Tổ Chức và Cấu Trúc Máy Tính

1

2017

Tổ Chức và Cấu Trúc Máy Tính

Ths Hồ Đình Khả

Mail: [email protected]

Trường ĐH Công Nghệ Sài Gòn

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

• Lích sử phát triển và hoạt động của máy tính

• Cấu trúc liên kết

• Biểu diễn thông tin

• Cấu trúc và chức năng của CPU

• Bộ nhớ

• Hệ thống xuất/nhập

• Mạch Logic (thêm)

2

Nội Dung



➢ William Stallings – Computer Organization and Atchitecture

➢ Slide bài giảng STU

3

Tài liệu tham khảo



• Đánh giá

– Giưa kỳ: 30%

– Cuối kỳ: 70%

Tổ Chức và Cấu Trúc Máy Tính - Chương 1. Tổng quan

1 2

3 4

2

2017

Chương 1 Tổng Quan



NỘI DUNG CHÍNH

Giới thiệu tổng quan

Phân loại máy tính

Sơ đồ phân cấp

VD và/hay BT

Cơ sở dữ liệu (2014) 6

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

7Giới thiệu tổng quan




Ví dụ và/hoặc Bài tập



➢ Máy tính (Computer) là máy xử lý dữ liệu, hoạt động một

cách tự động dưới sự điều khiển của một danh sách các lệnh

(gọi là chương trình) được lưu trữ trong bộ nhớ chính của nó.

➢ Một hệ thống máy tính (Computer System) bao gồm một

máy tính và các thiết bị ngoại vi.

➢ Thiết bị ngoại vi (Peripherals) bao gồm các thiết bị nhập,

thiết bị xuất và bộ nhớ thứ cấp

Giới thiệu tổng quan 8

Các khái niệm và công nghệ





5 6

7 8

3



• Kiến trúc là những thuộc tính hữu hình

tới người lập trình hoặc thuộc tính này

ảnh hưởng trực tiếp sự thực thi của

chương trình về mặt logic

– Tập lệnh, số bit miêu tả dữ liệu, cơ

chế xuất / nhập, kỹ thuật địa chỉ

hóa.Vd Có lệnh nhân không?

• Tổ chức là các đơn vị điều hành và sự

nối kết của chúng dựa trên một kiến

trúc cụ thể.

– Tín hiệu điều khiển, giao diện, công

nghệ bộ nhớ. Vd Có một phần cứng

đảm trách nhiện vụ nhân hay là

thực hiện quá trình cộng liên tiếp?












• Tất cả họ Intel x86 đều có kiến trúc cơ bản giống

nhau.

• IBM System/370 đều có kiến trúc cơ bản giống

nhau.

• Mã lệnh tương thích.

– Chí ít tương thích lùi->Tại sao???

• Tổ chức thì khác biệt giữa các phiên bản.

• Một kiến trúc có nhiều tổ chức.

• Kiến trúc tồn tại lâu hơn, tổ chức thay đổi theo

công nghệ


1








• Tại sao phải học môn TC&CTMT?


9 10

11 12

4



• Để trở thành chuyên nghiệp trong lĩnh vực máy tính ngày

nay. Bạn không nên xem máy tính như một hộp đen (black

box) thực hiện các chương trình bằng ma thuật.

• Bạn nên hiểu các thành phần chức năng của một hệ thống

máy tính. Đặc tính hiệu suất và sự tương tác của chúng.

• Bạn cần hiểu rõ KTMT để có thể xây dựng các chương trình

chạy hiệu quả trên máy tính.

• Khi chọn lựa để dùng một hệ thống, bạn phải có khả năng

hiểu được ưu và nhược điểm của các thành phần khác nhau.

Ví dụ tốc độ xung nhịp CPU so với kích thước bộ nhớ




• Nhận biết bản chất phân cấp của các hệ thống phức tạp nhất

– Hệ thống phân cấp là tập hợp các hệ thống con có quan hệ với

nhau. Sao cho mỗi hệ thống con này lại có tính phân cấp về cấu trúc

như vậy, cho đến khi chúng ta đạt đến hệ thống con nguyên tử thấp

nhất.

• Cấu trúc là cách mà các thành phần quan hệ với các thành

phần khác

• Chức năng là thao tác của các thành phần riêng lẽ như một

phần của cấu t

• Theo cách mô tả, có 2 cách tiếp cận

– Bottom-up

– Top-down


4

Cấu trúc và chức năng







• Xử lý dữ liệu (data processing)

• Lưu trữ dữ liệu (data storage)

• Dịch chuyển dữ liệu (data movement)

• Điều khiển (control)


Chức năng





Data

Movement

Apparatus

Control

Mechanism

Data

Storage

Facility

Data

Processing

Facility




Tác vụ





13 14

15 16

5



Sơ đồ phân cấp 17

Cấu trúc





COMPUTER

Main

Memory

Input

Output

Systems

Interconnection

Peripherals

Communication lines

Central

Processing

Unit

Computer




Cấu trúc- Bộ Xử Lí (CPU)





Computer Arithmetic

and

Logic Unit

Control

Unit

Internal CPU

Interconnection

Registers

CPU

I/O

Memory

System

Bus

CPU




Cấu trúc–Đơn vị điều khiển

(Control Unit)





19

CPU

Control

Memory

Control Unit

Registers and

Decoders

Sequencing

LogicControl

Unit

ALU

Registers

Internal

Bus

Control Unit



➢ Ngôn ngữ tự nhiên (natural language):

▪ Do con người sử dụng. Lệ thuộc ngữ cảnh, không có tính chính xác và nhất quán cần

thiết cho máy tính.

▪ Không sử dụng được cho máy tính

➢ Ngôn ngữ máy (machine language)

▪ Là các ký hiệu nhị phân (0 và 1) mà các linh kiện điện tử trong máy tính hiểu và xử

lý được.

▪ Rất khó khăn khi con người sử dụng trực tiếp.

➢ Ngôn ngữ ký hiệu ( Symbolic language/ Assembly languge dạng ký

hiệu/ gợi nhớ của tập lệnh CPU.

➢ Ngôn ngữ lập trình (Programming language)

▪ Là trung gian giữa ngôn ngữ tự nhiên và ngôn ngữ máy.


Ngôn ngữ lập trình





17 18

19 20

6



Ngôn ngữ lập trình







➢ Hệ điều hành là chương trình quản lý các tài nguyên của

máy tính hỗ trợ tốt nhất cho việc thực thi của các chương

trình khác nhau trên máy tính

➢ Các chương trình cung cấp dịch vụ chung cho các chương

trình khác được gọi là phần mềm hệ thống (system

software)

➢Hệ điều hành, chương trình dịch, các driver phần cứng.

➢ Phần mêm ứng dụng( applications software) là các phần

mềm cung cấp dịch vụ cho các người sử dụng máy tính (

Users)

➢Word, excel, photoshop,…


Phần mềm







• Personal computer (PC)

Phân loại máy tính 2

4

Máy tính





21 22

23 24

7



• Vector supercomputer


5

Máy tính







• Symmetric multiprocessor


6

Máy tính







• Paralled computer


7

Máy tính








7 lớp chức năng





28

• Mức transistor và dây nối:

– Là mức thấp nhất của kiến

trúc chức năng của máy

• Mức mạch logic số

• Mức kiến trúc vi mô

• Mức kiến trúc tập lệnh

• Hệ điều hành

• Hợp ngữ

• Mức ngôn ngữ cấp cao

25 26

27 28

8



Bài tập

29Bài tập





2017

Chương 2 Sư Phát Triển Và Hiệu Xuất



NỘI DUNG CHÍNH

Mô hình máy tính

Lịch sử phát triển


VD và/hay BT

3

1

MÔ HÌNH MÁY TÍNH

3

2






29 30

31 32

9



• Các máy tính điện tử số thường có 2 loại kiến trúc:

– Von- newmann

– Harvard

Mô hình máy tính 3

3






SƯ PHAT TRIÊN VA

HIỆU XUÂT

3

4








• Phát triển nhằm vào:

– Phát triển tốc độ CPU

– Giảm kích thước thành phần

– Tăng kích thước bộ nhớ

– Tăng tốc độ I/O

• Tốc độ phát triển?

• Cân bằng hiệu xuất các thành phần?

Lịch sử phát triển 3

5

Sư Phát Triển Và Hiệu Xuất







• Thiết kế bởi Mauchly và Echert Đại Học

Pennsylvania

• Được xem là máy tính điện tử đầu tiên

• » BIG!– 18,000 ống điện tử (tubes)

– 70,000 điện trở (resistors)

– 10,000 Tụ (capacitors)

– 6,000 công tắc (switches)

– 9 x 15 m

– 140 kW

• Sử dụng hệ thập phân

• Chương trình điều khiển bằng công tắc.

