CẤU TRÚC từ TRÊN XUỐNG máy TÍNH và kết nối (tổ CHỨC và KIẾN TRÚC máy TÍNH)

Trắc nghiệm, bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược và các ngành khác hay nhất có tại “tài liệu ngành Y dược hay nhất”; https://123doc.net/users/home/user_home.php?use_id=7046916. Slide bài giảng môn tổ chức và kiến trúc máy tính ppt dành cho sinh viên chuyên ngành công nghệ - kỹ thuật và các ngành khác. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn tổ chức và kiến trúc máy tính bậc cao đẳng đại học chuyên ngành công nghệ - kỹ thuật và các ngành khác

 Các phương tiện phổ biến nhất của kết nối là sử dụng một

hệ thống Bus chia sẻ bao gồm nhiều dòng.

 Trong các hệ thống hiện đại, có thường là một hệ thống phân cấp của Bus để nâng cao hiệu suất.

 các yếu tố thiết kế chính cho Bus bao gồm

 Arbitration (cho dù sự cho phép để gửi tín hiệu trên các tuyến xe buýt được kiểm soát trực thuộc Trung ương hoặc trong một thời trang phân phối);

 Timing (cho dù tín hiệu trên bus được đồng bộ hóa với một đồng hồ trung tâm hoặc được gửi không đồng bộ dựa trên việc truyền tải gần nhất);

 Và độ rộng (số lượng dòng địa chỉ và số dòng dữ liệu).

 Thiết kế này được gọi là kiến trúc von Neumann

và được dựa trên ba khái niệm chính:

 Dữ liệu và hướng dẫn được lưu trữ trong một bộ nhớ đọc-ghi đơn.

 Các nội dung của bộ nhớ này là địa chỉ của vị trí, mà không quan tâm đến các loại dữ liệu chứa ở đó.

 Thực hiện xảy ra trong một cách tuần tự (trừ khi có sửa đổi) từ một hướng dẫn tiếp theo.

dữ liệu đó.

 Nếu có một tính toán cụ thể được thực hiện

 một cấu hình của các thành phần logic thiết kế đặc biệt cho việc tính toán có thể được xây dựng.

 Chúng ta có thể nghĩ về quá trình kết nối các thành phần khác nhau trong cấu hình mong muốn như là một hình thức của chương trình.

 Kết quả là "Chương trình" là trong các hình thức của phần cứng và được gọi là một

chương trình hữu tuyến

 Thay vì lại dây, cung cấp một tập hợp mới các tín hiệu điều khiển

hình 3.1 a Lập trình trong phần cứng

 Lập trình bây giờ là dễ dàng hơn nhiều Thay

vì mắc lại dây cho phần cứng cho mỗi chương trình mới, tất cả chúng ta cần phải làm là cung cấp một chuỗi mới của mã Mỗi mã, có hiệu lực, một hướng dẫn, và một phần của phần cứng giải thích mỗi chỉ dẫn và tạo ra tín hiệu điều khiển

 Một chuỗi mã hoặc hướng dẫn được gọi là phần mềm

 Sổ đăng ký bộ nhớ đệm (MBR), trong đó có chứa các

dữ liệu được ghi vào bộ nhớ hoặc nhận dữ liệu đọc từ

bộ nhớ.

 Tương tự như vậy, một đăng ký địa chỉ I / O (I /

O AR) quy định cụ thể một I / O thiết bị cụ thể Một I / O đệm (I / O BR) đăng ký được sử dụng

để trao đổi dữ liệu giữa một I / O module và CPU

 Một I / O module truyền dữ liệu từ thiết bị bên ngoài CPU vào bộ nhớ, và ngược lại

Nó chứa bộ đệm bên trong để giữ tạm thời các dữ liệu cho đến khi nó có thể được gửi vào.

 xử lý lệnh bao gồm hai bước sau:

 Các bộ xử lý đọc (lần nạp) hướng dẫn từ bộ nhớ cùng một lúc

 Thực hiện mỗi lệnh

 thực hiện chương trình gồm có lặp đi lặp lại quá trình của hướng dẫn tìm nạp và hướng dẫn thực hiện.

hình 3.3 Chu kỳ Hướng dẫn cơ bản

 nói cách khác, bộ vi xử lý luôn gia số PC sau mỗi lệnh lấy để nó sẽ lấy các lệnh tiếp theo trong chuỗi.

