Đề cương kiến trúc máy tính

Chức năng của các khối và thanh ghi trong đơn vị xử lí trung tâm CPU.. Mô tả hoạt động của máy tính ở mức vi thao tác, qua việc thực hiện 1 lệnh máy... Các phương pháp vào ra dữ liệu tr

ĐỀ CƯƠNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

1 Kiến trúc cơ bản của 1 máy tính số Chức năng của các khối và thanh ghi trong đơn vị xử lí trung tâm CPU Mô

tả hoạt động của máy tính ở mức vi thao tác, qua việc thực hiện 1 lệnh máy.

Bus h th ng ệ ố

Ho t đ ng c a máy tínhạ ộ ủ

1

PSW

CPU

Clock

Các tín hi u ệ

đi u khi n ề ể

Bộ nhớ chính

S

Z

c

CU

IR PC MAR

MBR AC

ALU

Thi t ế

bị vào-ra

B t đ u ắ ầ

Nh p l nh ti p theo ậ ệ ế

Gi i mã l nh ả ệ

T o đ a ch toán h ng ạ ị ỉ ạ

Nh p toán h ng ậ ạ

Th c thi l nh ự ệ

1 Mô t ki n trúc máy tính c b n c a máy tính PCả ế ơ ả ủ

Có 3 kh i chính:ố

-CPU: đ n v x lí trung tâm g m 2 kh i ch c năng chính là kh i ơ ị ử ồ ố ứ ố

đi u khi n và kh i x lí d li u.ề ể ố ử ữ ệ

-B nh : là t p h p các ô nh theo 1 tr t t nh t đ nh, m i ô nh có ộ ớ ậ ợ ớ ậ ự ấ ị ỗ ớ

1 đ a ch Đ a ch là con s xác đ nh v trí c a ô nh trong b nh ị ỉ ị ỉ ố ị ị ủ ớ ộ ớ

Ch c năng c a b nh là ch a thông tin.ứ ủ ộ ớ ứ

-Thi t b vào ra (nh p-xu t) d li u: th c ch t đc xây d ng trên c ế ị ậ ấ ữ ệ ự ấ ự ơ

s 2 modul thành ph n là modul vào-ra và các modul đ u vào ho c ở ầ ầ ặ

đ u ra.ầ

2 *Nêu và mô t kh i ch c năng c a đ n v x lý trung tâm CPUả ố ứ ủ ơ ị ử

-B đ m chộ ế ương trình: có ch c năng tu n t t o ra đ a ch ô nh ứ ầ ự ạ ị ỉ ớ

ch a l nh máy CPU c n nh p.ứ ệ ầ ậ

-Thanh ghi l nh: ch a mã thao tác c a l nh mà CPU đang th c thi.ệ ứ ủ ệ ự -Đ n vi đi u khi n CU: gi i mã l nh và t đó t o ra các tín hi u đi u ơ ề ể ả ệ ừ ạ ệ ề khi n ho t đ ng c a các đ n v ch c năng khác bên trong và bên ể ạ ộ ủ ơ ị ứ ở ngoài đ n v x lí trung tâm CPU, nh m th c thi đơ ị ử ằ ự ượ ệc l nh hi n ệ hành

-Thanh ghi đ a ch b nh MAR: th c hi n ch c năng ch a đ a ch ị ỉ ộ ớ ự ệ ứ ứ ị ỉ

c a ô nh ch a l nh ho c toán h ng CPU c n truy nh p.ủ ớ ứ ệ ặ ạ ầ ậ

-Thanh ghi MBR: là thanh ghi đ m ch a d li u CPU đ c t b nh ệ ứ ữ ệ ọ ừ ộ ớ

ho c ghi ra b nh ặ ộ ớ

-Đ n v s h c – logic ALU: th c hi n các phép tính s h c, logic và ơ ị ố ọ ự ệ ố ọ các phép x lí d li u khác.ử ữ ệ

