Download miễn phí Giáo trình Kiến trúc máy tính - Đại học Cần Thơ
MỤC LỤC
MỤC LỤC.2
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN.5
GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH.5
MỤC ĐÍCH.5
YÊU CẦU.5
NỘI DUNG.6
KIẾN THỨC TIÊN QUYẾT.6
TÀI LIỆU THAM KHẢO.6
PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP.6
CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG.7
I.1 CÁC THẾ HỆ MÁY TÍNH.7
a. Thếhệ đầu tiên (1946-1957).7
b. Thếhệthứhai (1958-1964).8
c. Thếhệthứba (1965-1971).8
d. Thếhệthứtư(1972-????).8
e. Khuynh hướng hiện tại.8
I.2 PHÂN LOẠI MÁY TÍNH.9
I.3 THÀNH QUẢ CỦA MÁY TÍNH.10
QUI LUẬT MOORE VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TÍNH.10
I.4- THÔNG TIN VÀ SỰ MÃ HOÁ THÔNG TIN.12
I.4.1 - Khái niệm thông tin.12
I.4.2 - Lượng thông tin và sựmã hoá thông tin.13
I.4.3 - Biểu diễn các số:.13
I.4.4 Sốnguyên có dấu.16
I.4.5 - Cách biểu diễn sốvới dấu chấm động:.17
I.4.6 - Biểu diễn các sốthập phân.19
I.4.7 - Biểu diễn các kýtự.19
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀBÀI TẬP CHƯƠNG I.22
CHƯƠNG II:KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘXỬLÝ.23
II.1 - THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MỘT MÁY TÍNH.23
II.2 - ĐỊNH NGHĨA KIẾN TRÚC MÁY TÍNH.25
II.3 - CÁC KIỂU THI HÀNH MỘT LỆNH.25
II.4 - KIỂU KIẾN TRÚC THANH GHI ĐA DỤNG.27
II.5 - TẬP LỆNH.27
II.5.1 - Gán trị.28
II.5.2 - Lệnh có điều kiện.29
II.5.3 - Vòng lặp.30
II.5.4 - Thâm nhập bộnhớngăn xếp.31
II.5.5 - Các thủtục.31
II.6 - CÁC KIỂU ĐỊNH VỊ.33
II.7 - KIỂU CỦA TOÁN HẠNG VÀ CHIỀU DÀI CỦA TOÁN HẠNG.34
II.8 - TÁC VỤ MÀ LỆNH THỰC HIỆN.34
II.9 - KIẾN TRÚC RISC ( REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER).35
II.10 - KIỂU ĐỊNH VỊ TRONG CÁC BỘ XỬ LÝ RISC.37
II.10.1 - Kiểu định vịthanh ghi.37
II.10.2 - Kiểu định vịtức thì.37
II.10.3 - Kiểu định vịtrực tiếp.38
II.10.4 - Kiểu định vịgián tiếp bằng thanh ghi + độdời.38
II.10.5 - Kiểu định vịtựtăng.38
II.11 - NGÔN NGỮ CẤP CAO VÀ NGÔN NGỮ MÁY.39
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀBÀI TẬP CHƯƠNG II.41
CHƯƠNG III: TỔCHỨC BỘXỬLÝ.42
III.1. ĐƯỜNG ĐI CỦA DỮ LIỆU.42
III.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN.44
III.2.1. Bộ điều khiển mạch điện tử.44
III.2.2. Bộ điều khiển vi chương trình:.45
III.3. DIỄN TIẾN THI HÀNH LỆNH MÃ MÁY.46
III.4. NGẮT QUÃNG (INTERRUPT).47
III.5. KỸ THUẬT ỐNG DẪN (PIPELINE).48
III.6. KHÓ KHĂN TRONG KỸ THUẬT ỐNG DẪN.49
III.7. SIÊU ỐNG DẪN.51
III.8. SIÊU VÔ HƯỚNG (SUPERSCALAR).52
III.9. MÁY TÍNH CÓ LỆNH THẬT DÀI VLIW (VERY LONG INSTRUCTION
WORD).53
III.10. MÁY TÍNH VECTƠ.53
III.11. MÁY TÍNH SONG SONG.53
III.12 KIẾN TRÚC IA-64.59
a) Đặc trưng của kiến trúc IA-64:.59
b) Định dạng lệnh trong kiến trúc IA-64.60
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀBÀI TẬP CHƯƠNG III.62
CHƯƠNG IV:CÁC CẤP BỘNHỚ.63
IV.1. CÁC LOẠI BỘ NHỚ.63
IV.2. CÁC CẤP BỘ NHỚ.65
IV.3. XÁC SUẤT TRUY CẬP DỮ LIỆU TRONG BỘ NHỚ TRONG.66
IV.4. VẬN HÀNH CỦA CACHE.67
IV.5. HIỆU QUẢ CỦA CACHE.72
IV.6. CACHE DUY NHẤT HAY CACHE RIÊNG LẺ.73
IV.7. CÁC MỨC CACHE.73
IV.8. BỘ NHỚ TRONG.74
IV.9. BỘ NHỚ ẢO.75
IV.10. BẢO VỆ CÁC TIẾN TRÌNH BẰNG CÁCH DÙNG BỘ NHỚ ẢO.79
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀBÀI TẬP CHƯƠNG IV.81
CHƯƠNG V:NHẬP -XUẤT.82
V.1. DẪN NHẬP.82
V.2. ĐĨA TỪ.82
V.3. ĐĨA QUANG.84
V.4. CÁC LOẠI THẺ NHỚ.86
V.5. BĂNG TỪ.86
V.6. BUS NỐI NGOẠI VI VÀO BỘ XỬ LÝ VÀ BỘ NHỚ TRONG.87
V.7. CÁC CHUẨN VỀ BUS.89
V.8. GIAO DIỆN GIỮA BỘ XỬ LÝ VỚI CÁC BỘ PHẬN VÀO RA.90
V.9. MỘT SỐ BIỆN PHÁP AN TOÀN DỮ LIỆU TRONG VIỆC LƯU TRỮ THÔNG
TIN TRONG ĐĨA TỪ.91
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀBÀI TẬP CHƯƠNG V.95
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
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.
