Bài giảng Lập trình hợp ngữ - Chương 2: Tổ chức CPU

Chương 2 : Tổ chức CPU

Mục tiêu :

Nắm được chức năng của CPU

Hiểu được các thành phần bên trong CPU.

Nắm được cách CPU giao tiếp với thiết bị ngoại vi.

Biết được các đặc tính của CPU họ Intel

Chuong 2 : Tổ chức CPU

1

2.1 Giới thiệu hệ thống số

2.2 Bộ xử lý trung tâm CPU

2.3 Hệ thống Bus

2.4 Bộ thanh ghi

2.5 Cơ chế định vị địa chỉ

2.6 Các đặc tính thiết kế liên quan đến hiệu suất CPU họ Intel

2.7 Các đặc trưng của CPU họ Intel

2.8 Câu hỏi ôn tập

Chuong 2 : Tổ chức CPU

2

2.1 Hệ thống số

Cơ số dạng ký số và ký tự biểu diễn số

số ký

Hệ đếm

số

nhị phân 2 2 0 1

Ex : 1010_b

0 1 2 3 4 5 6 7 Ex : 24_o

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ex : 12_d

bát phân 8 8

thập phân 10 10

thập lục 16 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

phân

Ex : 3F8_h

Chuong 2 : Tổ chức CPU

3

Hệ thống số

Hệ thống số là gì ?

Vào thờI điểm đó, việc dùng các que để đểm là 1 ý tưởng vĩ đại!!

Còn việc dùng các ký hiệu thay cho các que đếm còn vĩ đại hơn!!!!

Một trong các cách để biểu diễn 1 số hiện nay là sử dụng hệ thống

số đếm decimal.

Có nhiều cách để biểu diễn 1 giá trị số. Ngày xưa, con ngườidùng

các que để

đếm sau đó đã học vẽ các hình trên mặtđất và trên giấy.

que).

Sau đó chữ số La Mã bắt đầu dùng các ký hiệu khác nhau để biểu

diễn nhiều số gọn hơn.

Thí dụ số 3 vẫn biểu diễn bởI 3 que | | | nhưng số 5 thì được thay

bằng V còn số 10 thì thay bằng X.

Chuong 2 : Tổ chức CPU

4

Hệ thống số

Sử dụng que để đếm là 1 ý nghĩa vĩ đạI ở thời điểm

này.Và việc dùng các ký hiệu để thay cho các que

đếm càng vĩ đại hơn!!!.

Một trong những cách tốt nhất hiện nay là dùng hệ thống

số thập phân (decimal system).

Chuong 2 : Tổ chức CPU

5

Decimal System

Con người ngày nay dùng hệ 10 để đếm.Trong hệ 10 có 10 digits

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Những ký số này có thể biểu diễn bất kỳ 1 giá trị nào, thí dụ :

754

Chuong 2 : Tổ chức CPU

6

Vị trí của từng ký số rất quan trọng, thí dụ nếu ta đặt "7"

ở cuối thì:

547

nó sẽ là 1 giá trị khác :

Chuong 2 : Tổ chức CPU

7

Binary System

MT không thông minh như con ngườI,nó dùng trạng thái của điện tử :

on and off, or 1 and 0.

MT dùng binary system, binary system có 2 digits:

0, 1

Như vậy cơ số (base) là 2.

Mỗi ký số (digit) trong hệ binary number được gọi là BIT, 4 bits nhóm

thành 1 NIBBLE, 8 bits tạo thành 1 BYTE, 2 bytes tạo thành

1 WORD, 2 words tạo thành 1 DOUBLE WORD (ít dùng):

Chuong 2 : Tổ chức CPU

8

Hexadecimal System

Hexadecimal System dùng 16 digits:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

do đó cơ số (base) là 16.

Hexadecimal numbers are compact and easy to read.

Ta dễ dàng biến đốI các số từ binary system sang hexadecimal system and

và ngược lại, mỗi nibble (4 bits) có thể biến thành 1 hexadecimal digit :

Ex : 1234_h= 4660_d

Chuong 2 : Tổ chức CPU

9

Các phép toán trong hệ nhị phân

cộng :

0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1+ 0 = 1

1 + 1 = 0 nhớ 1

trừ : 0 - 0 = 0 0 - 1 = 1 mượn 1 1 – 0 = 1 1- 1=0

Nhân : có thể coi là phép cộng liên tiếp

Chia : có thể coi là phép trừ liên tiếp

Chuong 2 : Tổ chức CPU

10

Các phép toán trong hệ nhị phân …

Bảng phép tính Logic cho các số nhị phân

A B A and A or A xor Not A

B

0

1

B B

0 0

1 1

1 0

0 0

0 1

1 0

1 1

1

0

Chuong 2 : Tổ chức CPU

11

Chuyển hệ töø 10 ➔ heä 2

Ñoåi töø heä 10 ➔ heä 2 :

Ex : 12d = 1100b

Caùch ñoåi : laáy soá caàn ñoåi chia lieân tieáp cho 2, döøng khi soá bò

chia baèng 0. Keát quaû laø caùc soá dö laáy theo chieàu ngöôïc laïi.