• Lịch sử phát triển 3

6

ENIAC





33 34

35 36

10






• Mô hình Von Neumann

• Phát triển khái niêm lưu trữ chương trình trong bộ

nhớ

• Kiến trúc này được biết như là mô hình “von

Neumann” và được xem là nền tảng cho các máy

tính số tốc độ cao ngày nay .

• Mộ số nét đặc trưng .

– Dữ liệu và Lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ đọc ghi

– Phương pháp điều khiển được lập trình chính xác mà

không cần có thay đổi nào trong phần cứng


8

IAS (Institute for Advanced Studies)











0

Mô Hình Von Neumann





37 38

39 40

11



• 1000 x 40 bit words

– Số nhị phân

– 2 x 20 bit Lệnh

• Tập thanh ghi (Trong CPU)

– Memory Buffer Register (MBR)

– Memory Address Register (MAR)

– Instruction Register (IR)

– Instruction Buffer Register (IBR)

– Program Counter (PC)

– Accumulator (ACC)


1

IAS








2

Cấu trúc IAS

42

Main

Memory

Arithmetic and Logic Unit

Program Control Unit

Input

Output

Equipment

MBR

Arithmetic & Logic Circuits

MQAccumulator

MAR

Control

Circuits

IBR

IR

PC

Address

Instructions

& Data

Central Processing Unit







❖ Söï bieán ñoåi coâng ngheä.

❖ Transistors

❖ Ngoân ngöõ caáp cao

❖ Xöû lí daáu chaám ñoäng


3

Theá heä 2 (1958 - 1964)







❖Maïch tích hôïp (IC :integrated circuit)

❖ Boä nhôù baùn daãn ( Semiconductor memory)

❖Microprogramming,pipeling, cache

❖Multiprogramming and time-shading OS

❖ IBM 360/370, CDC 6600/7600, TI ASC, PDP-8


4

Theá heä 3 (1964 - 1974)





41 42

43 44

12



❖ Coâng ngheä VLSI (Very Large Scale Integration)

❖ Boä nhôù baùn daãn (semiconductor memories.)

❖ Single board computers

❖ Xöû lí song song : multiprocessors, vector,

supercomputers, multicomputers

❖ Heä ñieàu haønh ña xöû lí (Multiprocessors OS):Ngoân

ngöõ ,Trình bieân dòch vaø moâi tröôøng

❖ VAX 9000, Cray X-MP, IBM 3090, BBN TC2000.


5

Theá heä 4 (1974 -1990)










❖ Coâng ngheä maät ñoä vaø toác ñoä cao.

❖ Coâng ngheä sieâu luoàng

❖Maïng truyeàn thoâng,Trí tueä nhaân taïo


7

Theá heä 5(1991 - Nay)







• Ông điện tư - 1946-1957

Transistor - 1958-1964

• Ti lệ tich hơp nho - 1965 on

– 100 thiêt bi trên 1 chip• Ti lệ tich hơp trung binh - 1971

– 100-3,000 thiêt bi trên 1 chip• Ti lệ tich hơp lơn - 1971-1977

– 3,000 - 100,000 thiêt bi trên 1 chip• Ti lệ tich hơp rât lơn - 1978

– 100,000 - 100,000,000 thiêt bi trên 1 chip• Ti lệ tich hơp cưc lơn

– Trên 100,000,000 thiêt bi trên 1 chip


8

Tổng kêt





45 46

47 48

13



• Tăng mât đô cac thành phân trên chip.

• Sô transistors trên chip gâp đôi môi năm.

• Vào 1970 sư phat triên co phân châm.

– Gâp đôi môi 18 thang

• Gia chip giư nguyên không đôi.

• Mât đô đong goi cao hơn co nghia là khoang cach

đường truyên ngăn hơn dân tơi hiệu xuât cao

hơn.

• Kich thươc nho dân tơi tinh mêm deo hơn

• Yêu câu giam bơt năng lương và làm mat

• Sư nôi kêt môt vài tinh năng làm tăng đô tin cây.


9

Luật Moore








0

Sơ Đồ Sô Transistor Trong CPU Theo Năm







❖ 1964

❖Minicomputer đâu tiên.

❖ Không cân điêu kiện làm mat.

❖ $16,000

❖ Cac ưng dung nhung & OEM

❖ Câu truc Bus


1

DEC PDP-8

OMNIBUS

Console

Controller

CPU Main Memory I/O

Module

I/O

Module







1971 - 4004

– Microprocessor đâu tiên.

– Tât ca thành phân CPU trên môt chip đơn.

– 4 bit

1972 by 8008

– 8 bit

– Ca 2 đươc thiêt kê cho cac ưng dung đăc biệt.

1974 - 8080

– Microprocessor co nhiêu công dung tông quat

đâu tiên cua Intel


2

Intel





49 50

51 52

14



❖ Pipelining

❖ On board cache

❖ On board L1 & L2 cache

❖ Branch prediction

❖ Data flow analysis

❖ Speculative execution


3

Speed up







• Tôc đô CPU càng tăng

• Dung lương bô nhơ càng tăng.

• Tôc đô bô nhơ luôn châm hơn nhiêu so vơi CPU


4

Không tương xứng








5

Net đăc trưng DRAM và Processor








6

Khuynh hướng sử dụng DRAM





53 54

55 56

15



• Tăng sô bit truyên tai môt thời điêm->Mở rông Bus DATA

• Thay đôi cach giao tiêp đê hiệu qua hơn

– Cache,Buffer

• Giam tân xuât truy xuât bô nhơ.

– Sư dung cache phưc hơp và cache on chip

• Tăng băng thông giưa CPU và bô nhơ.

– Tôc đô BUS cao hơn

– Phân câp BUS


7

Hướng giải quyêt.







• Các siêu máy tính (Super Computer): là các máy

tính đắt tiền nhất và tính năng kỹ thuật cao nhất.

Giá bán một siêu máy tính từ vài triệu USD. Các

siêu máy tính thường là các máy tính vectơ hay

các máy tính dùng kỹ thuật vô hướng và được thiết

kế để tính toán khoa học, mô phỏng các hiện

tượng. Các siêu máy tính được thiết kế với kỹ thuật

xử lý song song với rất nhiều bộ xử lý (hàng ngàn

đến hàng trăm ngàn bộ xử lý trong một siêu máy

tính).


8

Phân Loại Máy tính







• Các máy tính lớn (Mainframe) là loại máy tính đa

dụng. Nó có thể dùng cho các ứng dụng quản lý

cũng như các tính toán khoa học. Dùng kỹ thuật

xử lý song song và có hệ thống vào ra mạnh. Giá

một máy tính lớn có thể từ vài trăm ngàn USD đến

hàng triệu USD.

• Máy tính mini (Minicomputer) là loại máy cở trung,

giá một máy tính mini có thể từ vài chục USD đến

vài trăm ngàn USD.

• Máy vi tính (Microcomputer) là loại máy tính dùng

bộ vi xử lý, giá một máy vi tính có thể từ vài trăm

USD đến vài ngàn USD.


9

Phân Loại Máy tính







Bài tập

60Bài tập





57 58

59 60

16

2017

Chương 3 Thông tin và mã hóa thông tin



NỘI DUNG CHÍNH

Hệ đếm

Biểu diễn số

Biểu diễn kí tự

Cổng logic

Bài tập

Cơ sở dữ liệu (2014) 6

2

HỆ ĐẾM

6

3

Hệ đêm

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



• Thông tin: là nội dung chứa đựng bên

trong một sự kiện

• Tín hiệu: mô tả các biểu hiện vật lý

của tin tức

– Tín hiệu tương tự: liên tục cả về biên độ

và thời gian

– Tín hiệu số: gián đoạn cả về biên độ và

thời gian

Hệ đêm 6

4

Khái niệm

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

61 62

63 64

17



1. Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng

thái cho sẵn trong nhiều trạng thái có thể có vào một thời

điểm cho trước.

Hệ đêm 6

5

Hệ đêm

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



• Công thức lượng thông tin: I = Log 2(N)

– I: là lượng thông tin tính bằng bit

– N: là số trạng thái có thể có

• VD: I = Log2(8) = 3 bit

• ->Lượng thông tin là số con số nhị phân cần thiết để

biểu diễn số trạng thái có thể có

Hệ đêm 6

6

Lượng thông tin

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

BIỂU DIỄN SỐ

6

7

Biể diễn sô

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



• Dạng tổng quát để biểu diễn giá trị của một số:

– Vk: Số cần biểu diễn giá trị

– m: số thứ tự của chữ số phần lẻ (-1 đến -m)

– n-1: số thứ tự của chữ số phần nguyên (0 đến n-1)

– bi: giá trị của chữ số thứ i

– k: hệ số (k=10: hệ thập phân; k=2: hệ nhị phân;...).

