Bài giảng Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CPU - Nguyễn Duy Hảo

Nội dung text: Bài giảng Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CPU - Nguyễn Duy Hảo

1. MODUL:CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU Người thực hiện:Nguyễn Duy Hảo 1
2. Mục Tiêu:Người học có khả năng VỀ KIẾN THỨC: Trình bày bằng lời nói khái niệm CPU Mô tả được các thành phần bên trong CPU. Trình bày được phương thức giao tiếp giữa CPU với thiết bị ngoại vi. Trình bày được mối liên hệ phần cứng và phẩn mềm 2
3. Mục Tiêu:Người học có khả năng VỀ KĨ NĂNG VÀ THÁI ĐỘ: Hình thành kỹ năng làm việc nhóm Hình thành ý thức ham học hỏi,tìm tòi nghiên cứu hoạt động CPU Rèn luyện tính kiên nhẫn Trau dồi khả năng phân tích ,tổng hợp hóa vấn đề,tư duy kĩ thuật vấn đề khoa học 3
4. MỘT SỐ KHÁI NIỆM ◼ CẤU TRÚC:cách thức các thành phần hệ thống liên hệ với nhau ◼ CHỨC NĂNG:hoạt động của mỗi thành phần riêng lẻ với tư cách là một phần của cấu trúc 4
5. HÌNH ẢNH MÁY TÍNH 5
6. PHẦN A:TỔNG QUAN MÁY TÍNH ◼ Một hệ thống điện tử phức tạp ◼ Có tính phân cấp ◼ Mỗi cấp chứa tập hợp thành phần con ◼ Các thành phần có mối quan hệ chặt chẽ 6
7. CẤU TRÚC CỦA MÁY TÍNH ◼ Bốn thành phần chính: ◼ Đơn vị xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit) ◼ Bộ nhớ chính ◼ Các thành phần nhập xuất ◼ thành phần nối kết hệ thống 7
8. Trao đổi Lưu trữ thông tin chương (di chuyển trình và dữ liệu) dữ liệu Điều khiển hoạt động Liên của máy kết tính và xử CPU, lý dữ liệu RAM, thành phần xuất nhập8
9. CÂU HỎI : ◼ Bộ phận nào điều khiển hoạt động máy tính? ◼ Cấu tạo gồm những thành phần nào? ◼ Hoạt động như thế nào? 9
10. CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH Dữ liệu Dữ liệu Vào Ra (số , (số , hình ảnh, Máy tính hình ảnh, văn bản, văn bản, âm thanh, âm thanh, ) ) 10
11. CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH ◼ Lưu trữ dữ liệu ◼ Lưu dữ liệu,thông tin(văn bản,hình ảnh,âm thanh, ) ◼ Hình thức lưu dạng nhị phân 11
12. CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH ◼ Trao đổi thông tin ◼ Di chuyển dữ liệu ◼ Nhập xuất dữ liệu ◼ Truyền dữ liệu ◼ Giữa máy tính với thiết bị ◼ Giữa máy tính với máy tính 12
13. CHỨC NĂNG CỦA MÁY TÍNH ◼ Điều khiển ◼ Quản lý tài nguyên máy tính ◼ Điều phối vận hành các thành phần 13
14. PHẦN B:CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CPU ◼ MÔT SỐ KHÁI NIỆM: Cấu tạo:kết hợp nhiều bộ phận thành một vật thể Nguyên lý: quy luật được ứng dụng vào thực tế 14
15. MỘT SỐ CPU 15
16. 1.KHÁI NIỆM CPU ◼ CPU(Central Processing Unit ) ◼ Đơn vị xử lí trung tâm ◼ Mạch xử lý dữ liệu được lập trình sẵn ◼ Phần tử cốt lõi nhất của máy tính 16
17. 2.NHIỆM VỤ CỦA CPU ◼ Thực hiện lệnh chương trình ◼ Nhận lệnh ◼ Giải mã lệnh ◼ Nhận dữ liệu ◼ Xử lý dữ liệu ◼ Ghi dữ liệu 17
18. 3.CHỨC NĂNG CPU ◼ Điều khiển hoạt động của máy tính ◼ Thực thi chương trình ghi trên đĩa 18
19. 2.CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CPU ◼ ĐƠN VỊ GIAO TIẾP ◼ ĐƠN VỊ THỰC THI:EU (Execution BUS:BIU (BUS Interface Unit). Unit) ◼ chức năng gửi ra các ◼ điều khiển cho BIU tìm đúng lệnh, dữ địa chỉ liệu ◼ nhận các lệnh từ bộ nhớ ◼ đọc số liệu vào từ các cổng, bộ nhớ ◼ ghi dữ liệu 19