12 : 2 = 6

0 6 : 2 = 3

0

3 : 2 = 1

1

1 : 2 = 0 döøng

1

Chuong 2 : Tổ chức CPU

12

Chuyển hệ töø heä 2 ➔ heä 10

Ñoåi töø heä 2 ➔ heä 10 :

Ex : 1100_b= ?_d

Caùch ñoåi :  a_i*2ⁱvôùi i  0...n

a laø kyù soá cuûa soá caàn ñoåi.

1*2³+1*2²+0*2¹+0*2⁰= 12_d

a

Chuong 2 : Tổ chức CPU

13

Chuyển hệ töø heä 10 ➔ heä 16

Ñoåi töø heä 10 ➔ heä 16 :

Ex : 253_d= ?_h

Caùch ñoåi : laáy soá caàn ñoåi chia lieân tieáp cho 16, döøng khi soá bò chia

= 0. Keát quaû laø chuoåi soá dö laáy theo chieàu ngöôïc laïi.

253_d= FD_h

Chuong 2 : Tổ chức CPU

14

Chuyển hệ töø heä 2 ➔ heä 16

Ñoåi töø heä 2 ➔ heä 16 :

Ex : 101011010_b= ?_h

Caùch ñoåi : nhoùm 4 chöõ soá nhò phaân thaønh töøng nhoùm, roài chuyeån

ñoåi töøng nhoùm sang soá heä thaäp luïc phaân.

000101011010_d= 15A_h

1 5 A

Chuong 2 : Tổ chức CPU

15

2.2 Bộ xử lý trung tâm CPU

Chuong 2 : Tổ chức CPU

16

2.2 Bộ xử lý trung tâm CPU

CPU (Central Processing Unit) Bộ xử lý trung tâm –

Chức năng : thực hiện chương trình lưu trong bộ nhớ chính bằng

caùch lấy lệnh ra - khảo saùt - thực hiện lần lượt caùc lệnh.

Moãi CPU coù 1 taäp leänh rieâng. Chöông trình ñöôïc thöïc thi ôû CPU naøo

seõ chæ goàm caùc leänh trong taäp leänh cuûa CPU ñoù.

CPU gồm 1 số bộ phận tách biệt :

Bộ điều khiển lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu lệnh.

Bộ luận lý và số học (ALU) thực hiện phép toán như cộng, and.

Các thanh ghi (Registers) : lưu kết quả tạm thời và các thông tin điều

khiển.CPU giao tiếp với các bộ phận khác trong máy tính thông qua các

tuyến gọi là Bus

Chuong 2 : Tổ chức CPU

17

CPU (cont)

◼ Caùc nhaø cheá taïo CPU qui ñònh toác ñoä thöïc

hieän cuûa töøng chip phuø hôïp vôùi nhòp tim cuûa

chip ñoù (clock speed) toác ñoä ñoàng hoà, nhòp

ñoàng hoà.

◼ Ñôn vò ño toác ñoä cuûa chip CPU laø Mhz cho

bieát chip ñaäp bao nhieâu nhòp trong 1 s.

Ex : CPU 500Mhz.

Chuong 2 : Tổ chức CPU

18

Sơ đồ khối

đọc, phân

tích lệnh ,

ra lệnh cho

các đơn vị

chức năng

thực hiện

CPU

Main Memory

Control Unit

Có 2 tác vụ : Đọc /Ghi

2 loại dữ liệu:

1) Data : số liệu đầu vào,

kết quả,

ALU

dữ liệu trung gian

2) Chương trình

Registers

Phép toán: số

học, luận lý, so

sánh, dịch,

Đơn vị giao tiếp – IO Card

quay,xử lý bit

IO Device

Chuong 2 : Tổ chức CPU

19

Chu kyø leänh

Moät chu kyø thöïc hieän leänh maùy goàm 3 giai ñoaïn chính sau :

1. Laáy leänh : leänh caát ôû oâ nhôù seõ ñöôïc laáy vaøo thanh ghi

leänh.

2. Giaûi maõ vaø thöïc hieän leänh : leänh trong thanh ghi leänh seõ

ñöôïc giaûi maõ vaø thöïc hieän theo moâ taû cuûa leänh trong taäp

leänh.

3. Xaùc ñònh ñòa chæ cuûa leänh tieáp theo : trong khi leänh ñöôïc

thöïc hieän, giaù trò cuûa boä ñeám chöông trình seõ töï ñoäng

taêng leân chæ ñeán oâ nhôù chöùa leänh seõ ñöôïc thöïc hieän tieáp

theo.

Chu kyø leänh ñöôïc xaây döïng töø nhöõng ñôn vò cô baûn laø chu kyø maùy.

Chuong 2 : Tổ chức CPU

20