-Thanh ch a ACC: ch a 1 toán h ng c a l nh ho c k t qu th c ứ ứ ạ ủ ệ ặ ế ả ự

hi n l nh.ệ ệ

-Thanh ghi tr ng thái PSW: ch a các bit mang thong tin v tr ng tháiạ ứ ề ạ

th c hi n l nh.ự ệ ệ

3 Mô t ho t đ ng c a máy tính đ n gi nả ạ ộ ủ ơ ả

Ch c năng c b n c a máy tính là th c hi n chứ ơ ả ủ ự ệ ương trình Vi c th cệ ự

hi n chệ ương trình di n ra nh sau:ễ ư

-CPU tu n t nh p vào các l nh t ô nh PC tr t i và d li u (n u ầ ự ậ ệ ừ ớ ỏ ớ ữ ệ ế

c n) t b nh chính vào các thanh ghi bên trong CPU.ầ ừ ộ ớ

-CPU th c thi (tu n t ) các l nh đự ầ ự ệ ược nh p N i ch a k t qu đậ ơ ứ ế ả ược xác đ nh trên l nh.ị ệ

-N u c n, CPU chuy n k t qu t các thanh ghi CPU ra b nh ế ầ ể ế ả ừ ộ ớ chính Vi c th c hi n quá trình th c ch t là s l p l i quá trình nh p ệ ự ệ ự ấ ự ặ ạ ậ

l nh và th c hi n l nh L nh đệ ự ệ ệ ệ ược nh p t n i con tr l nh PC tr ậ ừ ơ ỏ ệ ỏ

đ n.ế

2 Các khuôn dạng lệnh.

4 Chu kỳ lệnh và các tiểu chu kỳ trong 1 chu kỳ lệnh.

1 Chu kì lệnh

7 Ngăn xếp, con trỏ ngăn xếp và cơ chế thực hiện chương trình con.

1 C ch g i ch ơ ế ọ ươ ng trình con

Vi c th c hi n chệ ự ệ ương trình con x y ra khi CPU th c hi n l nh CALLả ự ệ ệ (l nh g i ctr con) Đ th c hi n ctr con thì b đ m ctr (con tr l nh) ệ ọ ể ự ệ ộ ế ỏ ệ

ph i tr đ n (ph i ch a đ a ch ) ô nh đ u tiên ch a ctr con đó ả ỏ ế ả ứ ị ỉ ớ ầ ứ

Sauk hi th c hi n xong ctr con, CPU c n tr v đự ệ ầ ở ề ược ctr chính n i ơ

v a g i ctr con này Vi c này đc th c hi n khi CPU g p l nh RET ừ ọ ệ ự ệ ặ ệ Ngăn x p đc s d ng đ ch a đ a ch tr v chế ử ụ ể ứ ị ỉ ở ề ương trình chính khi CPU g i ctr con.ọ

2 Ngăn x p ế

Ngăn x p là 1 vùng b nh DL đế ộ ớ ược qu n lý theo ki u d li u đ a ả ể ữ ệ ư vào sau cùng đượ ấc l y ra đ u tiên(ki u LIFO, last in first out) DL đ uầ ể ầ tiên được đ t vào ô đ u tiên c a ngăn x p, ô này đặ ầ ủ ế ược g i là đáy ọ ngăn x p Đáy ngăn x p có đ a ch cao nh t trong ngăn x p N u có ế ế ị ỉ ấ ế ế

đ a ch ti p theo thì nó s đị ỉ ế ẽ ược đ a vào ô ti p theo có đ a ch th p ư ế ị ỉ ấ

h n, ô này g i là đ nh ngăn x p, và c th ti p t c Khi đ c ngăn ơ ọ ỉ ế ứ ế ế ụ ọ

x p thì DL đế ượ ấ ừ ỉc l y t đ nh ngăn x p Đ nh ngăn x p luôn d ch ế ỉ ế ị

chuy n khi ta ghi ho c đ c ngăn x p.ể ặ ọ ế

Ngăn x p đế ược dung trong trường h p g i chợ ọ ương trình con đ :ể

- L u tr đ a ch tr v chư ữ ị ỉ ở ề ương trình con đó

- L u tr , b o v n i dung các thanh ghi c a CPUư ữ ả ệ ộ ủ

- L u tr tham s th c, bi n c c b c a chư ữ ố ự ế ụ ộ ủ ương trình con và các

d li u khác trong trữ ệ ường h p c n thi tợ ầ ế

Đ qu n lý vi c truy nh p ngăn x p ngể ả ệ ậ ế ười ta s d ng 1 thanh ghi ử ụ

có tên con tr ngăn x p SP Con tr ngăn x p luôn ch a đ a ch ỏ ế ỏ ế ư ị ỉ (tr đ n) ô đ nh hi n th i c a ngăn x p.ỏ ế ỉ ệ ờ ủ ế