 Các hướng dẫn có chứa bit xác định hành động vi xử lý là để dùng.

 Bộ vi xử lý diễn dịch lệnh và thực hiện các hành động cần thiết.

 Nói chung, những hành động này rơi vào bốn loại:

 Bộ vi xử lý-I / O: Dữ liệu có thể được chuyển

đến hoặc từ một thiết bị ngoại vi bằng cách chuyển giữa các bộ xử lý và một module I / O

182 Bộ xử lý sẽ nhớ sự kiện này bằng cách thiết lập chương trình truy cập đến 182.tu, trên lấy chu kỳ tiếp theo, các hướng dẫn sẽ được lấy từ vị trí 182 chứ không phải 150.

 Các bộ vi xử lý có chứa một thanh ghi dữ liệu duy nhất, được gọi là một ắc (AC).

 Cả hai lệnh và dữ liệu dài 16 bit Vì vậy, nó là thuận tiện để tổ chức từ 16-bit bộ nhớ sử dụng.

 Đoạn chương trình thể hiện thêm nội dung của từ bộ nhớ tại địa chỉ 940 đến nội dung của từ bộ nhớ tại địa chỉ 941 và lưu trữ các kết quả ở vị trí thứ hai.

 Ba hướng dẫn, có thể được mô tả như là

ba tìm nạp và ba thực hiện chu kỳ, được yêu cầu:

 Ba hướng dẫn, có thể được mô tả như là

ba tìm nạp và ba thực hiện chu kỳ, được yêu cầu:

 Các máy tính có chứa 300 địa chỉ của lệnh đầu tiên hướng dẫn này (giá trị năm 1940 ở

hệ thập lục phân) được nạp vào IR hướng dẫn đăng ký và các PC được tăng lên

 4 bit đầu tiên (đầu tiên chữ số thập lục phân) trong IR chỉ ra rằng AC là để nạp 12 bit còn lại (ba chữ số thập lục phân) xác định các địa chỉ (940) mà từ đó dữ liệu sẽ được nạp

 Câu lệnh tiếp theo (5941) được lấy từ vị trí 301

và PC được tăng lên

 Các nội dung cũ của AC và nội dung của vị trí

941 được bổ sung và kết quả được lưu trữ trong các AC

 Câu lệnh tiếp theo (2941) được lấy từ vị trí 302

và PC được tăng lên

 Nội dung của AC được lưu trữ ở vị trí 941

Chu trình thực hiện cho một hướng dẫn cụ thể

có thể gồm nhiều hơn một tham chiếu đến bộ nhớ Ngoài ra, thay vì tham chiếu bộ nhớ, một lệnh có thể chỉ định một I / O hoạt động

 tính toán hạng địa chỉ (OAC): Nếu các hoạt động liên quan đến việc tham chiếu đến một toán hạng trong bộ nhớ hoặc có sẵn thông qua I / O, sau đó xác định địa chỉ của toán hạng.

 Toán hạng tìm nạp (of): tìm nạp toán hạng từ bộ nhớ hoặc đọc nó từ I / O.

 hoạt động dữ liệu (do): Thực hiện các hoạt động ghi trong hướng dẫn.

 lưu toán hạng (os): Ghi kết quả vào bộ nhớ hoặc ra I / O.

 như trong phần trên của hình 3.6 liên quan đến

sự trao đổi giữa các bộ xử lý và bộ nhớ trong hai hoặc một module I / O

 như ở phần dưới của sơ đồ chỉ liên quan đến các hoạt động xử lý nội bộ

 Các OAC xuất hiện hai lần, vì một lệnh có thể liên quan đến đọc, viết, hoặc cả hai Tuy nhiên, hành động thực hiện trong trạng thái đó về cơ bản là như nhau trong cả hai trường hợp

 Một chỉ dẫn duy nhất có thể xác định một hoạt động được thực hiện trên một vector (mảng một chiều) của các con số hoặc một chuỗi (mảng một chiều) của kí tự

 Các lệnh VIẾT là một chương trình I / O mà là một tiện ích hệ thống và điều đó sẽ thực hiện các hoạt động I / O thực tế.

