Bài giảng Hệ thống máy tính - Chương 3: Kiến trúc tập lệnh - Trần Thị Minh Khoa
Chap3: KIẾN TRÚC TẬP LỆNH
(the Instruction Set Architecture level)
GV: TS. Trần Thị Minh Khoa
(chap5 Tanenbaum)(3t)
Mô hình lập trình của máy tính
Các đặc trưng của lệnh máy
Các kiểu thao tác của lệnh tính
Các phương pháp định địa chỉ
Phân loại tập lệnh
Kiến trúc tập lệnh Intel x86 (instruction format)
Mô hình lập trình của máy tính
Các đặc trưng của lệnh máy
Các kiểu thao tác của lệnh tính
Các phương pháp định địa chỉ
Phân loại tập lệnh
Kiến trúc tập lệnh Intel x86 (instruction format)
Mô hình lập trình của máy tính
Vị trí kiến trúc tập lệnh ISA trong máy tính
Nằm giữa phần cứng và NNLT cấp cao (HLL – High Level Language)
Giúp phần mềm tương thích khi kiến trúc phần cứng thay đổi
Mô hình lập trình của máy tính
Máy tính theo quan điểm lập trình
Mô hình lập trình của máy tính
Ví dụ về sự thi hành chương trình
Mô hình lập trình của máy tính
Tập thanh ghi (Registers)
Chứa các thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động ở thời
điểm hiện tại của CPU
Được coi là mức đầu tiên của hệ thống bộ nhớ
Số lượng thanh ghi nhiều tăng hiệu năng của CPU
Có hai loại thanh ghi:
Các thanh ghi lập trình được
Các thanh ghi không lập trình được
Mô hình lập trình của máy tính
Phân loại thanh ghi theo chức năng
Thanh ghi địa chỉ: quản lý địa chỉ của bộ nhớ hay cổng IO.
Thanh ghi dữ liệu: chứa tạm thời các dữ liệu.
Thanh ghi đa năng: có thể chứa địa chỉ hoặc dữ liệu.
Thanh ghi điều khiển/trạng thái: chứa các thông tin điều khiển
và trạng thái của CPU.
Thanh ghi lệnh: chứa lệnh đang được thực hiện.
Mô hình lập trình của máy tính
Một số thanh ghi điển hình
Các thanh ghi địa chỉ (Address Register)
Bộ đếm chương trình PC (Program Counter)
Con trỏ dữ liệu DP (Data Pointer)
Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer)
Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register)
Các thanh ghi dữ liệu (Data Register)
Thanh ghi trạng thái (Status Register)
Mô hình lập trình của máy tính
Bộ đếm chương trình PC
Còn được gọi là con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer)
Giữ địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được thi hành.
Sau khi một lệnh được nhận vào CPU, nội dung PC tự động
tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp.
Thanh ghi con trỏ dữ liệu DP
Chứa địa chỉ của ô nhớ dữ liệu mà CPU muốn truy cập
Thường có nhiều thanh ghi con trỏ dữ liệu cho phép chương
trình có thể truy cập nhiều vùng nhớ đồng thời.