Biểu diễn sô 6

8

Biểu diễn các sô

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

65 66

67 68

18



Biểu diễn sô 6

9

Hệ thông sô

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



Chuyển đổi hệ thống số


Thập phân Nhị phân

Bát phân

Thập lục

phân

Tính nhẩm

QT 1,2,3

QT 4

QT 5



• Cách biểu diễn bằng trị tuyệt đối và dấu

– Trong cách này, bit dn-1 là bit dấu và các bit

từ d0 tới dn-2 cho giá trị tuyệt đối

• Ví dụ: +2510 = 000110012 ; -2510 = 100110012

– Một Byte (8 bit) có thể biểu diễn các số có

dấu từ -127 tới +127.

– Có hai cách biểu diễn số không là 0000

0000 (+0) và 1000 0000 (-0)

Biểu diễn sô 71

Biểu diễn sô nguyên có dấu

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



• Cách biểu diễn bằng số bù 1

– Số âm -N được có bằng cách thay các số nhị phân

di của số đương N bằng số bù của nó (đảo bít)

• Ví dụ: +2510= 000110012 ; -2510 = 111001102

– Một Byte cho phép biểu diễn tất cả các số có dấu

từ -127 (1000 00002) đến 127 (0111 11112)

– Có hai cách biểu diễn cho 0 là 0000 0000 (+0) và

1111 1111 (-0).



Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

69 70

71 72

19



• Cách biểu diễn bằng số bù 2

– Để có số bù 2 của một số nào đó, người ta

lấy số bù 1 rồi cộng thêm 1.

• Ví dụ: +2510 = 000110012 ; -2510 = 111001112

– Dùng 1 Byte (8 bit) để biểu diễn một số có

dấu lớn nhất là +127 và số nhỏ nhất là –

128.

– Chỉ có một giá trị 0: +0 = 000000002,

-0 = 000000002



Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



• Cách biểu diễn bằng số thừa K

– Trong cách này, số dương của một số N có được

bằng cách “cộng thêm vào” số thừa K được chọn

sao cho tổng của K và một số âm bất kỳ luôn luôn

dương. Số âm -N của số N có được bằng cáck lấy

K-N (hay lấy bù hai của số vừa xác định).

• VD: +2510 = 100110012 ; -2510 = 011001112

– Dùng 1 Byte (8 bit) để biểu diễn một số có dấu lớn

nhất là +127 và số nhỏ nhất là –128.

– Chỉ có một giá trị 0: +0 = 100000002, -0 =

100000002

Biểu diễn sô 7

4


Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



– Ví dụ: Số 25410 có thể biểu diễn dưới các dạng sau:

254 * 100; 25.4 * 101; 2.54 * 102; 0.254 * 103; 0.0254 * 104; …

– Số (0.00011)2 (tương đương với số 0.0937510) có thể biểu

diễn dưới các dạng :

0.00011; 0.00011 * 20 ; 0.0011 * 2-1; 0.011 * 2-2; 0.11 * 2-3; 1.1 *

2-4

• ->Các cách biểu diễn này gây khó khăn trong một số phép so

sánh các số. Để dễ dàng trong các phép tính, các số được

chuẩn hoá về một dạng biểu diễn:

– ± 1. fff...f x 2± E

– Trong đó: f là phần lẻ; E là phần mũ


Biểu diễn sô với dấu chấm động

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



• Ví dụ các bước biến đổi số thập phân -12.62510 sang số chấm

động chuẩn IEEE 754 chính xác đơn (32 bit:1,8,23):

– Bước 1: Đổi số -12.62510 sang nhị phân: -12.62510 = -

1100.1012

– Bước 2: Chuẩn hoá: -1100.1012 = -1.1001012x 23 (Số

1.1001012 dạng 1.f)

– Bước 3: Điền các bit vào các trường theo chuẩn:

– Số âm: bit dấu S có giá trị 1. Phần mũ E với số thừa K=127,

ta có: E-127=3 ⇒ E = 3 + 127 = 130 (1000 00102).


Biểu diễn sô với dấu chấm động

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

73 74

75 76

20



1. Tuỳ theo các hệ thống khác nhau, có thể sử dụng các bảng

mã khác nhau: ASCII, EBCDIC, UNICODE,....Các hệ thống

trước đây thường dùng bảng mã ASCII (American Standard

Codes for Information Interchange) để biểu diễn các chữ, số

và trong một Byte. Hiện nay, một trong các bảng mã thông

dụng được dùng là Unicode, trong bảng mã này, mỗi ký tự

được mã hoá bởi 2 Byte.


Biểu diễn các ký tư

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

CỔNG LOGIC

7

8

Cổng Logic

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



Cổng logic 79

Mạch logic cơ bản

Hàm logic Phần tử logic Bảng chân trị

NOT?

AND?

OR ?

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



Cổng logic 80

Biểu diễn hàm logic bằng sơ đồ

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

77 78

79 80

21



Bài tập• . Dựa vào tiêu chuẩn nào người ta phân chia máy tính thành các

thế hệ?

• 2. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ nhất?

• 3. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ hai?

• 4. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ ba?

• 5. Đặc trưng cơ bản của các máy tính thế hệ thứ tư?

• 6. Khuynh hướng phát triển của máy tính điện tử ngày nay là gì?

• 7. Việc phân loại máy tính dựa vào tiêu chuẩn nào?

• 8. Khái niệm thông tin trong máy tính được hiểu như thế nào?

• 9. Lượng thông tin là gì ?

• 10. Sự hiểu biết về một trạng thái trong 4096 trạng thái có thể có

ứng với lượng thông tin là bao nhiêu?

• 11. Điểm chung nhất trong các cách biểu diễn một số nguyên n bit

có dấu là gì?

81Bài tập

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập



Bài tập• 12. Số nhị phân 8 bit (11001100)2, số này tương ứng với số nguyên

thập phân có dấu là bao nhiêu nếu số đang được biểu diễn trong

cách biểu diễn:

– a. Dấu và trị tuyệt đối.

– b. Số bù 1.

– c. Số bù 2.

• 13 Đổi các số sau đây:

– a. (011011)2 ra số thập phân.

– b. (-2005)10 ra số nhị phân 16 bits.

– c. (55.875)10 ra số nhị phân.

• 14. Biểu diễn số thực (31.75)10 dưới dạng số có dấu chấm động

chính xác đơn 32 bit

82Bài tập

Hệ đếm

Biểu diễn số


Cổng Logic

Bài tập

2017

Chương 4 Liên kết hệ thống



NỘI DUNG CHÍNH

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết

VD và/hay BT

8

4

81 82

83 84

22

CHU KÌ LỆNH

8

6


Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




– Các thành phần nối kết trật tự để trau

đổi dữ liệu và điều khiển tín hiệu.

• Chia sẽ BUS

• Phân tầng BUS.

– Thiết kế BUS

• Phân xử

• Định thời

• Độ rộng BUS

Chu kì lệnh 8

7

Mục tiêu

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Cac hệ thông găn cưng thi không thê thay đôi đươc

• Phân cưng đa năng co thê làm đươc cac tac vu khac nhau,

dưa vào việc kiêm tra cac tin hiệu điêu khiên.

• Thay vi thiêt lâp lai đường dân , cung câp môt tâp cac tin

hiệu điêu khiên mơi.

Chu kì lệnh 8

8

Khái niệm Program

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


85 86

87 88

23



• Tuân tư cac bươc.

• Ưng vơi môi bươc , môt tac vu tinh toan hay luân li đươc

làm.

• Ưng vơi môt tac vu, môt tâp cac tin hiệu điêu khiên cân đên.

Chu kì lệnh 8

9

Khái niệm Program

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Môi tac vu co môt ma đơn đươc cung

câp.

– VD:. ADD, MOVE

• Môt phân đoan phân cưng châp nhân

ma và phat ra cac tin hiệu điêu khiên.

• Chung ta co môt may tinh!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Chu kì lệnh 9

0

Chức Năng Cua Control Unit

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Control Unit + Arithmetic + Logic Unit

= Central Processing Unit (CPU)

• Dư liệu và Lệnh (Data và instruction)

cân đưa vào hệ thông và đưa kêt qua

ra.

– Nhâp/Xuât (I/O:Input/output)

• Lưu trư tam ma và kêt qua

– Bô nhơ chinh (Main memory)

Chu kì lệnh 9

1

Các Thành Phần

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




Chu kì lệnh 9

2

Các thành phần máy tính :

(Top Level )

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


89 90

91 92

24



• Hai bươc:

– Tim nap (Fetch)

– Thi hành (Execute)

Chu kì lệnh 9

3

Chu kì lệnh

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• PC (Program Counter) lưu trư đia chi lệnh nap kê tiêp.

• Vi xư li tim nap lệnh tư vi tri bô nhơ chi bởi PC.

• Tăng PC

• Lệnh đa đươc nap vào IR (Instruction Register)

• Vi xư li dich lệnh và thưc hiện yêu câu.