42
Kiến trúc máy tính Chương III: Tổ chức bộ xử lý
BUS S1 S2 BUS DEST
Ngã vào
Ngã ra
Ngã vào
A
C
B
Dãy các
thanh ghi
TEMP
PC
SR
MAR
MBR
B
Ộ
Đ
I
Ề
U
K
H
I
Ể
N
Ngã vào dữ liệu
BỘ NHỚ NG
Địa chỉ
Ngã ra
MUX
ALU
IR
Hình III.1: Tổ chức của một xử lý điể
(Các đường không liên tục là các đường đ
43TRO BỘ XỬ LÝ
dữ liệu
n hình
iều khiển)
Kiến trúc máy tính Chương III: Tổ chức bộ xử lý
III.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 hay 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 hay dùng vi chương trình (microprogram).
III.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 (chỉ có một số hữu hạn các trạng thái) đó là 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 hay bằng
cách dùng vị trí trong đoạn mã lệnh để đưa ra quyết định.
Hình III.2 cho thấy nguyên tắc của một bộ điều khiển bằng mạch điện. Các
đường điều khiển của phần đường đi số liệu là các ngã ra của một hay nhiều
Automate trạng thái hữu hạn. Các ngã vào của Automate gồm có thanh ghi lệnh, thanh
ghi này chứa lệnh phải thi hành và những thông tin từ bộ đường đi số liệu. Ứng với
Xung
nhịp
Dây điều khiển
Trạng thái
Bộ điều khiển dùng mạch điện
Automate
trạng thái hữu hạn
Ngã vào
IR
Ngã ra
Trạng
Thái
tương
lai
Đường đi
dữ liệu
Hình III.2: Nguyên tắc vận hành của bộ điều khiển dùng mạch điện
44
Kiến trúc máy tính Chương III: Tổ chức bộ xử lý
cấu hình các đường vào và trạng thái hiện tại, Automate sẽ cho trạng thái tương lai và
các đường ra tương ứng với trạng thái hiện tại. Automate được cài đặt dưới dạng là
một hay nhiều mạch mảng logic lập trình được (PLA: Programmable Logic Array)
hay các mạch logic ngẫu nhiên.
Kỹ thuật điều khiển này đơn giản và hữu hiệu khi các lệnh có chiều dài cố
định, có dạng thức đơn giản. Nó được dùng nhiều trong các bộ xử lý RISC.
III.2.2. Bộ điều khiển vi chương trình:
Sơ đồ nguyên tắc của bộ điều khiển dùng vi chương trình được trình bày ở
hình III.3. 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 từng trường hợp
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.
Dây diều khiển
Đường đi
dữ liệu
Ngã ra
IR
phần
vi
địa
chỉ
tiếp
theo
xung nhịp
PC của vi CT
Xác định địa chỉ
của vi lệnh tiêp
theo
+ 1
Hình III.3: Nguyên tắc vận hành của bộ điều khiển vi chương trình
Bộ nhớ vi chương
trình
Bộ điều khiển vi chương trình
45
Kiến trúc máy tính Chương III: Tổ chức bộ xử lý
III.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 hay nhảy (MEM: Memory access)
Lưu trữ kết quả (RS: Result Storing).
Mỗi giai đoạn được thi hành trong một hay nhiều chu kỳ xung nhịp.
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.
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:
Mã lệnh Thanh ghi Rs1 Thanh ghi Rs2 Thanh ghi Rd Tác vụ
bit 6 5 5 5 11
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. 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.
46
Kiến trúc máy tính Chương III: Tổ chức bộ xử lý
- 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.
4. Thâm nhập bộ nhớ trong hay nhảy lần cuối
Giai đoạn này t...