Mô hình lập trình của máy tính
Ngăn xếp (Stack)
Ngăn xếp là vùng nhớ có cấu trúc LIFO (Last In - First Out) hoặc
FILO (First In - Last Out)
Ngăn xếp thường dùng để phục vụ cho chương trình con
Đáy ngăn xếp là một ô nhớ xác định
Đỉnh ngăn xếp là thông tin nằm ở vị trí trên cùng trong ngăn
xếp
Đỉnh ngăn xếp có thể bị thay đổi
Mô hình lập trình của máy tính
Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer)
Chứa địa chỉ của ô nhớ đỉnh ngăn xếp
Khi cất một thông tin vào ngăn xếp:
Thao tác PUSH
Nội dung của SP tự động tăng
Thông tin được cất vào ô nhớ đang trỏ bởi SP
Khi lấy một thông tin ra khỏi ngăn xếp:
Thao tác POP
Thông tin được đọc từ ô nhớ đang trỏ bởi SP
Nội dung của SP tự động giảm
Khi ngăn xếp rỗng, SP trỏ vào đáy
Mô hình lập trình của máy tính
Thanh ghi cơ sở và thanh ghi
chỉ số
Thanh ghi cơ sở: chứa địa chỉ
của ngăn nhớ cơ sở (địa chỉ cơ
sở)
Thanh ghi chỉ số: chứa độ lệch
địa chỉ giữa ngăn nhớ mà CPU
cần truy cập so với ngăn nhớ cơ
sở (chỉ số)
Địa chỉ của ngăn nhớ cần truy
cập = địa chỉ cơ sở + chỉ số
Mô hình lập trình của máy tính
Thanh ghi dữ liệu (Data Register)
Chứa các dữ liệu tạm thời hoặc các kết quả trung gian
Cần có nhiều thanh ghi dữ liệu
Các thanh ghi số nguyên: 8, 16, 32, 64 bit
Các thanh ghi số dấu chấm động: 32, 64, 80 bit
Thanh ghi trạng thái (Status Register)
Còn gọi là thanh ghi cờ (Flags Register) hoặc từ trạng
thái chương trình PSW (Program Status Word)
Chứa các thông tin trạng thái của CPU
Các cờ phép toán: báo hiệu trạng thái của kết quả phép
toán
Các cờ điều khiển: biểu thị trạng thái điều khiển của CPU
Mô hình lập trình của máy tính
Ví dụ cờ phép toán
Zero Flag (cờ rỗng): được thiết lập lên 1 khi kết quả của phép
toán bằng 0.
Sign Flag (cờ dấu): được thiết lập lên 1 khi kết quả phép toán
nhỏ hơn 0 (kết qủa âm)
Carry Flag (cờ nhớ): được thiết lập lên 1 nếu phép toán có nhớ
ra ngoài bit cao nhất cờ báo tràn với số không dấu.
Overflow Flag (cờ tràn): được thiết lập lên 1 nếu cộng hai số
nguyên cùng dấu mà kết quả có dấu ngược lại cờ báo tràn
với số có dấu .
Mô hình lập trình của máy tính
Ví dụ cờ điều khiển
Interrupt Flag (Cờ cho phép ngắt):
Nếu IF = 1 CPU ở trạng thái cho phép ngắt với tín hiệu yêu cầu ngắt
từ bên ngoài gửi tới
Nếu IF = 0 CPU ở trạng thái cấm ngắt với tín hiệu yêu cầu ngắt từ
bên ngoài gửi tới
Direction Flag (Cờ hướng):
Nếu DF=0 Truy cập bộ nhớ theo hướng tăng của địa chỉ ô nhớ
Nếu DF=1 Truy cập bộ nhớ theo hướng giảm của địa chỉ ô nhớ
Mô hình lập trình của máy tính
Ví dụ: Tập thanh ghi của một số bộ xử lý
Mô hình lập trình của máy tính
Các đặc trưng của lệnh máy
Các kiểu thao tác của lệnh tính
Các phương pháp định địa chỉ
Phân loại tập lệnh
Kiến trúc tập lệnh Intel x86 (instruction format)
Các đặc trưng của lệnh máy
Giới thiệu chung về tập lệnh
Mỗi bộ xử lý có một tập lệnh xác định
Tập lệnh thường có hàng chục đến hàng trăm lệnh
Mỗi lệnh là một chuỗi số nhị phân mà bộ xử lý hiểu được để
thực hiện một thao tác xác định.
Các lệnh được mô tả bằng các ký hiệu gợi nhớ chính là các
lệnh của hợp ngữ (assembly), ví dụ: ADD, SUB, LOAD, STORE,…
Các đặc trưng của lệnh máy
Các thành phần của lệnh máy
Opcode
Operand address
Mã thao tác (operation code): mã hóa cho thao tác mà bộ
xử lý phải thực hiện bằng số nhị phân (làm gì?)
Địa chỉ toán hạng (operand address): chỉ ra nơi chứa các
toán hạng mà thao tác sẽ tác động (làm ở đâu?)
Toán hạng nguồn: dữ liệu vào của thao tác
Toán hạng đích: dữ liệu ra của thao tác
Toán hạng: Thanh ghi, bộ nhớ, thiết bị ngoại vi,…
Ví dụ: 1 lệnh 16 bit có 2 toán hạng
Tải về để xem bản đầy đủ
78 trang
11/05/2022
5520
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống máy tính - Chương 3: Kiến trúc tập lệnh - Trần Thị Minh Khoa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_he_thong_may_tinh_chuong_3_kien_truc_tap_lenh_tran.pdf