Chu kì lệnh 9

4

Chu trình tìm nạp

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Processor-memory

– Dư liệu truyên giưa CPU và main memory

• Processor I/O

– Dư liệu truyên giưa CPU và đơn vi I/O

• Data processing

– Môt vài tac vu toan hoc hoăc logic trên dư liệu

• Control

– Sư thay đôi trinh tư cua cac tac vu

– Vd: Nhay

• Sư phôi hơp ở trên

Chu kì lệnh 9

5

Chu trình thi hành

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Thanh ghi tích lũy AC

• Chiều dài lệnh và dữ liệu: 16bit

• Tổ chức bộ nhớ: 16 bit

• Định dạng lệnh:

Chu kì lệnh 9

6

Ví dụ

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


Opcode (4bit) 12bit=4096 byte bộ nhớ

93 94

95 96

25



Chu kì lệnh 9

7

Ví dụ

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




Chu kì lệnh 9

8

Chu kì lệnh -

Sơ đồ trạng thái.

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


NGẮT QUẢNG

9

9

Ngắt quảng

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Program

– VD: tràn bô nhơ, Chia cho không.

• Timer

– Sư dung quyên ưu tiên trong multi-tasking

• I/O

– Tư điêu khiên I/O

• Lôi Hardware

– Vd : Lôi memory parity

Ngắt quảng 1

0

Ngắt quảng

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


97 98

99 100

26



• Ngoại vi đòi hỏi nhập hoặc xuất số liệu. �

• Người lập trình muốn dùng dịch vụ của hệ điều hành.

• Cho một chương trình chạy từng lệnh.

• Làm điểm dừng của một chương trình. �

• Báo tràn số liệu trong tính toán số học. �

• Trang bộ nhớ thực sự không có trong bộ nhớ. �

• Báo vi phạm vùng cấm của bộ nhớ. �

• Báo dùng một lệnh không có trong tập lệnh.

• Báo phần cứng máy tính bị hư.

• Báo điện bị cắt.

Ngắt quảng 10

1

Ngắt quảng

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




Ngắt quảng 10

2

Program Flow Control

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Nêu co ngăt quang:

– Tam ngưng thưc thi chương trinh hiện tai.

– Lưu ngư canh.

– Đăt PC tơi đia chi băt đâu cua thu tuc xư li

ngăt quang.

– Xư li ngăt quang.

– Phuc hôi ngư canh và tiêp tuc thưc thi

chương trinh

Ngắt quảng 10

3

Chu Kì Ngắt Quảng

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




Ngắt quảng 10

4

Chu Kì Ngắt Quảng

Sơ đồ trạng thái

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


101 102

103 104

27



• Vô hiệu hoa ngăt quang.

– CPU lờ cac ngăt quang xa hơn nưa trong khi xư li môt ngăt

quang.

– Nhưng ngăt quang còn lai chưa giai quyêt đươc kiêm tra

sau khi ngăt quang đâu đa đươc xư li.

– Cac ngăt quang đươc xư li theo trinh tư như chung đươc

tim thây.

• Đinh nghia quyên ưu tiên.

– Cac ngăt quang co ưu tiên thâp co thê bi ngăt bởi ngăt

quang co quyên ưu tiên cao hơn

– Khi ngăt quang co quyên ưu tiên cao hơn đa đươc xư li,

CPU tra vê ngăt quang trươc đo.

Ngắt quảng 10

5

Đa ngắt quảng.

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




printer(2); comminication(5); Disk(4)

Ngắt quảng 10

6

Ví dụ Đa ngắt quảng.

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


NỐI KẾT

10

7

Nôi kêt

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết




• Tât ca cac thành phân phai đươc nôi

kêt

• Cac đơn vi nôi kêt

– Memory

– Input/Output

– CPU

Nôi kêt 10

8

Nôi Kêt

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


105 106

107 108

28



Nôi kêt 10

9

Sư Nôi Kêt Bộ Nhớ

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


• Nhân và gởi dư liệu

• Nhân đia chi.

• Nhân cac tin hiệu điêu

khiên

– Đoc

– Ghi

– Thời gian



Nôi kêt 11

0

Sư nôi kêt I/O

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


• Xuất

– Nhân dư liệu tư may tinh

– Gởi dư liệu tơi ngoai vi

• Nhập

– Nhân dư liệu tư ngoai vi

– Gởi dư liệu tơi may tinh



Nôi kêt 11

1

Nôi kêt CPU

Chu kì lệnh

Ngắt quảng

Nối kết


• Đoc lệnh và dữ liệu.

• Ghi dữ liệu (sau khi xử lí)

• Gởi tín hiệu điều khiển tới các

đơn vị khác

• Nhận (và tác động) các ngắt

quảng.



Bài tập

112Bài tập





109 110

111 112

29

CẤU TRÚC BUS TRONG MÁY TÍNH

Nội dung

A. Vi mạch điều khiển (Chipset)

B. Cấu trúc bus trong máy tính

C. Các chipset và bus hiện đại

A. Vi mạch điều khiển (Chipset)

1. Đăc điêm và nhiệm vu

2. Cấu trúc của chipset

1. Đặc điểm và nhiệm vụ

• Là nơi trung chuyển để các thành phần trong máy tính trao đổi thông tin với nhau

• Điều khiển bộ nhớ, bus, nhập xuất

• Quyết định tốc độ xung: • Hệ thống

• Bộ nhớ

• Bộ xử lý

113 114

115 116

30

2. Cấu trúc của chipseta. Chip cầu bắc (Northbridge)

b. Chip cầu nam (Southbridge)

a. Chip cầu bắc (Northbridge)Còn gọi là Memory Controller Hub (MCH)

• Điều khiển luồng dữ liệu giữa CPU, RAM và card màn hình (AGP hoặc PCI Express X16)

• Quyết định sô lương, tôc đô và loai CPU

• Quyết định dung lương, tôc đô và loai RAM co thê đươc sư dung

• Tích hợp card màn hình

b. Chip cầu nam (Southbridge)Còn gọi là I/O Controller Hub (ICH)

• Nối với Chip cầu bắc thông qua PCI bus

• Kết nối với các thiết bị có tốc độ chậm hơn thông qua cổng giao tiếp PCI, USB, IDE, …

• Trong cac thê hệ trươc, nhiệm vu cua chipset câu nam là kha nhẹ nhàng nên không cân trang bi tâm tan nhiệt

• Tích hợp card âm thanh, modem, card mạng

B. Cấu trúc bus trong máy tính

1. Đặc điểm và nhiệm vụ

2. Các thành phần của bus

3. Các loại bus

117 118

119 120

31

1. Đặc điểm và nhiệm vụ• Bus là tập hợp các đường kết nối dùng để

vận chuyển thông tin giữa các thành phần của máy tính với nhau

• Độ rộng bus là số đường dây của bus có thể truyền các bit thông tin đồng thời

2. Các thành phần của bus

a. Bus địa chỉ

b. Bus dữ liệu

c. Bus điều khiển

a. Bus địa chỉ

• Vận chuyển địa chỉ để xác định ngăn nhớ hay cổng nhập xuất

• Độ rộng bus địa chỉ xác định dung lượng bộ nhớ cực đại của hệ thống

• Ví dụ: Bộ xử lý Intel Pentium có bus địa chỉ 32 bit → không gian địa chỉ là 232 byte = 4 GB

b. Bus dữ liệu

• Vận chuyển dữ liệu • Từ bộ nhớ đến bộ xử lý• Từ bộ xử lý đến các thiết bị khác

• Độ rộng bus dữ liệu: xác định số bit dữ liệu có thể được trao đổi đồng thời

• Ví dụ: Các bộ xử lý Pentium có bus dữ liệu là 64 bit

121 122

123 124

32

c. Bus điều khiển

• Vận chuyển các tín hiệu điều khiển

• Các loại tín hiệu điều khiển:• Tín hiệu điều khiển đọc ghi (bộ nhớ, cổng nhập xuất)• Tín hiệu điều khiển ngắt• Tín hiệu điều khiển bus

3. Các loại busa. Internal bus

b. External bus

a. Internal bus

Kết nối các thành phần bên trong vi xử lý:

• Đơn vị điều khiển (CU)

• Đơn vị số học và logic (ALU)

• Các thanh ghi (Registers)

b. External bus

• System bus

• AGP bus

• ISA bus

• PCI bus

125 126

127 128

33

System bus

• FSB (Front side bus): nối bộ xử lý với bộ nhớ chính

• BSB (Back side bus): chuyền tải dữ liệu giữa bộ xử lý với bộ nhớ đệm thứ cấp (Cache L2, L3)

AGP bus (Accelerated Graphics Port)

• Nối ghép card màn hình

• Thiết kế ở dạng 32 bit, sử dụng tần số thấp nhất là 66 MHz

• Băng thông• AGP 1X: 266 MBps

• AGP 2X: 533 MBps



ISA bus (Industry Standard Architecture)

