kiến trúc máy tính 4 potx

Khoa KH & KT Máy tínhBộ môn Kỹ thuật Máy tính Phạm Tường Hải Nguyễn Quốc Tuấn... Patterson, Second Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC.. Patterson, Third Edition, MORGAN KAUFMANN

Khoa KH & KT Máy tính

Bộ môn Kỹ thuật Máy tính

Phạm Tường Hải Nguyễn Quốc Tuấn

Tài liệu tham khảo

John L Hennessy & David A Patterson, Second Edition,

MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC 1998

John L Hennessy & David A Patterson, Third Edition,

MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC 2002

Chương 4.

4.1 Dẫn nhập

) Máy tính biểu diễn thông tin dưới dạng nhị phân

) Các đại lượng số đếm cũng biểu diễn dưới dạng

nhị phân ) Một số câu hỏi thường gặp

• Cách biểu diễn số đếm trên máy tính ?

• Các giới hạn trong biểu diễn số đếm ?

• Cách tính toán trên số nhị phân ?

) Nội dung của chương này bao gồm

• Biểu diễn số đếm trên máy tính

• Các giải thuật tính toán

• Phần cứng hiện thực giải thuật tính toán

• Nhóm lệnh tính toán

4.2 Số nguyên có dấu và không dấu

) MIPS biểu diễn số nguyên theo từ ( word ) có kích thước

32 bit

) Td biểu diễn giá trị 10112

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1011

• Bit trọng số thấp nhất (least significant bit) nằm bên phải cùng

• Bit trọng số cao nhất (most significant bit) nằm bên trái cùng

) Tầm vực giá trị biểu diễn ở số nguyên không dấu

) MIPS biểu diễn số nguyên âm theo bù 2

• Tầm vực giá trị biểu diễn từ - 2 (32-1) cho đến 2 (32-1) -1

1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

) Vấn đề mở rộng dấu ( sign extension )

• Td biểu diễn giá trị -5

• Lưu ý về các bit không có nghĩa ?

) Các lệnh liên quan đến số nguyên có dấu và không dấu

• lb và lbu , slt và sltu , slti và sltiu

Ö sinh ra ngoại lệ (exception) thông báo đến bộ điều khiển

) Thanh ghi EPC ( exception program counter ) chứa địa

chỉ của câu lệnh sinh ra ngoại lệ

A Phép toán

) Phân tích đoạn chương trình sau

addu $t0 , $t1 , $t2 xor $t3 , $t1 , $t2

) Phân tích đoạn chương trình sau

addu $t0 , $t1 , $t2 nor $t3 , $t1 , $zero sltu $t3 , $t3 , $t2

rd rt

rs op

0 8

10 16

0 0

4.5 Đơn vị số học – luận lý

) Đơn vị số học – luận lý ( ALU – A rithmetic L ogic U nit )

đảm nhận việc thực hiện các phép toán cho bộ xử lý

) MIPS là bộ xử lý có độ dài từ là 32 bit nên cần đơn vị

Sum Cin

Cout

+

+

0 1

b0

a1 b1

a2 b2

a31

Result0

Result1

Result2

) Tinh chỉnh đơn vị ALU

+

0 1

Cout

0 1

B invert

+

0 1

0 1

B invert

0 1

B invert

3

Less

Overflow Overflow

Carry out

) Hiện thực

• Bằng chương trình dựa trên các phép toán cộng/trừ

• Bằng mạch phần cứng

) Nhân số nguyên có dấu

• Nhân phần trị tuyệt đối, sau đó xác định dấu cho tích số

• Giải thuật Booth: căn cứ

trên chuỗi bit 1 ở số nhân

) Nhân trong tập lệnh MIPS

• Tích số là 1 giá trị 64 bit được chứa trong cặp thanh ghi hi và lo

Trừ đi số bị nhân

0 1

Cộng thêm số bị nhân

1 0

Không làm gì cả

0 0

Thực hiện

a i-1

a i

) Mạch chia dạng 3 (tt)

• Giải thuật

• Minh họa

) Chia số nguyên có dấu

• Chia phần trị tuyệt đối, sau đó xác định dấu cho thương số

) Chia trong tập lệnh MIPS

• Sử dụng thanh ghi hi để chứa số dư và lo để chứa thương số

• Lệnh chia

div rs , rt divu rs , rt

• Lệnh chuyển dữ liệu thương số và số dư

mfhi rd

significand exponent

significand exponent

s

b 63

(-1) Sign × (1 + Significand) × 2 (Exponent – Bias)

• Phần significand biểu diễn giá trị có độ lớn nằm từ 0 đến 1

• Phần bias của exponent là 127

• Thí dụ Biểu diễn dạng IEEE 754 của giá trị -0.75

?

động 32-bit sau

1 10000001 0100000000000000000000000000

) Lệnh số thực ở MIPS

• MIPS có coprocessor để tính toán số thực 32-bit (single) lẫn

64-bit (double)

• Các thanh ghi số thực (32 bit) là $f0 ÷ $f31

• 2 thanh ghi 32-bit dùng để chứa 1 giá trị double

• Lệnh cộng

add.s fd , fs , ft add.d fd , fs , ft

• Lệnh trừ

sub.s fd , fs , ft sub.d fd , fs , ft

• Lệnh nhân

mul.s fd , fs , ft mul.d fd , fs , ft

) Lệnh số thực ở MIPS (tt)

• Lệnh chia

div.s fd , fs , ft div.d fd , fs , ft

Bài tập

) 4.12 , 4.13 , 4.20 ) 4.23 , 4.24

John L Hennessy & David A Patterson, Second Edition,

MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC 1998