiển tạo các tín hiệu điều khiển di chuyển số liệu (tín hiệu di chuyển số liệu từ các thanh ghi đến bus hoặc tín hiệu viết vào các thanh ghi), điều khiển các tác vụ mà các bộ phận chức năng phải làm (điều khiển ALU, điều khiển đọc và viết vào bộ nhớ trong...). Bộ điều khiển cũng tạo các tín hiệu giúp các lệnh được thực hiện một cách tuần tự.


Việc cài đặt bộ điều khiển có thể dùng một trong hai cách sau: dùng mạch điện tử hoặc dùng vi chương trình (microprogram).
2.1. Bộ điều khiển mạch điện tử
Để hiểu được vận hành của bộ điều khiển mạch điện tử, chúng ta xét đến mô tả về Automate trạng thái hữu hạn: có nhiều hệ thống hay nhiều thành phần mà ở mỗi thời điểm xem xét đều có một trạng thái (state).


Mục đích của trạng thái là ghi nhớ những gì có liên quan trong quá trình hoạt động của hệ thống. Vì chỉ có một số trạng thái nhất định nên nói chung không thể ghi nhớ hết toàn bộ lịch sử của hệ thống, do vậy nó phải được thiết kế cẩn thận để ghi nhớ những gì quan trọng.

Ưu điểm của hệ thống:
có thể cài đặt hệ thống với một lượng tài nguyên cố định. Chẳng hạn, chúng ta có thể cài đặt Automate trạng thái hữu hạn trong phần cứng máy tính ở dạng mạch điện hay một dạng chương trình đơn giản, trong đó, nó có khả năng quyết định khi chỉ biết một lượng giới hạn dữ liệu hoặc bằng cách dùng vị trí trong đoạn mã lệnh để đưa ra quyết định.



2.2. Bộ điều khiển vi chương trình:

Trong kỹ thuật này, các đường dây điều khiển của bộ đường đi dữ liệu ứng với các ngã ra của một vi lệnh nằm trong bộ nhớ vi chương trình. Việc điều khiển các tác vụ của một lệnh mã máy được thực hiện bằng một chuỗi các vi lệnh. Một vi máy tính nằm bên trong bộ điều khiển thực hiện từng lệnh của vi chương trình này.


Chính vi máy tính này điều khiển việc thực hiện một cách tuần tự các vi lệnh để hoàn thành tác vụ mà lệnh mã máy phải thực hiện. Các tác vụ của lệnh mã máy cũng tuỳ thuộc vào trạng thái của phần đường đi dữ liệu.
Bộ điều khiển bằng vi chương trình được dùng rộng rãi trong các bộ xử lý CISC. Bộ xử lý này có tập lệnh phức tạp với các lệnh có chiều dài khác nhau và có dạng thức phức tạp.


Trong các bộ xử lý CISC, người ta cài đặt một lệnh mã máy bằng cách viết một vi chương trình. Như vậy công việc khá đơn giản và rất hữu hiệu. Các sai sót trong thiết kế automat điều khiển cũng dễ sửa đổi.



3. DIỄN TIẾN THI HÀNH LỆNH MÃ MÁY
Việc thi hành một lệnh mã máy có thể chia thành 5 giai đoạn:
 Đọc lệnh (IF: Instruction Fetch)
 Giải mã lệnh (ID: Instruction Decode)
Thi hành lệnh (EX: Execute)
 Thâm nhập bộ nhớ trong hoặc nhảy (MEM: Memory access)
 Lưu trữ kết quả (RS: Result Storing).
Mỗi giai đoạn được thi hành trong một hoặc nhiều chu kỳ xung nhịp.

3.1. Đọc lệnh:
MAR ← PC
IR ← M[MAR]
Bộ đếm chương trình PC được đưa vào MAR . Lệnh được đọc từ bộ nhớ trong, tại các ô nhớ có địa chỉ nằm trong MAR và được đưa vào thanh ghi lệnh IR.


3.2. Giải mã lệnh và đọc các thanh ghi nguồn:
A ← Rs1
B ← Rs2
PC ← PC + 4
Lệnh được giải mã. Kế đó các thanh ghi Rs1 và Rs2 được đưa vào A và B. Thanh ghi PC được tăng lên để chỉ tới lệnh kế đó.
Để hiểu rõ giai đoạn này, ta lấy dạng thức của một lệnh làm tính tiêu biểu sau đây:








Các thanh ghi nguồn Rs1 và Rs2 được sử dụng tuỳ theo tác vụ, kết quả được đặt trong thanh ghi đích Rd.
Ta thấy việc giải mã được thực hiện cùng lúc với việc đọc các thanh ghi Rs1 và Rs2 vì các thanh ghi này luôn nằm tại cùng vị trí ở trong lệnh.


3.3. Thi hành lệnh:
Tuỳ theo loại lệnh mà một trong ba nhiệm vụ sau đây được thực hiện:
- Liên hệ tới bộ nhớ
MAR ← Địa chỉ do ALU tính tuỳ theo kiểu định vị (Rs2).
MBR ← Rs1
Địa chỉ hiệu dụng do ALU tính được đưa vào MAR và thanh ghi nguồn Rs1 được đưa vào MBR để được lưu vào bộ nhớ trong.


- Một lệnh của ALU
Ngã ra ALU ← Kết quả của phép tính
ALU thực hiện phép tính xác định trong mã lệnh, đưa kết quả ra ngã ra.
- Một phép nhảy
Ngã ra ALU ← Địa chỉ lệnh tiếp theo do ALU tính.
ALU cộng địa chỉ của PC với độ dời để làm thành địa chỉ đích và đưa địa chỉ này ra ngã ra. Nếu là một phép nhảy có điều kiện thì thanh ghi trạng thái được đọc quyết định có cộng độ dời vào PC hay không.


3.4. Thâm nhập bộ nhớ trong hoặc nhảy lần cuối
Giai đoạn này thường chỉ được dùng cho các lệnh nạp dữ liệu, lưu giữ dữ liệu và lệnh nhảy.
- Tham khảo đến bộ nhớ:
MBR ← M[MAR] hoặc M[MAR] ← MBR
Số liệu được nạp vào MBR hoặc lưu vào địa chỉ mà MAR trỏ đến.
- Nhảy:
If (điều kiện), PC ← ngả ra ALU
Nếu điều kiện đúng, ngã ra ALU được nạp vào PC. Đối với lệnh nhảy không điều kiện, ngả ra ALU luôn được nạp vào thanh ghi PC.


3.5. Lưu trữ kết quả
Rd ← Ngã ra ALU hoặc Rd ← MBR
Lưu trữ kết quả trong thanh ghi đích.