• Đầu tiên được thiết kế ở dạng 8 bit, sử dụng tần số 4.77MHz

• Sau đươc nâng lên 16bit và đat đươc tân sô bus 8MHz

• Tôc đô truyên dư liệu lý thuyêt là 16MBps

• Tôc đô thưc tê bi giam môt nưa do cân dành môt đường bus cho đia chi và môt đường bus khac cho dư liệu 16bit

• Sử dụng phổ biến trên các máy Pentium II, Pentium III

• Hiện nay Bus ISA đa bi thay thê hoàn toàn

PCI bus (Peripheral Component Interconnect)

• Đang được sử dụng rộng rãi để kết nối với thiết bị ngoại vi

• Thiết kế ban đầu• Truyền dữ liệu 32 bit

• Tần số 33 MHz → Băng thông 132MBps

• Từ phiên bản PCI 2.1• Truyền dữ liệu 64 bit

• Tần số 66MHZ→ Băng thông 533MBps

129 130

131 132

34

• PCI-X (PCI eXtended)• Được thế kế để dùng cho server

• Truyền dữ liệu 64 bit

• PCI-X 1.0: tần số 133MHz → băng thông 1066MBps

• PCI-X 2.0• Tần số 266MHz → băng thông 2133 MBps

• Tần số 533MHz → băng thông 4266 MBps

C. Các chipset và bus hiện đại

I. PCIe bus (PCI Express x1)

II. PCIe x16 bus (PCI Express x16)

I. PCIe bus (PCI Express)

• Được sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi thay thế cho PCI

• Cho phép truyền dữ liệu 2 chiều một lúc

• Tốc độ truyền dữ liệu 250 MBps mỗi chiều

• Băng thông • PCIe x1: 500 MBps

• PCIe x2: 1 GBps

II. PCIe x16 bus (PCI Express x16)• Nối ghép card màn hình thay thế cho AGP

• Băng thông tối đa 8GBps (mỗi chiều 4GBps)

133 134

135 136

35

2017

Chương 5 BUS



NỘI DUNG CHÍNH

Khái niệm

Nối kết BUS

VD và/hay BT

1

3

KHÁI NIỆM

1

3

Khái niệm

Khái niệm

Nối kết BUS




• Co nhiêu hệ thông nôi kêt cac thành

phân.

• Phô biên nhât là kiên truc đơn và đa

– VD. Control/Address/Data bus (PC)

– VD Unibus (DEC-PDP)

Khái niệm 1

4

BUS?

Khái niệm

Nối kết BUS


137 138

139 140

36



• Môt đường dây chung truyên thông

nôi kêt 2 hay nhiêu khôi vơi nhau.

• Thương dung broadcast

• Thường nhom lai

• Không chi ra đường nguôn

Khái niệm 1

4

BUS?

Khái niệm

Nối kết BUS




• Di chuyên dư liệu giưa cac khôi.

– Không co sư khac biệt giưa “data” và

“instruction” tai mưc này

• Đô rông là thông sô xac đinh hiệu

năng

– 8, 16, 32, 64,128 bit

Khái niệm 1

4

Data Bus

Khái niệm

Nối kết BUS




• Nhân diện nguôn và đich cua dư liệu trên data

bus.

– VD: CPU cân đoc môt lệnh (data) tư môt vi tri

bô nhơ.

• Chiêu rông xac đinh dung lương bô nhơ tôi đa.

– VD 8080 co 16 bit address bus = 64k không

gian đia chi

• Ngòai ra còn dung cho cac đia chi Port I/O

– 0xxxxxxx: bô nhơ xxxxxxx

– 1xxxxxxx: Thiêt bi I/O

Khái niệm 1

4

Address bus

Khái niệm

Nối kết BUS




• Truyên cac tin hiệu điêu khiên và

trang thai.

– Tin hiệu đoc/ghi bô nhơ

– Yêu câu ngăt.

– Tin hiệu Clock

• Tín hiệu điều khiển truyền

– Timing: Tín hiệu lực giá trị của thông tin

dữ liệu và địa chỉ

– Command: Cụ thể tác vụ thực hiện

Khái niệm 1

4

Control Bus

Khái niệm

Nối kết BUS


141 142

143 144

37



• Memory write

• Memory read

• I/O write

• I/O read

• Transfer ACK

• Bus request

• Bus Grant

• Interrupt request

• Clock

• Reset

Khái niệm 1

4

Đăc trưng các đường điều khiển

Khái niệm

Nối kết BUS


NỐI KẾT BUS

1

4

Nôi kêt BUS

Khái niệm

Nối kết BUS




Nôi kêt BUS 1

4

Nôi Kêt Bus

Khái niệm

Nối kết BUS




– Cac đường song song trên bang mach.

– Dây cap

– Bô nôi trên bo mach chu

• VD. PCI

– Tâp cac đường dân

Nôi kêt BUS 1

4

Hình dáng?

Khái niệm

Nối kết BUS


145 146

147 148

38



Nôi kêt BUS 1

4

Vật lí cua Kiên trúc BUS

Khái niệm

Nối kết BUS




• Nhiêu thiêt bi trên BUS chinh:

– Châm trê sư truyên

• Đường dân dư liệu dài co nghia là sư kêt

hơp cua bus sư dung co thê bât lơi vê hiệu

xuât

• Nêu gôp chung dư liệu truyên thi đên gân

dung lương Bus

• Hâu hêt cac hệ thông sư dung đa BUS đê khăc

phuc cac vân đê trên

Nôi kêt BUS 1

5

Các vấn đề với Bus đơn

Khái niệm

Nối kết BUS




Nôi kêt BUS 1

5

ISA (Industrial Standard

Architecture)(with cache)

Khái niệm

Nối kết BUS




Nôi kêt BUS 1

5

Bus Hiệu xuất cao

Khái niệm

Nối kết BUS


149 150

151 152

39



• Chuyên dụng

– Tách rời các đường data và address

• Đa công

– Chia sẽ

– Đường điều khiển dữ liệu hay địa chỉ hợp lệ

– Thuận lợi – Một vài đường

– Không thuận lợi

• Điều khiển phức tạp hơn

• Hiệu xuất sau cùng

Nôi kêt BUS 1

5

Các Dạng Bus

Khái niệm

Nối kết BUS




• Hơn một đơn vị điều khiển BUS

– VD. Điều khiển CPU và DMA

• Chỉ một đơn vị điều khiển BUS tại một thời điểm

• Phân xử nên tập trung hoặc phân bố

• Phân xư tâp trung

– Chỉ có một thiết bị điều khiển truy xuất BUS

• Bus Controller

• Phân quyền

– Nên là một phần của CPU hay tách rời

• Phân xư phân bô

– Mỗi đơn vị có quyền đòi hỏi BUS

– Điều khiển logic trên tất cả đơn vị

– Phân chia thiết bị: master slave

Nôi kêt BUS 1

5

Phân xử Bus

Khái niệm

Nối kết BUS




Nôi kêt BUS 1

5

Định thời

Khái niệm

Nối kết BUS


• Sắp đặt các sự kiện trên BUS

• Đồng bộ (Synchronous)

– Xác định sự kiện bởi tín hiệu Clock

– Tất cả sự kiện bắt đầu tại lúc bắt đầu của chu kì clock

• VD PCI BUS

– Control Bus bao gồm một đường clock

– 1-0 Là một chu kì BUS

– Tất cả thiết bị có thể đọc đường clock

– Sử dụng đồng bộ gờ trước của cạnh

– Sử dụng một chu kì đơn cho một sự kiện



Nôi kêt BUS 1

5

Sơ Đồ Đồng Bộ

Khái niệm

Nối kết BUS


153 154

155 156

40



Nôi kêt BUS 15

7

Bất đồng bộ (Asynchronous )

Khái niệm

Nối kết BUS


▪ Sự xảy ra của một sự kiện đi theo sau và phụ

thuộc sự xảy ra của một sự kiện trước đó

▪ Mềm dẽo hơn đồng bộ nhưng phức tạp hơn.

▪ Cung cấp tầm rộng hơn tốc độ thiết bị.