3 Tr ng thái c a con tr ngăn x p và ngăn x p khi CPU th c ạ ủ ỏ ế ế ự

hi n 2 lênh PUSH và POP ệ

- V i l nh PUSHớ ệ

Lênh PUSH được dùng đ đ a n i dung 1 thanh ghi ho c c p ể ư ộ ặ ặ thanh ghi CPU ngăn x p, lên trên v trí đ nh hi n th i L nh PUSHế ị ỉ ệ ờ ệ

thường được dùng đ b o v (l u gi ) n i dung các thanh ghi c aể ả ệ ư ữ ộ ủ CPU trước khi CPU chuy n sang th c hi n chể ự ệ ương trinh con

- V i l nh POPớ ệ

L nh POP đệ ược dùng đ đ c n i dung c a ngăn x p, t v ẻ ọ ọ ủ ế ừ ị trí đ nh hi n th i L nh POP thỉ ệ ờ ệ ường được dùng đ khôi ph c n i dung cácể ụ ộ thanh ghi c a CPU khi CPU r i kh i chủ ờ ỏ ương trình con tr v chở ề ương trình

đã g i nó.ọ

10 Quản lý bộ nhớ theo phân đoạn và phân trang.

1 *Mô t c ch qu n lí b nh theo phân đo nả ơ ế ả ộ ớ ạ

Là c ch trong đó b nh đc chia nh , đơ ế ộ ớ ỏ ược đ nh v và giám sát ị ị theo đo n, t ch c chạ ổ ứ ương trình thành các modul ctr chính, ctr con

và các modul d li u, các modul mã l nh, d li u, ngăn x p.ữ ệ ệ ữ ệ ế

2 *Mô t c ch qu n lí b nh theo phân trangả ơ ế ả ộ ớ

Là phương pháp phân chia b nh o thành trang Đ n v thong tin ộ ớ ả ơ ị

c b n đc dùng trong vi c hoán đ i là m t kh i có kích thơ ả ệ ổ ộ ố ước c ố

đ nh M i 1 ctr hay d li u khi đc th c hi n s đc c p 1 vùng nh ị ỗ ữ ệ ự ệ ẽ ấ ớ trong b nh o, g m các trang ( o) cùng đ a ch trang tộ ớ ả ồ ả ị ỉ ương ng, ứ

và ng vi t ctr ko nhìn th y đi u này Đ a ch c a ô nh trong b nh ế ấ ề ị ỉ ủ ớ ộ ớ

o, còn đc g i là đ a ch o ho c đ a ch logic là m t c p con s : đ a

ch trang và kho ng d ch Đ phù h p vs cách qu n lí b nh theo ỉ ả ị ể ợ ả ộ ớ phân trang, b nh chính v t lí cũng đc chia thành các khung trang ộ ớ ậ (page frames) Khung trang có kích thước gi ng nh trang c a b ố ư ủ ộ

nh o.ớ ả

11 Tổ chức bộ nhớ cache.

12 Các phương pháp vào ra dữ liệu trong máy tính.

1 *Mô t phả ương pháp vào - ra d li u theo phữ ệ ương pháp thăm dò

Là phương pháp trong đó CPU luôn th c hi n ki m tra tr ng thái s nự ệ ể ạ ẵ sàng làm vi c c a thi t b trc khi th c hi n th t s vi c vào-ra d ệ ủ ế ị ự ệ ậ ự ệ ữ

li u Trc khi th c hi n thao tác nh p-xu t d li u qua thanh ghi d ệ ự ệ ậ ấ ữ ệ ữ

li u c a modul giao di n, thao tác ki m tra tr ng thái làm vi c c a ệ ủ ệ ể ạ ệ ủ thi t b ngo i vi và c a chính modul giao di n luôn đc th c hi n Các ế ị ạ ủ ệ ự ệ thao tác trên đc th c hi n thông qua vi c CPU th c hi c các l nh ự ệ ệ ự ệ ệ vào (INPUT) và ra (OUTPUT) trong ctr đi u khi n vào-ra Vi c ki m ề ể ệ ể tra (thăm dò) này là c n thi t Do t c đ th c hi n l nh máy nói ầ ế ố ộ ự ệ ệ

