Tổ chức cấu trúc máy tính C1

Cấp 4 hợp ngữ Cấp Cấp 3 máy hệ điều hành Cấp Cấp 2 máy qui ước Cấp Cấp 1 vi chương trình Cấp Cấp 5 ngôn ngữ cấp cao Cấp Cấp 0 luận lý số Cấp dịch biên dịch dịch hợp dịch thô

CHƯƠNG 1 Giới thiệu

1500 rờ le

30 tấn

140 KW Von Neumann (1946)

PDP-1 (1961)

IBM 360 (1965)

80x86 (1978)

Intel 8080 (1974) được xem như CPU đầu tiên được tích hợp trên 1 chip

II Cấu trúc máy tính

Máy tính

lệnh đầu lệnh giữa lệnh giữa lệnh giữa

Cấp n (Ngôn ngữ L Máy ảo M n

Biên dịch

Mô hình máy tính nhiều cấp

Cấp 4 hợp ngữ Cấp

Cấp 3 máy hệ điều hành Cấp

Cấp 2 máy qui ước Cấp

Cấp 1 vi chương trình Cấp Cấp 5 ngôn ngữ cấp cao Cấp

Cấp 0 luận lý số Cấp

dịch (biên dịch)

dịch (hợp dịch)

thông dịch một phần (hệ điều hành)

thông dịch (vi chương trình)

vi chương trình được thi hành trực tiếp bằng phần cứng

Các cấp thiết kế máy tính

Khó thay đổi Chạy nhanh

Trừu tượng

Dễ sửa chữa Chạy chậm

Phần dẽo

Là linh kiện có chương trình bên trong

Chương trình cố định

và tồn tại khi tắt nguồn

Phần cứng và phần mềm tương đương nhau

Tuyến

III Giới thiệu tổng quát một máy tính số

Khối điều khiển

Khối số học luận lý (ALU)

Bộ thanh ghi

Khối xử lý trung ương (CPU)

Thiết bị xuất nhập

8 bước thực hiện lệnh của CPU

1 Lấy lệnh kế tiếp từ bộ nhớ vào thanh ghi lệnh IR

2 Thay đổi bộ đếm chương trình PC để trỏ tới lệnh tiếp sau nữa

3 Xác định loại của lệnh vừa lấy (làm gì?)

4 Nếu lệnh sử dụng dữ liệu trong bộ nhớ thì xác định xem nó ở đâu

5 Lấy dữ liệu (nếu có) vào thanh ghi của CPU

6 Thi hành lệnh

7 Cất kết quả vào nơi cần lưu trữ

8 Trở lại bước 1 để làm lệnh kế

(Tín hiệu điều khiển xuất)

(Tín hiệu điều khiển nhập)

CPU có gì bên trong ?

điều khiển định thì

(Lấy và thi hành lệnh)

(Xung clock)

Máy song song

Máy Von Neumann

3 loại máy song song

SISD : single Instruction stream, single data stream SIMD : single Instruction stream, multiple data stream MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream

Máy Vector 8 ALU

CPU CPU CPU

Bộ nhớ dùng chung

CPU CPU CPU

Bộ nhớ dùng chung

Bộ nhớ riêng

Bộ nhớ riêng

Bộ nhớ riêng

Máy tính kiểu đường ống (pipeline machine)

Khối xử lý được chia ra 5 phần hoạt động song song

Lấy lệnh Phân tích

lệnh toán hạng Xác định

Lấy toán hạng

Thực hiện lệnh

EEPROM EPROM

GiÀi mÁ cît v¿ ½èm

1

1

1 0

A 12 ÷÷÷÷ A 0 : địa chỉ

O 7 ÷÷÷÷ O 0 : dữ liệu

OE : cho phép xuất

CE : chọn chip Vcc : nguồn GND : đất Vpp : nguồn lập trình PGM : chọn lập trình

22 27

11 12 13 15 16 17 18 19

VPP

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 CE

OE PGM

O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7

20 22 27

11 12 13 15 16 17 18 19

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14

CE OE WE

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

A 8 ÷÷÷÷ A 0 : địa chỉ hàng / cột (18 bit) Din,Dout : dữ liệu

RAS : chọn hàng CAS : chọn cột

WE : cho phép ghi Vcc : nguồn

4 15 3

14 2

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

RAS CAS WE

DO DI

Chế độ văn bản

Thiết bị ngoại vi

Card màn hình cung cấp các

chế độ màn hình

số điểm ngang x số điểm dọc x số màu (số bit màu)

dung lượng RAM màn hình

40 KHz, 70 KHz, 90 KHz tần số quét dọc (mành)

Vcc

Quét hàng (2→4)

Đệm cột và đọc về

Nhấn Đọc về

Cung (sector) (Record)

Trục đĩa quay

5400 rpm

in nửa dot bề ngang

Tia laser quét

Dữ liệu tích điện

trên mặt trống Trống

Máy in laser

Một chiều Bus

Hai chiều

(Địa chỉ) (Dữ liệu) (Trạng thái)

(Điều khiển)

Trong CPU Bus nội

Giữa CPU với

đồng xử lý Bus địa phương

Giữa CPU với

bộ nhớ hoặc

xuất nhập

Bus là các dây nối giữa các linh kiện hoặc các khối linh kiện

Bus được dùng để trao đổi tín hiệu giữa các khối linh kiện

Có tên riêng

CPU dùng bus để điều khiển các khối còn lại

T 1 T 2 T 3 T 4 CLK

M/IO

A 19÷A 16 ALE

AD 15÷AD 0

RD DT/R DEN

Địa chỉ

Synchronous bus

Address MREQ

Yêu cầu ngắt quãng

Xuất nhập

Cần trao đổi thông tin

CPU

Thiết bị ngoại vi

Yêu cầu ngắt quãng

PC ACC SP 0 +1 -1 A B

ALU

chọn A

MAR MBR Tuyến địa chỉ

7

Phân vùng bit điều khiển đường dữ liệu

1 Điều khiển bộ chọn A (1 bit)

2 Chọn toán tử cho ALU (2 bit)

3 Điều khiển nạp kết quả vào MBR (1 bit)

4 Điều khiển nạp dữ liệu vào MAR (1 bit)

5 Điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ vào MBR (1 bit)

6 Điều khiển ghi dữ liệu từ MBR vào bộ nhớ (1 bit)

7 Cho phép bus C (1 bit)

8 Chọn thanh ghi cho bus C (3 bit)

9 Chọn thanh ghi cho bus B (3 bit)

10 Chọn thanh ghi cho bus A (3 bit)

Vi lệnh

Stack

Stack là một khối bộ nhớ liên tục chứa tạm các dữ liệu

SP là thanh ghi cho biết vị trí đỉnh stack

Đáy stack có địa chỉ cố định PUSH

Tăng SP Đọc bộ nhớ

PUSH

Giảm SP Ghi bộ nhớ POP

Đọc bộ nhớ Tăng SP

SP

Bộ nhớ trống

×××× ×××× ×××× ×××× OF DF IF TF SF ZF ×××× AF ×××× PF ×××× CF

Thanh ghi trạng thái

Còn được gọi là thanh ghi cờ

Cờ nhớ (Carry flag) báo tràn dung lượng

Cờ không (Zero flag) báo kết quả không

Cờ dấu (Sign flag) báo kết quả âm

Cờ tràn (Overflow flag) báo tràn về dấu

Cờ kiểm tra (Parity flag) báo số bit một chẳn

Cờ trung gian (Auxiliary flag) báo tràn số BCD

(cờ nhớ nửa Half-carry cũng chính là nó)