▪ VD các BUS tương lai



Nôi kêt BUS 1

5

Bất Đồng Bộ – Sơ Đồ Read

Khái niệm

Nối kết BUS




Nôi kêt BUS 1

5

Bất Đồng Bộ – So Đồ Write

Khái niệm

Nối kết BUS




Nôi kêt BUS 16

0

Một sô loai BUS Thông dụng

Khái niệm

Nối kết BUS


▪ Bus ISA 16 bit, 8Mhz, 16Mhz

▪ Bus EISA 16/32 bit

▪ Bus PC card (PCMCIA) 16 bit

▪ Bus Cardbus (PCMCIA) 32 bit

▪ Bus VESA 32 bit

▪ Bus PCI 32/64 bit: 33,66Mhz

▪ Coång AGP 32 bit

▪ PCI EXPRESS

157 158

159 160

41



Bài tập

161Bài tập

Khái niệm

Nối kết BUS


Chương 7 BỘ NHỚ MÁY TÍNH

162

Nội dung

163 164

CAC ĐĂC TRƯNG

❖ Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ

liệu

❖ Các thao tác cơ bản với bộ nhớ:

❖ Đọc (Read)

❖ Ghi (Write)

❖ Các thành phần chính:

❖ Bộ nhớ trong (Internal Memory)

❖ Bộ nhớ ngoài (External Memory)

Vị Trí

Dung lượng

Đơn vị truyền

Phương thức truy xuất

Hiệu xuất

Dạng vật lí

Đặc trưng vật lí

Tô chức

161 162

163 164

42

Bộ nhớ trong (Internal memory)

Chức năng và đặc điểm

Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp

Tốc độ rất nhanh

Dung lượng không lớn

Sử dụng bộ nhớ bán dẫn

Các loại bộ nhớ trong

Bộ nhớ chính

Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm nhanh)

165 166

Cac Phương Phap Truy Xuât

Tuân TựMoãi döõ lieäu khoâng coù moät ñòa chæ phaân bieät

Phaûi ñoïc taát caû muïc döõ lieäu tuaàn töï cho ñeán khi tìm thaáy muïc döï lieäu

Thôøi gian truy xuaát coù theå bieán ñoåi ñöôïc

Thời gian truy xuât phu thuôc vào vi tri dư liệu và vi tri hiện tai

VD. tape

Trưc tiếpĐia chi theo khối

Truy xuất băng cách nhay tới vung phụ cân cộng với tim kiếm tuân

tự.

Thơi gian truy xuất phụ thuộc vi trí truy xuất và vi trí hiện tại.

VD disk

167

Cac Phương Thưc Truy Xuât (tt)

Ngẫu NhiênMoãi oâ nhôù coù moät ñòa chæ vaät lí phaân bieät

Moãi oâ nhôù coù theå truy xuaát ngaãu nhieân vaø taát caû thôøi gian truy xuaát laø nhö

nhau

VD RAM

Kết HợpMoät söï bieán thieân cuûa boä nhôù truy xuaát ngaãu nhieân

Caùc muïc döõ lieäu truy xuaát treân cô sôû noäi dung hôn laø vò trí cuûa chuùng

Tìm kieám taát caû döõ lieäu theo cô cheá song song

Hieäu quaû nhanh khi kích thöôùc boä nhôù lôùn

Giaù thaønh cao gaáp 5-10 laàn so vôùi boä nhôù thoâng thöôøng

VD cache

168

Bô nhơ Phân Câp

Thanh ghi

Trong CPU

Internal hay Main memory

Bao gôm một hay nghiêu mức Cache

“RAM”

External memory

165 166

167 168

43

169

Đăc Điêm phân câp

Bao goàm caùc möùc boä nhôù phaân bieät

Moãi möùc bao goàm kích thöôùc, thôøi gian truy xuaát, giaù

thaønh

Möùc caøn cao khaû naêng löu tröõ caøn lôùn , thôøi gian truy

xuaát chaäm hôn vaø giaù thaønh thaáp hôn

How much? How Fast? How expensive?

Danh sách phân cấp?

Cơ chế trau đôi giữa các cấp

170

Pages

Lines

Words

Registers

Main memory

Cache

Virtual memory

(transferred explicitly

via load/store) (transferred automatically

upon cache miss) (transferred automatically

upon page fault)

171

Bộ nhớ Cache

Dung lượng nho và nhanh

Năm giưa bộ nhớ chính và CPU

Nên đặt trên CPU chip hoặc module

172

Cache/Main Memory Structure

169 170

171 172

44

173

Hoat Đông Cache

CPU yêu câu nội dung một vi trí bộ nhớ

Kiểm tra Cache cho dư liệu này

Nếu tôn tại thi lấy tư cache (nhanh)

Nếu không tôn tại thi đoc một khối tư bộ nhớ chính vào cache

Đoc tư cache tới CPU

Cache bao gôm nhưng the nhân diện một khối bộnhớ chính trong môi the

174

Thết Kế Cache

Kích thước cache→ cost, fast ?

Cơ chế ánh xạ (mapping)

Giai thuât thay thế

Chiến lược ghi

Kích thước khối cache

Số mức cache

175

Tô chưc Cache

176

Cơ Chế Ánh Xạ

Main Memory : Được chia vào n khối (block)

Cache: Được chia thành m khối (block frame)Với block size=block frame size và n >> mMôi khối được chia vào b words (w).

Cache bao gôm: (mxb) wordsBộ nhớ chính gôm: (n.b ) words

Cache được chia vào v set (tâp).Số way k =m/v (số khối trên một tâp)Co 4 tô chức cache:

Direct Mapping Cache

Fully Associative CacheSet Associative Cache

173 174

175 176

45

177

Direct Mapping

Moãi Block töông öùng vôùi moät ñòa chæ maø noù coù theå xuaát

hieän trong Cache

(Block address) MOD (Number of blocks in cache)

Đia chi gôm 3 phân

w bits nhân diện word trong block

s-r bits : chi đinh một khối nhớ chứa thông tin trên bộ nhớ chính

r bits: số bit mô ta đia chi cache chứa thông tin

Tag s-r Line hay Slot r Word w

8 14 2

178

Tô Chưc Direct Mapping Cache

Direct Mapping

Cache Line Table

179

Địa chỉ Cache Địa chỉ Main Memory

0 0, m, 2m, 3m…2s-m

1 1,m+1, 2m+1…2s-m+1

m-1 m-1, 2m-1,3m-1…2s-1

180

Câu Truc đia Chi Direct Mapping

Xét Ví dụ:Cache size: 64KbyteBlock size:4 byteMemory size: 16MbyteWord size: byte

24 bit address2 bit word identifier (4 byte block)22 bit block identifier

8 bit tag (=22-14)14 bit slot

Kiểm tra nội dung cache băng cách tim line và kiểm tra tag

177 178

179 180

46

181

Tô Chưc Fully Associative Cache

182

Tô Chưc Two Way Set Associative

Cache

183

Giai Thuât thay Thê (1)

Direct mapping

Không chon

Môi khối chi ánh xạ duy nhất tới 1 line

Thay thế

184

Giai Thuât thay Thê(2)

Associative & Set Associative

Hiện thưc băng phân cứng (Tốc độ)

Least Recently used (LRU)

Thay thế khối đa sử gân đây ít nhất

First in first out (FIFO)

Thay thế khối ơ trong cache lâu nhất

Least frequently used

Thay thế khối co tân xuất sử dụng nhiêu nhất

Random

181 182

183 184

47

185

Write through

Döõ lieäu ñöôïc ghi trong caû 2 :khoái trong cache vaø khoái

trong boä nhôù möùc thaáp hôn

Öu ñieåm

Deã hieän thöïc

Boä nhôù chính luoân coù moät baûn sao döõ lieäu

Nhöôïc:

Toác ñoä ghi chaäm

186

Write back

Döõ lieäu chæ ñöôïc ghi tôùi khoái trong cahce. Söï thay ñoåi

cuûa cache chæ ñöôïc ghi tôùi boä nhôù chính khi noù bò thay

theá

Öu ñieåm:

Quaù trình ghi moät khoái trong cache xaûy ra nhieàu laàn nhöng chæ

ghi moät laàn tôùi boä nhôù chính

Nhöôïc ñieåm:

Hieän thöïc phöùc taïp

Boä nhôù chính khoâng luoân nhaát quaùn vôùi cache

187

Ñoïc Cache

Read Through : Ñoïc moät khoái töø boä nhôù chính tôùi

CPU

No Read Through: Ñoïc moät khoái töø boä nhôù chính tôùi

cache vaø töø cache tôùi CPU !

188

Pentium 4 Cache

80386 – no on chip cache

80486 – 8k using 16 byte lines and four way set associative organization

Pentium (all versions) – two on chip L1 cachesData & instructions

Pentium III – L3 cache added off chip

Pentium 4L1 caches

8k bytes

64 byte lines

four way set associative

L2 cache

Feeding both L1 caches

256k

128 byte lines

8 way set associative

L3 cache on chip

185 186

187 188

48

189

Pentium 4 Block Diagram

190

Pentium 4 Core Processor

Fetch/Decode Unit

Fetches instructions from L2 cache

Decode into micro-ops

Store micro-ops in L1 cache

Out of order execution logic

Schedules micro-ops

Based on data dependence and resources

May speculatively execute

Execution units

Execute micro-ops

Data from L1 cache

Results in registers

Memory subsystem

L2 cache and systems bus

191

Pentium 4 Design Reasoning

Decodes instructions into RISC like micro-ops before L1 cache

Micro-ops fixed length

Superscalar pipelining and scheduling

Pentium instructions long & complex

Performance improved by separating decoding from scheduling & pipelining

(More later – ch14)

Data cache is write back

Can be configured to write through

L1 cache controlled by 2 bits in register

CD = cache disable

NW = not write through

2 instructions to invalidate (flush) cache and write back then invalidate

L2 and L3 8-way set-associative

Line size 128 bytes

Thông báo thay đôi hinh thức thi cuối kỳ

Không sử dụng tài liệu

192

189 190

191 192

49

193

Chương 7 Internal Memory

Các Dạng Bộ Nhớ Semiconductor

194

RAM

Truy xuất ngẫu nhiên

Read/Write

Linh động

Lưu trư tạm

Tinh và động

195

Memory Cell Operation

196

Dynamic RAM

Các Bits lưu trư khi tích điện trong tụ

Điện tích bi ro ri

Cân làm tươi ngay ca khi co nguôn

Cấu truc đơn gian

Mât độ cao

Giá thành re

Cân chu ki làm tươi

Châm

Bộ nhớ chính

193 194

195 196

50

197

Dynamic RAM Structure

198

DRAM Operation

Address line hoat động khi đoc/ghi bit.