chung và l nh vào-ra nói riêng c a CPU r t cao, trong khi t c đ ệ ủ ấ ố ộ chuy n d li u c a thi t b ngo i vi là r t th p, thao tác đ c và ki m ể ữ ệ ủ ế ị ạ ấ ấ ọ ể tra (liên t c) tr ng thái s n sàng làm vi c (tr ng thái có d li u đ n ụ ạ ẵ ệ ạ ữ ệ ế

ho c tr ng thái s n sàng nh n d li u t CPU) c a c a thi t b vào-ặ ạ ẵ ậ ữ ệ ừ ủ ủ ế ị

ra s giúp CPU phát hi n đc th i đi m thi t b s n sàng chuy n d ẽ ệ ờ ể ế ị ẵ ể ữ

li u đ th c hi n vào-ra d li u vs nó.ệ ể ự ệ ữ ệ

2 *Mô t phả ương pháp vào - ra d li u theo phữ ệ ương pháp ng tắ

Ng t (interrupt) là s ki n CPU b t m d ng ti n trình đang th c hi nắ ự ệ ị ạ ừ ế ự ệ

đ chuy n sang quá trình ph c v ng t (th c hi n ctr vào ra d li u ể ể ụ ụ ắ ự ệ ữ ệ

ho c các d ch v khác theo yêu c u) CPU ph i đc thi t k đ nh n ặ ị ụ ầ ả ế ế ể ậ tín hi u báo ng t INT ho c IRQ (interrupt request) t thi t b bên ệ ắ ặ ừ ế ị ngoài và ph n ng vs tín hi u này 1 cách thích h p Ng t còn đc ả ứ ệ ợ ắ

hi u là phể ương pháp vào-ra d li u, trong đó thi t b vào ra ch ữ ệ ế ị ủ

đ ng kh i đ ng quá trình (ctr) vào-ra d li u nh h th ng ng t ộ ở ộ ữ ệ ờ ệ ố ắ

c ng Đ th c hi n đc vào-ra d li u theo c ch t ng t, các thi t b ứ ể ự ệ ữ ệ ơ ế ắ ế ị vào ra có 1 đường dây mang thông tin v yêu c u đc ph c v IRQ ề ầ ụ ụ

đ k t n i vs CPU Để ế ố ường truy n yêu c u riêng này giúp CPU ko ề ầ

ph i th c hi n th t c ki m tra tr ng thái c a thi t b vào ra mà v n ả ự ệ ủ ụ ể ạ ủ ế ị ẫ

ph c v các thi t b vào ra k p th i và hi u qu Thông thụ ụ ế ị ị ờ ệ ả ường quá trình vào-ra d li u theo c ch ng t c ng đc tr giúp b i thi t b ữ ệ ơ ế ắ ứ ợ ở ế ị

đi u khi n nh t PIC (programmable interrupt controller) PIc có ch c ề ể ắ ứ năng thay CPU nh n tr c ti p ghi nh n các yêu c u ng t IRQ t các ậ ự ế ậ ầ ắ ừ thi t b vào-ra, sau đó phát tín hi u báo ng t INT cho CPU PIC có 1 ế ị ệ ắ

ch c năng quan tr ng khác là cung c p cho CPU đ a ch ho c s ứ ọ ấ ị ỉ ặ ố

ng t đ i di n cho đ a ch c a ctr con ph c v ng t ng v i thi t b ắ ạ ệ ị ỉ ủ ụ ụ ắ ứ ớ ế ị phát ra yêu c u ng t IRQ Các đ a ch ho c s ng t này còn đc g i ầ ắ ị ỉ ặ ố ắ ọ

là vector ng t.ắ

3 *Mô t phả ương pháp vào - ra d li u theo phữ ệ ương pháp DMA

Quá trình vào ra d li u tr c ti p gi a b nh và thi t b ngo i vi ữ ệ ự ế ữ ộ ớ ế ị ạ không qua CPU đc g i là quá trình DMA (direct memory access) ọ Trong quá trình DMA, vi c chuy n d li u ko đc đi u khi n b i CPU ệ ể ữ ệ ề ể ở