 Các I / O Chương trình bao gồm ba phần:

 Một chuỗi các hướng dẫn, số 4 trong hình, để chuẩn

bị cho các hoạt động I / O thực tế Điều này có thể bao gồm việc sao chép dữ liệu được đầu ra vào một

bộ đệm đặc biệt và chuẩn bị các thông số cho một lệnh thiết bị.

 thực tế Các I / O lệnh, Nếu không có việc sử dụng các ngắt, một khi lệnh này được ban hành, các chương trình phải chờ đợi cho thiết bị I / O để thực hiện các chức năng yêu cầu (hoặc định kỳ thăm dò

ý kiến các thiết bị) chương trình có thể chờ đợi bằng cách đơn giản nhiều lần thực hiện một hoạt động kiểm tra để xác định xem I / O hoạt động được thực hiện.

 Một chuỗi các hướng dẫn, số 5 trong hình, để hoàn thành các hoạt động Điều này có thể bao gồm thiết lập một tín hiệu cho thấy sự thành công hay thất bại của hoạt động.

 Vì vậy, chương trình người dùng không

có chứa bất cứ một mã số đặc biệt để chứa ngắt; bộ vi xử lý và hệ điều hành có trách nhiệm đình chỉ việc sử dụng chương trình và sau đó khôi phục nó tại cùng một điểm.

 Trong chu kỳ gián đoạn, kiểm tra xử lý để xem nếu có ngắt xảy ra, chỉ ra bởi sự hiện diện của một tín hiệu ngắt.

 Nếu không có ngắt được cấp phát, bộ xử

lý tiến hành để tìm nạp chu kỳ và lấy lệnh tiếp theo của chương trình hiện hành.

 Nếu một ngắt được cấp phát, bộ xử lý tiến hành như sau đây:

 Nó đặt chương trình truy cập đến địa chỉ bắt đầu của một lệnh xử lý ngắt.

 Chương trình xử lý ngắt thường là một phần của hệ điều hành Thông thường, chương trình này sẽ xác định bản chất của các ngắt và thực hiện bất cứ hành động cần thiết.

 Các máy in sẽ tạo ra một ngắt mỗi khi nó hoàn thành một hoạt động in.

 Bộ điều khiển đường truyền thông sẽ tạo ra một ngắt mỗi khi một đơn vị dữ liệu đến

 Hai cách tiếp cận có thể được thực hiện

để giải quyết với nhiều ngắt

 Nếu một ngắt xảy ra trong thời gian này, nó thường vẫn chờ và sẽ được kiểm tra bởi bộ

xử lý sau khi xử lý đã cho phép ngắt

 Vì vậy, khi một chương trình đang được thực hiện và một ngắt xảy ra, ngắt bị vô hiệu hóa ngay lập tức

cơ bản (bộ xử lý, bộ nhớ, I / O) mà giao tiếp với nhau Như vậy, có phải có con đường để kết nối các module

 tập hợp các đường dẫn kết nối các module khác nhau được gọi là cấu trúc kết nối.

 Các thiết kế của cấu trúc này sẽ phụ thuộc vào sự trao đổi phải được thực hiện giữa các mô-đun.

 Một từ dữ liệu có thể được đọc từ hay ghi vào

bộ nhớ Bản chất của các hoạt động được chỉ định bởi tín hiệu điều khiển đọc và viết

 Các vị trí cho các hoạt động được quy định bởi một địa chỉ

 Hơn nữa, một I / O module có thể kiểm soát nhiều hơn một thiết bị bên ngoài.

 Chúng có thể tham khảo cho mỗi giao diện cho một thiết bị bên ngoài như một cổng và cung cấp cho mỗi một địa chỉ duy nhất (ví dụ:

0, 1, , M 1)

 Ngoài ra, có là đường dẫn dữ liệu bên ngoài cho đầu vào và đầu ra của dữ liệu với một thiết bị bên ngoài

 Cuối cùng, một I / O module có thể gửi tín hiệu ngắt để xử lý

 Cấu trúc kết nối phải hỗ trợ các dạng sau đây của chuyển:

 Bộ nhớ để xử lý: Bộ xử lý đọc một lệnh hay một đơn vị dữ liệu từ bộ nhớ.

