Cấu trúc và chức năng CPU
Giảng viên hướng dẫn : TS.Nguyễn Tiến Dũng
Nhóm sinh viên : Nhóm
FSSGroup_DT8_K50
Thành viên : Trịnh Văn Sơn
Phạm Hải Tuấn
Phạm Gia Như
Nguyễn Thanh Hải
Nguyễn Thị Xuyên
Nguyễn Thị Thùy
Nội dung
1. Tổ chức bộ vi xử lý
2. Tổ chức thanh ghi
3. Chu trình dòng lệnh
4. Kiến trúc Pipeline
5. Bộ xử lý PowerPC
I. Tổ chức bộ vi xử lý
Các chức năng của CPU

Nạp lệnh ( Fetch Instructions ) : CPU đọc 1 lệnh từ bộ nhớ

Biên dịch lệnh ( Interpret Instructions ) : Lệnh được mã hóa
để xác định hành động gì được yêu cầu.

Nạp dữ liệu ( Fetch Data ) : Sự thực thi 1 lệnh có thể yêu cầu
dữ liệu đang đọc từ bộ nhớ hoặc từ thiết bị vào ra

Xử lý dữ liệu ( Process Data ) : Một lệnh thi hành có thể phải
sử dụng một vài phép toán số học hoặc logic trên dữ liệu

Ghi dữ liệu ( Write Data ) : Kết quả của một thao tác thực


Là các thanh ghi tích lũy

Thanh ghi địa chỉ

Con trỏ đoạn (Segment pointers) : Nắm giữ địa chỉ cơ sở của thanh ghi

Các thanh ghi chỉ số (Index Registers ) :Được sử dụng cho việc đánh địa
chỉ

Con trỏ Stack (Stack pointers) : Thanh ghi chuyên dụng trỏ đến đỉnh
của ngăn xếp (Stack) , cho phép địa chỉ hóa ẩn

Các thanh ghi mã điều kiện (Flags)

Các bit được thiết lập bởi phần cứng CPU như là một kết quả của phép
toán.

Các vấn đề cần quan tâm

Số lượng thanh ghi

Độ dài các thanh ghi
II. Tổ chức thanh ghi (tiếp)

Thanh ghi trạng thái và điều khiển

Điều khiển hoạt động của CPU

Các thanh ghi này là ẩn với người sử dụng


5* 6 ??
II. Tổ chức thanh ghi (tiếp)

Ví dụ về sự tổ chức các thanh ghi
III. Chu trình lệnh

Chu trình vòng lệnh gồm các chu trình con dưới đây

Nạp: đọc lệnh tiếp theo từ bộ nhớ vào CPU

Thực thi: Biên dịch opcode và sử dụng các điều khiển chỉ dẫn

Ngắt: Nếu ngắt được kích hoạt và một ngắt đã xuất hiện, lưu trạng thái
lệnh hiện tại và phục vụ ngắt
III. Chu trình lệnh (Tiếp)

Để cụ thể hóa chu trình lệnh, chúng ta phải đưa vào một chu trình con, gọi là chu
trnh gin tip:

Có thể yêu cầu bộ nhớ truy nhập để truy xuất các operand

Địa chỉ gián tiếp yêu cầu nhiều bộ nhớ truy nhập hơn

Có thể xem như chu trình lệnh phụ thêm vào
III. Chu trình lệnh (tiếp)

Biểu đồ trạng thái chu trình lệnh
III. Chu trình lệnh (tiếp)



Luồng dữ liệu : Chu kỳ ngắt

Đơn giản

Có thể đoán trước

PC hiện tại được lưu để cho
phép khôi phục sau khi
ngắt

Nội dung của PC được sao
chép tới MBR

Vị trí bộ nhớ đặc biệt ( như
con trỏ ngăn xếp) được nạp
vào MAR

MBR được ghi vào bộ nhớ

PC được nạp với địa chỉ
của chương trình con quản
lý ngắt

Lệnh tiếp theo ( đầu tiên
của trình quản lý ngắt) có
thể được truy xuất
IV. Kiến trúc Pipeline

Kiến trúc Pipeline 2 công đoạn

IV. Kiến trúc Pipeline (tiếp)

Phân chia với các lệnh rẽ nhánh

Đa dòng

Đích rẽ nhánh tìm nạp trước

Bộ đệm vòng

Sự dự báo nhánh
IV. Kiến trúc Pipeline (tiếp)

Đa dòng

Có 2 xử lý liên lệnh

Tìm nạp trước mỗi nhánh rẽ vào một xử lý liên lệnh riêng biệt

Xử dụng xử lý liên lệnh tương thích

Nạp vào bộ nhớ kết hợp bus & thanh ghi

Nhiều nhánh nạp vào xử lý liên lệnh sau đó là cần thiết

Đích rẽ nhánh tìm nạp trước

Đích của lệnh rẽ nhánh được tìm nạp trước, thêm vào đó là các
lệnh theo sau lệnh rẽ nhánh.



Predict always taken

Predict by opcode

Dynamic

Có thể thay đổi trong khi thực thi chương trình

Bao gồm

Taken/Not taken switch

Branch history table( Bảng quá trình rẽ nhánh )
IV. Kiến trúc Pipeline (tiếp)
•
Dự báo nhánh

Static

Predict never taken

Cho rằng lệnh nhảy sẽ không xảy ra

Luôn luôn nạp lệnh tiếp theo

Predict always taken

Cho rằng lệnh nhảy sẽ xảy ra