mà b i 1 thi t b ph n c ng là là b đi u khi n DMAC (direct ở ế ị ầ ứ ộ ề ể

memory access controller) Thi t b DMAC thay th CPU đóng vai tròế ị ế

ch bus, đi u khi n quá trình chuy n d li u tr c ti p gi a thi t b ủ ề ể ể ữ ệ ự ế ữ ế ị vào ra và b nh chính qua bus h th ng Các thi t b vào-ra đc ộ ớ ệ ố ế ị

ph c v theo c ch DMA có 1 đụ ụ ơ ế ường dây riêng truy n thông tin v ề ề yêu c u đầ ược ph c vu DRQ (DMA request) B ng tín hi u này thi t ụ ằ ệ ế

b yêu c u CPU nhị ầ ường quy n đi u khi n bus h th ng cho DMAC, ề ề ể ệ ố

đ DMAC đi u khi n quá trình chuy n d li u qua bus B đi u ể ề ể ể ữ ệ ộ ề khi n DMAC có các thanh ghi ch c năng sau: thanh ghi đ m d li u ể ứ ệ ữ ệ IODR ch a d li u c n truy n, thanh ghi đ a ch AR v i ch c năng ứ ữ ệ ầ ề ị ỉ ớ ứ

ch a (xác đ nh) đ a ch n n 1 vùng nh trong b nh chính dùng choứ ị ị ỉ ề ớ ộ ớ

vi c truy n d li u, b đ m DC v i ch c năng ch a con s xác đ nh ệ ề ữ ệ ộ ế ớ ứ ứ ố ị

kh i lố ượng t d li u c n truy n.ừ ữ ệ ầ ề

13 Kiến trúc cơ bản của máy tính PC hiện đại.

14 Tên gọi và chức năng các thanh ghi của CPU 32bit dòng 80x86/Pentium.

15 Các kiểu xác định địa chỉ toán hạng.

16 Chế độ thực và chế độ 8086 ảo.

17 Chế độ bảo vệ và cơ chế quản lý/ truy cập bộ nhớ thông qua bộ mô tả đoạn và bảng các chế độ mô tả.

1 Qu n lý b nh ch đ b o vả ộ ớ ở ế ộ ả ệ

Các đo n nh trong ch đ b o v đạ ớ ế ộ ả ệ ược qu n lí theo 3 thông s : đ aả ố ị

ch n n đo n, gi i h n đo n và quy n truy nh p Do thông tin v m iỉ ề ạ ớ ạ ạ ề ậ ề ỗ

đo n khá l n nên không th ch a trong thanh ghi đo n mà đc ch a ạ ớ ể ứ ạ ứ trong các b mô t đo n Các b mô t đo n n m trong b ng b môộ ả ạ ộ ả ạ ằ ả ộ

t Có 3 lo i b ng mô t : b ch n đo n 16 bit, b mô t đo n và b ả ạ ả ả ộ ọ ạ ộ ả ạ ộ

mô t c ng giao d chả ổ ị .

2.

18 Cơ chế chuyển điều khiển Cơ chế chuyển nhiệm vụ trên máy tính.

20 Hệ thống ngắt cứng và cơ chế phục vụ ngắt cứng trên máy tính PC Khả năng và phương pháp chống yêu cầu ngắt cứng.

23 Vào ra dữ liệu tuần tự và chuẩn RS 232 Thiết bị giao diện vào ra tuần tự UART và các thanh ghi Phương pháp vào-ra

dữ liệu qua UARt.

25 Ma trận phím và phương pháp tạo mã quét Hệ thống bàn phím và quá trình truyền dữ liệu.

26 Bộ điều khiển màn hình và phương pháp hiển thị.

27 Tổ chức lưu trữ thông tin trên đĩa từ 1 cách logic:

- Phân vùng ổ đĩa và bảng phân vùng.

- Tổ chức hệ thống tập tin FAT.