 Bộ vi xử lý với bộ nhớ: Bộ xử lý viết một đơn vị dữ liệu vào bộ nhớ.

 Bộ vi xử lý I / O: Bộ vi xử lý sẽ gửi dữ liệu đến I/ O thiết bị.

 I / O đến hoặc từ bộ nhớ: Đối với hai trường hợp này, một module I / O được phép trao đổi

dữ liệu trực tiếp với bộ nhớ, mà không qua bộ

xử lý sử dụng truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA)

 Qua nhiều năm, một số cấu trúc kết nối

đã được thử nghiệm Bởi đến nay phổ biến nhất là bus và các cấu trúc nhiều bus khác nhau.

có thể truyền tải thành công.

 Theo thời gian, một chuỗi các số nhị phân

có thể được truyền trên một đường duy nhất.

 Tóm lại, một số đường dây của một bus đó

có thể được sử dụng để truyền nhị phân

số cùng một lúc (song song) Ví dụ, một đơn vị 8-bit dữ liệu có thể được truyền trên tám tuyến Bus.

 Bus kết nối các thành phần máy tính lớn (bộ xử lý, bộ nhớ, I / O) được gọi là Bus hệ thống.

 Các cấu trúc máy tính kết nối phổ biến nhất dựa trên việc sử dụng một hoặc nhiều bus hệ thống.

 Ngoài ra, có thể có đường dây phân phối điện năng cung cấp điện cho các mô-đun gắn liền

 đường dây điện có thể không được hiển thị

 các data lines- Data bus

 Cung cấp đường dẫn cho việc di chuyển dữ liệu giữa các module hệ thống.

 Các đường dây, gọi chung được gọi là bus dữ liệu Các bus dữ liệu có thể bao gồm 32, 64, 128, hoặc thậm chí riêng biệt nhiều dòng, số dòng được gọi là độ rộng của bus dữ liệu.

 Bởi vì mỗi dòng có thể mang theo chỉ có 1 bit tại một thời gian, số lượng các dòng xác định có bao nhiêu bit có thể được chuyển giao tại một thời điểm.

 Chiều rộng của bus dữ liệu là một yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất hệ thống tổng thể.

 Ví dụ, nếu các bus dữ liệu rộng 32 bit và mỗi lệnh dài 64 bit, sau đó bộ xử lý phải truy cập vào module bộ nhớ hai lần trong mỗi chu kỳ lệnh.

 các Address lines – Address bus

 Được sử dụng để chỉ nguồn và đích của dữ liệu trên bus dữ liệu

 Ví dụ, nếu bộ xử lý muốn đọc một từ (8, 16, hoặc 32 bit) dữ liệu từ bộ nhớ, nó đặt địa chỉ của từ mong muốn trên dòng địa chỉ

 Rõ ràng, độ rộng của bus địa chỉ xác định dung lượng bộ nhớ tối đa có thể của hệ thống

 Thông thường, các bit bậc cao được sử dụng

để chọn một module cụ thể trên xe buýt, và các bit bậc thấp hơn chọn một vị trí bộ nhớ hoặc I / O port trong module

 Ví dụ, trên một bus địa chỉ 8-bit,

 địa chỉ 01111111 và dưới đây sẽ tham chiếu các các vị trí trong một mô-đun bộ nhớ (module 0) với 128 vị trí của bộ nhớ,

 và giải quyết 10000000,và đề cập đến các thiết bị gắn liền với một I / O module (module 1).

 các Control lines – Control bus

 Được sử dụng để kiểm soát việc tiếp cận và

sử dụng các dòng dữ liệu và địa chỉ

 Bởi vì những dòng dữ liệu và địa chỉ được chia sẻ bởi tất cả các thành phầnthì phải có một phương tiện để kiểm soát việc sử dụng chúng

 tín hiệu điều khiển truyền cả lệnh và thông tin thời gian giữa các module hệ thống

 tín hiệu thời gian chỉ tính hiệu lực của dữ liệu và thông tin địa chỉ.