Transistor switch closed

Write

Voltage to bit line

High for 1 low for 0

Signal address line

Truyên điện tích tới tụ.

Read

Chon Address line

Transistor on

Điện tích tư tụ rơi vào bit line tới bộ khuếch đại

So sánh xác đinh giá tri 1 hay 0

Điện tích phai được phục hôi.

199

Static RAM

Các bits được nạp như công tăc chuyển

Không cân làm tươi khi co nguôn

Cấu tạo phức tạp hơn

Mât độ thấp

Giá thành cao

Không cân chu ki làm tươi

Nhanh hơn

Bộ nhớ Cache

200

Stating RAM Structure

197 198

199 200

51

201

Static RAM Operation

Các transistor chéo nhau được săp xếp tạo ra các trạng thái logic

Trạng thái 1C1 high, C2 low

T1 T4 off, T2 T3 on

Trạng thái 0C2 high, C1 low

T2 T3 off, T1 T4 on

Address line điêu khiển 2 transistors T5 T6

Write – Giá tri áp tới B & phân bu tới B

Read – line B202

So sánh SRAM và DRAM

Không vưng bên

Cân năng lượng để duy tri dư liệu

Dynamic cell

Đơn gian, nho, dễ chế tạo

Mât độ cao

Giá thành thấp

Cân làm tươi

Đơn vi bộ nhớ lớn

Static

Nhanh

Cache

203

Read Only Memory (ROM)

Lưu trư vinh cửu

Vi chương trinh

Thư viện thu tục

Chương trinh hệ thống (BIOS)

Bang Function

204

Cac dang ROM

ROM

Được ghi trong khi san xuất

Rất đăt và nho

PROM

Dư liệu chi được ghi một lân

Cân một thiết bi đặc biệt để ghi

Erasable Programmable (EPROM)Đê xoa ta duøng tia cöïc tím.

Dư liệu co thể ghi, xoa nhiêu lân

201 202

203 204

52

Cac dang ROM

Electrically Erasable (EEPROM)

Dư liệu co thể ghi, xoa nhiêu lân

Xoa băng chương trinh phân mêm

VD: BIOS

Flash memory

Töông töï EPROM nhöng khi chip ñöôïc laäp trình , ta khoâng caàn

thaùo chip ra khoûi mainboard

205

Tô Chưc Bô Nhơ

RAS (Row Address Strobe):tín hiệu để xác đinh đia chi nhớ theo hàng

CAS (Column Address Strobe): tín hiệu để xác đinh đia chi nhớ theo cột

Address Bus: đương truyên tín hiệu RAS và CAS

Data Bus: đương truyên dư liệu giưa Memory Controler và chip nhớ

206

207

Tô Chưc Bô Nhơ

Một chip 16Mbit co thê được tô chức như 1M cua 16 bit words

Một chip 16Mbit co thê được tô chức như day 2048 x 2048 x 4bit

Giam số đương đia chi

Kết hợp đia chi hàng và đia chi cột

11 đương đia chi (211=2048)

208

Làm Tươi

Laøm maïnh laïi tín hieäu ñieän trong boä nhôù DRAM

Khoâng laøm töôi döõ lieäu seõ bò maát

Moãi oâ nhôù trong maûng saép xeáp cuûa boä nhôù phaûi ñöôïc

ñoïc ra roài ghi vaøo laïi

Ñöôïc xöû lí bôûi chipset bo maïch chính

205 206

207 208

53

209

16 Mb DRAM (4M x 4)

210

Đong goi

211

Tô Chưc256kByte Module

212

Tô Chưc 1MByte Module

209 210

211 212

54

213

Kiêm tra Lôi

Lôi Cứng

Nhân diện thương xuyên

Lôi mêm

Ngẫu nhiên

Không thương xuyên hong

Nhân diện lôi sử dụng Hamming error correcting code

214

Error Correcting Code

215

Công Nghệ RAM Mơi (1)

Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM).

Do caùch choïn ñòa chæ haøng vaø coät maát nhieàu thôøi gian. Phaân trang cho pheùp truy

caäp taát caû döõ lieäu trong moät haøng nhanh hôn baèng caùch giöõ nguyeân ñòa chæ caùc

haøng vaø chæ thay ñoåi giaù trò coät, ngoaøi ra moät thay ñoåi quan troïng laø vieäc trieån khai

cheá ñoä truy caäp theo loaït ( brust mode), phöông phaùp naøy cho pheùp truy caäp 3 ñòa

chæ lieàn keà maø khoâng caàn theâm traïng thaùi chôø xaùc ñònh ñòa chæ ( giôùi haïn 4 laàn truy

caäp)

Caùch dieãn taû: x-y-y-y

Vôùi x:thôøi gian cho truy caäp ñaàu tieân

y:soá chu kì caàn thieát cho caùc truy caäp keá tieáp

Ví duï : DRAM 60ns trong caùc bus 66MHz caàn 75ns (15x5) töùc 5 chu kì cho laàn ñaàu

tieân , caùc laàn tieáp theo caàn 3 chu kì ( 45ns) , coù nghóa laø 5-3-3-3 do ñoù ñeå ñoïc ñöôïc

4 laàn boä nhôù caàn 14 chu kì ( thay vì 20 chu kì)

Boä nhôù söû duïng kyõ thuaät naøy goïi laø boä nhôù ñaùnh soá trang ( fast page mode)

216


Extended Data Out DRAM (EDO DRAM).

Cho pheùp choàng caùc laàn truy caäp lieân tieáp (Extended data Out), caùc trình

ñieàu khieån döõ lieäu ra treân chip khoâng bò taét khi maïch ñieàu khieån boä nhôù

xoùa ñòa chæ coât ñeå baét ñaàu chu kì tieáp theo. Ñieàu naøy cho pheùp chu kì tieáp

theo choàng leân chu kì tröôùc vaø tieát kieäm ñöôïc khoaûng 10ns cho moät chu kì

Maïch ñieàu khieån boä nhôù baét ñaàu moät leänh ñòa chæ coät môùi trong khi ñang

ñoïc döõ lieäu ôû ñòa chæ hieän thôøi

EDO cho pheùp Brust mode 5-2-2-2 do ñoù ñeå ñoïc ñöôïc 4 laàn boä nhôù caàn 11

chu kì ( thay vì 14 chu kì cuûa FPM DRAM)

213 214

215 216

55

217


Synchronous DRAM (SDRAM)

Chaïy ñoàng boä vôùi Bus boä nhôù vaø phaân phoái thoâng tin theo

loaït do ñoù noù loaïi boû haàu heát thôøi gian xaùc ñònh ñòa chæ do toác

ñoä SDRAM chaïy nhanh baèng toác ñoä bo maïch chính

Cheá ñoä SDRAM truy caäp laø 5-1-1-1, töùc coù theå ñoïc 4 laàn boä

nhôù trong 8 chu kì

Ngoaøi ra SDRAM coøn hoã trôï toác ñoä bus heä thoáng töø 100MHz

trôû leân

218

SDRAM

219


RAMBus RAM (RDRAM). Caùc heä thoáng boä nhôù EDO,FPM,SDRAM coøn ñöôïc goïi laø heä thoáng keânh roäng ( töùc

keânh boä nhôù roäng baèng bus döõ lieäu) , SDARM 100MHz coù ñoä roäng 64bit → coù theå

truyeàn 8x100=800MB/giaây

RDRAM coù keânh heïp 16bit nhöng toác ñoä lôùn hôn nhieàu, coù theå tôùi 800MHz →

dung löôïng truyeàn =2x800=1.6GB/giaây, thôøi gian xaùc đònh ñòa chæ giöõa caùc laàn

truyeàn ít hôn SDRAM do chuùng chaïy ñoàng boä chæ theo moät höôùng . Ñeå taêng toác doä

hôn nöõa coù theå taêng keânh truyeàn daãn ñeán dung löôïng boä nhôù ñöôïc truyeàn leân tôùi