20. 2.1.Ðơn vị thi hành (Executive Unit) ĐƠN VỊ THỰC THI Bộ xử lý Bộ Bộ thanh số học thanh ghi ghi cờ và logic đa năng 21
21. Bộ xử lý số học và logic ◼ ALU(Arithmetic Logic Unit) ◼ xử lý thông tin đã số hoá của máy tính ◼ Thực hiện các phép tính cơ bản ◼ cộng, trừ (các số nhị phân) ◼ AND, OR, NOR, NOT ,đảo, quay, dịch các bít 22
22. Bộ thanh ghi cờ ◼ một thanh ghi 16 bít ◼ Lưu các thông tin đặc biệt trạng thái hiện thời CPU ◼ Lưu trạng thái kết quả của lệnh 23
23. Bộ thanh ghi đa năng ◼ AX:thực hiện phép toán số học,lệnh xuất nhập cổng,xử lý chuỗi ◼ BX:định địa chỉ cơ sở khi truy xuất các dữ liệu trong bộ nhớ ◼ CX:định số lần lặp lại trong một lệnh ◼ DX:để ghi kết quả của các phép toán nhân và chia, định địa cổng trong các phép xuất nhập 24
24. 2.2.ĐƠN VỊ GIAO TIẾP ◼ BIU(Bus Interface Unit) ◼ Gồm có: ◼ Hàng đợi lệnh (Instruction Queue) ◼ Các thanh ghi đoạn (Segment Register) ◼ Con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer) 26
25. HÀNG ĐỢI LỆNH ◼ một thanh ghi FIFO (First - In - First - Out) hàng đợi ◼ Chứa các lệnh tiếp theo ◼ tăng tốc độ của hệ thống ◼ kỹ thuật pipelining 27
26. CÁC THANH GHI ĐOẠN ◼ bốn thanh ghi CS, DS, ES, SS ◼ CS (Code Segment): chứa địa chỉ đoạn mã lệnh. ◼ DS (Data Segment): chứa địa chỉ đoạn dữ liệu. ◼ ES (Extra Segment): chứa địa chỉ đoạn dữ liệu bổ sung. ◼ SS (Stack Segment): chứa địa chỉ đoạn Stack. 28
27. CON TRỎ LỆNH IP ◼ địa chỉ offset lệnh kế tiếp (trong đoạn xác định bởi thanh ghi CS). ◼ thanh ghi IP tự động thay đổi chỉ địa chỉ offset lệnh sẽ được CPU thi hành kế tiếp. 29
28. 3.Bus ◼ Bus địa chỉ (Address BUS) ◼ BUS dữ liệu (Data BUS) ◼ BUS điều khiển (Control BUS) 30
29. BUS ĐỊA CHỈ ◼ CPU xác định và nhận ra vị trí của các thiết bị trong hệ thống. ◼ Các thiết bị này có thể là các ô nhớ, các cổng giao tiếp 31
30. BUS DỮ LIỆU ◼ chuyển dữ liệu và lệnh giữa bộ VXL với các thiết bị ◼ vừa phải thu và phát thông tin ◼ BUS hai chiều (Bidirectional BUS) ◼ không thể thu phát đồng thời cùng một lúc 32
31. BUS ĐIỀU KHIỂN ◼ tập hợp các đường dây điều khiển ◼ điều khiển các tác vụ của hệ thống ◼ 4 đến 10 đường tín hiệu ◼ các tín hiệu điều khiển điển hình: MEMR (MEMory Read), MEMW (MEMory Write), IOR (I/O Read) và IOW (I/O Write) 33
32. 3.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CPU ◼ CPU hoạt động hoàn toàn phụ thuộc vào các mã lệnh , mã lệnh là tín hiệu số dạng 0,1 ◼ CPU sẽ đọc và làm theo các chỉ lệnh một cách lần lượt ◼ Trong quá trình đọc và thực hiện các chỉ lệnh, các bộ giải mã sẽ giải mã các chỉ lệnh này thành các tín hiệu điều khiển 34
33. HỎI VÀ ĐÁP 1.Máy tính là gì ? 2.Trình bày cấu tạo và chức năng CPU ? 3.Trình bày chức năng của đơn vị thi hành ? 4.Trình bày chức năng đơn vị giao tiêp? 5.Nêu mối liên hệ các thành phần trong CPU? 35
34. Sơ đồ khối đọc, phân tích lệnh , ra lệnh cho CPU các đơn vị Main Memory chức năng Control Unit thực hiện Có 2 tác vụ : Đọc /Ghi 2 loại dữ liệu: ALU 1) Data : số liệu đầu vào, kết quả, dữ liệu trung gian 2) Chương trình Registers Phép toán: số Đơn vị giao tiếp – IO Card học, luận lý, so sánh, dịch, quay,xử lý bit IO Device Chuong 2 : Tổ chức CPU 36