 Lệnh tín hiệu xác định các hoạt động được thực hiện.

 Bộ nhớ đọc: tạo dữ liệu từ vị trí giải quyết để được đặt trên bus

 I / O viết: tạo dữ liệu trên bus cần đưa ra cho các cổng I / O gửi

 I / O đọc: nhận dữ liệu từ I/ O port gửi đến được đặt trên bus

 Chuyển ACK: Chỉ ra rằng dữ liệu đã được nhận hoặc đặt trên bus

 Ngắt yêu cầu: Chỉ ra một ngắt đang chờ

 Ngắt ACK: thừa nhận rằng các gián đoạn cấp phát đã được công nhận

 lock: Được sử dụng để đồng bộ hóa các hoạt động

 Reset: Khởi tạo tất cả các module

 Các hoạt động của bus là như sau.

 Nếu một module muốn gửi dữ liệu khác, nó phải làm hai việc:

 (1) có được sử dụng bus

 (2) chuyển dữ liệu thông qua các bus.

 Nếu một module muốn yêu cầu dữ liệu từ các phân hệ khác, nó phải

 (1) có được sử dụng bus

 (2) chuyển một yêu cầu đến các module khác trên điều khiển và địa chỉ đường thích hợp Sau đó nó phải đợi cho rằng mô-đun thứ hai để gửi dữ liệu.

 Trong sự sắp xếp bus cổ điển, các dây dẫn là đường dây kim loại được khắc trên một thẻ hoặc bảng (bảng mạch in).

 Các bus mở rộng trên tất cả các thành phần hệ thống, mỗi trong số đó lẽ vào một số hoặc tất cả các tuyến bus -Hình 3.17

 Các bus bao gồm hai cột dọc của dây dẫn.

 Đều đặn dọc theo cột, có những điểm đính kèm trong các hình thức của các khe đó mở rộng ra theo chiều ngang để hỗ trợ một bảng mạch in.

bộ vi xử lý.

 Hiện, bus trên chip có thể kết nối với bộ xử lý và

bộ nhớ cache, trong khi một bus trên boards có thể kết nối với bộ xử lý cho bộ nhớ chính và các thành phần khác

 Sự sắp xếp này là thuận tiện nhất Một hệ thống máy tính nhỏ có thể bị thu hồi và sau đó mở rộng sau này (bộ nhớ nhiều hơn, nhiều I / O) bằng cách thêm board mạch

 Nếu một thành phần trên board không thành, board dễ dàng có thể được loại bỏ và thay thế

 1 Nhìn chung, thêm thiết bị gắn vào các bus

 Việc lớn hơn chiều dài bus và do đó càng chậm trễ đường truyền.

 Sự chậm trễ này xác định thời gian cần thiết cho các thiết bị cho phối hợp việc sử dụng bus.

 Khi điều khiển của bus đi từ một thiết bị khác thường, những sự chậm trễ đường truyền đáng kể

có thể ảnh hưởng đến hiệu suất.

 Vấn đề này có thể được phản chừng mực nào đó bằng cách tăng tốc độ dữ liệu mà các bus đó có thể mang theo và sử dụng bus rộng hơn (ví dụ, tăng bus dữ liệu 32-64 bit).

 Tuy nhiên, do tốc độ dữ liệu được tạo ra bởi các thiết bị kèm theo (ví dụ, đồ họa và điều khiển video, giao diện mạng) đang phát triển nhanh chóng, đây là một cuộc đua mà một bus này về cơ bản định để thua.

hình 3.18a kiến trúc bus truyền thống

 Bộ điều khiển bộ nhớ đệm kết nối bộ nhớ cache không chỉ để bus địa phương này, nhưng để một Bus hệ thống được đính kèm tất cả các mô-đun bộ nhớ chính.

 Việc sử dụng một cấu trúc bộ nhớ cache cách ly các bộ vi xử lý từ một yêu cầu để truy cập vào bộ nhớ chính thường xuyên Do đó, bộ nhớ chính có thể được di chuyển ra khỏi bus địa phương vào một Bus hệ thống.

 I / O chuyển đến và đi từ bộ nhớ chính trên bus hệ thống không can thiệp vào hoạt động của bộ xử lý.