-Tổ chức hệ thống tập tin NTFS

CHƯƠNG I

1 *Mô tả kiến trúc máy tính cơ bản của máy tính PC

Có 3 khối chính: - CPU (nêu vài dòng về nhiệm vụ)

- Bộ nhớ (nêu vài dòng về chức năng)

- Thiết bị vào – ra (nêu vài dòng về chức năng)

Cả câu 1 và câu 2 đều phải vẽ hình 2-tr 12

2 *Nêu và mô tả khối chức năng của đơn vị xử lý trung tâm CPU(đọc hiểu, nêu tên, chức năng của đơn vị xử lý trung tâm tr13)

3 Mô tả hoạt động của máy tính đơn giản (tr15)

4 Cơ chế gọi chương trình con (tr51)

CHƯƠNG III

1 Mô tả thiết bị 3 trạng thái

CHƯƠNG IV

1 *Nêu kiến trúc của bộ nhớ SRAM (tr64)

2 *Nêu kiến trúc của bộ nhớ DRAM (tr65)

3 So sánh kiến trúc của bộ nhớ SRAM và DRAM

4 *Mô tả cơ chế quản lí bộ nhớ theo phân đoạn (mô tả tóm tắt + hình45)

5 *Mô tả cơ chế quản lí bộ nhớ theo phân trang (mô tả tóm tắt + hình47)

6 Tổ chức lưu trữ thông tin ở mức vậy lý trên đĩa từ (tr69)

Chia thành đơn vị lưu trữ nào:

- Mặt đĩa (mô tả bằng vài câu)

- Rãnh đĩa (mô tả bằng vài câu)

- Sector (mô tả bằng vài câu)

CHƯƠNG V

1 *Mô tả phương pháp vào - ra dữ liệu theo phương pháp thăm dò (hình 58+59-tr 87-bắt buộc phải vẽ hình+mô tả tóm tắt)

2 *Mô tả phương pháp vào - ra dữ liệu theo phương pháp ngắt (hình 61-tr89-bắt buộc phải vẽ hình+mô tả tóm tắt)

3 *Mô tả phương pháp vào - ra dữ liệu theo phương pháp DMA (hình 62-tr90-bắt buộc phải vẽ hình+mô tả tóm tắt)

CHƯƠNG VI

1 Quản lý bộ nhớ ở chế độ bảo vệ

2 *Cơ chế truy nhập bộ nhớ qua bảng GDT (hình 69-tr119)

3 *Cơ chế truy nhập bộ nhớ qua bảng LDT (hinhf70-tr121)

4 *Cơ chế chuyển nhiệm vụ (hình 71-tr 123)

5 *Tập các thanh ghi đơn vi xử lý trung tâm bảo vệ máy PC (hình tr102)

CHƯƠNG VIII

1 Các khái niệm về ngắt (tr136)

2 *Mô tả hệ thống ngắt cứng bên trong PC (hình 76-tr137-mô tả tóm tắt)

1 *Mô tả kiến trúc máy tính cơ bản của máy tính PC

Có 3 khối chính:

-CPU: đơn vị xử lí trung tâm gồm 2 khối chức năng chính là khối điều khiển

và khối xử lí dữ liệu

-Bộ nhớ: là tập hợp các ô nhớ theo 1 trật tự nhất định, mỗi ô nhớ có 1 địa chỉ Địa chỉ là con số xác định vị trí của ô nhớ trong bộ nhớ Chức năng của

bộ nhớ là chứa thông tin

-Thiết bị vào ra (nhập-xuất) dữ liệu: thực chất đc xây dựng trên cơ sở 2 modul thành phần là modul vào-ra và các modul đầu vào hoặc đầu ra

2 *Nêu và mô tả khối chức năng của đơn vị xử lý trung tâm CPU

-Bộ đếm chương trình: có chức năng tuần tự tạo ra địa chỉ ô nhớ chứa lệnh máy CPU cần nhập

-Thanh ghi lệnh: chứa mã thao tác của lệnh mà CPU đang thực thi

-Đơn vi điều khiển CU: giải mã lệnh và từ đó tạo ra các tín hiệu điều khiển hoạt động của các đơn vị chức năng khác ở bên trong và bên ngoài đơn vị xử

lí trung tâm CPU, nhằm thực thi được lệnh hiện hành

-Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ MAR: thực hiện chức năng chứa địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh hoặc toán hạng CPU cần truy nhập

-Thanh ghi MBR: là thanh ghi đệm chứa dữ liệu CPU đọc từ bộ nhớ hoặc ghi ra bộ nhớ

-Đơn vị số học – logic ALU: thực hiện các phép tính số học, logic và các phép xử lí dữ liệu khác