3.2→6.4 GB/giaây

Moãi RDRAM hoaït ñoäng ñoäc laäp treân bus 16 bit , ôû beân trong moãi chip coù moät loõi

hoaït ñoäng treân bus 128 bit ñöôïc chia thaønh 8 khoái , moãi khoái 16 bit vôùi toác ñoä

100MHz . Nhö vaäy cöù 10ns giaây moãi chip coù theå truyeàn 16 bytes vaøo ra

RDRAM phaân chia tín hieäu ñieàu khieån vaø tín hieäu dö lieäu treân bus , döõ lieäu ñöôïc

truyeàn treân caû 2 caïnh leân vaø xuoáng cuûa tín hieäu ñoàng hoà →bus boänhôù chaïy vôùi toác

ñoä 400 MHz

220


DDR-SDRAM.( double data rate SDRAM)

Coù khaû naêng truyeàn 2 laàn trong moät chu kì , ôû caïnh leân vaø caïnh xuoáng cuûa

chu kì neân toác ñoä taêng gaáp ñoâi so vôùi SDRAM

VRAM (video Ram)

Duøng cho vieäc hieån thò thoâng tin nhanh

Phaùt minh bôûi Samsung

Duøng caùch saép xeáp dual data bus: moät bus döõ lieäu nhaäp, moät bus döõ

lieäu xuaát

Vieäc ñoïc döõ lieäu vaø ghi vaøo VRAM xaûy ra cuøng luùc -> caûi thieän toác ñoä

hôn nhieàu so vôùi DRAM

217 218

219 220

56

221 222

223 224

221 222

223 224

57

Chương 8

External MemoryMục tiêu

So sánh sự khác biệt giữastorage devices và storage

media

Mô tả các đặc trưng của hard disk bao gồm :capacity, platters, read/write heads, cylinders, sectors và tracks,

revolutions per minute, transfer rate, và access time

Tìm hiểu vê muc đich cua các thiêt bi lưu trư, ô đia cưng găn ngoài và thao rời, và bô điêu khiên đia

cưng

Mô tả một số dạng flash Memory

Mô tả cloud storageMô tả các đặc trưng của

optical discs

Phân biệt giưa cac loai khac nhau cua đia quang:

CD, đia lưu trư và CD Ảnh, DVD và đia Blu-ray

Xac đinh việc sư dung của tape, magnetic stripe cards, smart cards, microfilm, và

enterprise storage

226

Storage

Lưu dữ thông tin : dữ liệu, lệnh..cho việc sử dụng lâu dài.

Storage medium: là một vật liệu sử dụng giữ thông tin

227

Storage

228

225 226

227 228

58

Storage

• Capacity : là số byte mà “storage medium” có thể lưu giữ.

229

Storage

• storage device: là một phần cứng máy tính dùng ghi /đọc thông tin từ các “storage media”

230

Reading chuyển thông tin từ “storage medium” vào memory

Writing chuyển thông tin từ memory tới “ storage medium”

Storage

• Access time :

– Thời gian đặt “storage device“ tới vị trí dữ liệu trên “storage medium”

– Thời gian được yêu cầu để cung cấp thông tin từ memory tới processor

231

store

Mem

ory

Memory(RAM)

Các mục thông tin chờ thông dịch và thực thi bởi Processor

Sto

re

Hard Disk Chứa OS. Software, data….

Memory cardUSB flash

Hình ảnh, thông tin cần di chuyển..

Optical Disk Software, film, music

Tape Backup

Faster tranfer

rate

lower tranfer

rate

Hard Disks

• Hard disk: Chứa một hay nhiều đĩa tròn, bề mặt đĩa được tráng một lớp hạt từ tính để lưu trữ thông tin

232

229 230

231 232

59

Hard Disk

• Có thể lưu trữ thông tin theo chiều dọc hoặc thẳng đứng

233

Hard Disk

• Các đặc trưng của hard disk:

234

Capacity PlattersRead/Write

Heads

CylindersSectors và

TracksRevolutions per Minute

clusterTransfer

RateAccess Time

Hard Disks

• Format là quá trình chia đĩa vào các track và sector, qua đó OS (operating system) có thể lưu trữ thông tin

235

Read/Write dữ liệu

236

Bước 1: Bo mạch điều khiển sự di chuyển của bộ truyền động đầu từ

Bước 2: Mô tơ quay đĩa trong khi máy tính đang chạy

Bước 3: Khi phần mềm yêu cầu truy xuất đĩa, đầu read/write xác định vị trí hiện hành và vị trí mới của dữ liệu

Bước 4: Bộ truyền động đầu từ đưa đầu từ tới vị trí read/write trên đĩa

233 234

235 236

60

Hard Disks

• Các cần di chuyển đầu đọc/ghi tới vị trí thông tin

– Vị trí thông tin được tham khảo bởi cylinder chứa thông tin

237

Side của disk CylinderĐầu read/write mặt trên

Đầu read/write mặt dưới

Track

Hard Disks

• Lỗi khi đầu từ va chạm bề mặt đĩa

• Luôn giữ một bản sao lưu đĩa cứng.

238

Hard Disks

239

Step 1: Một con chip

được gọi là controller

nhận yêu cầu thông tin

từ Processor

Step 2a: đầu tiên

controller kiểm tra

thông tin disk cache

Step 2b: Nếu không tìm

thấy thông tin yêu cầu

trên disk cache, nó sẽ

đặt thông tin yêu cầu

trên bề mặt đĩa

Step 3: controller

truyền thông tin yêu

cầu tới processor

Hard Disks

• RAID (redundant array of independent disks) là một nhóm 2 hay nhiều hard disk.

• Network attached storage (NAS) : là một máy server kết nối mạng với mục đích cung cấp không gian lưu trữ

240

237 238

239 240

61

Hard Disks

external hard disk : Đĩa cứng nối với máy tính sử dụng cable hoặc wirelessly

removable hard disk: có thể bỏ vào và lấy ra từ drive

241

Hard Disks

• Disk controller: bao gồm một bo mạch điều khiển truyền thông tin từ disk và system bus , cũng như các thành phần khác của máy tính.

242

SATA EIDE

SCSI SAS

Flash Memory Storage

• Flash memory : Chứa các chip thuộc dạng ”solid state media” ,

• Solid state drives (SSDs) có nhiều thuận lợi so với hard disk:

243

access time nhanh

transfer rate nhanh

Ít ồn và năng lượng tiêu hao

Nhẹ


244

241 242

243 244

62


• memory card

245

CompactFlash(CF)

Secure Digital (SD)

Secure Digital High Capacity

(SDHC)microSD

microSDHCxD Picture

CardMemory Stick

Memory Stick Micro (M2)

Discovering Computers 2012: Chapter 7 246Pages 364 – 365

Figures 7-18 – 7-19

247 248

245 246

247 248

63


• USB flash drives : cấm vào USB port trên computer hoặc mobile device

249


• ExpressCard module là một dạng “removable” cấm vào các khe “ExpressCard slot”

• Được phát triển bởi PCMCIA

• Thường dùng trong notebook

250

Cloud Storage

• Cloud storage là một dịch vụ internet cung cấp giải pháp lưu trữ tới máy tính cho người dùng

251

Cloud Storage

252

249 250

251 252

64

Cloud Storage

• Lý do sử dụng Cloud Storage:

253

Truy xuất file từ bất kì máy tính nào.

Lưu trữ các file có dung lượng lớn tiện lợi.

Cho phép người dùng khác truy xuất file.

Xem dữ liệu và hình ảnh nhanh chóng mọi nơi

Lưu dự phòng

Cung cấp chức năng data center

Optical

• Là một đĩa tròn Polycarbonate đươc bao phu

vơi đô phan chiêu cao, thường dung

aluminum, sử dụng tia laser để đọc/ghi thông tin

• Thường lưu trữ software, data, digital photos, movies, và music

• Read only <> rewritable

254

255

Optical Discs

• Đĩa quang thường lưu các mục thông tin trong một track đơn được khắc từ tâm ra cạnh ngoài

• Track được chia vào các sector

256

253 254

255 256

65

Optical

CD-ROM : chỉ đọc

• Có thể được đọc từ CD-ROM drive hoặc CD-ROM player

CD-R Có thể ghi, nhưng không xóa

CD-RW có thể xóa

• Sử dụng bởi CD-RW drive

257

Optical

DVD-ROM chỉ đọc

• Yêu cầu DVD-ROM drive

Blu-ray Disc-ROM (BD-ROM) dung lượng~ 100 GB

DVD-RW, DVD+RW, và DVD+RAM có thể ghi

258

Một số dạng lưu trữ khác

259


• Tape là một dạng lưu trữ từ có cấu trúc băng

• tape drive: đọc/ghi thông tin trên tape

260

257 258

259 260

66


• Magnetic stripe cardChứa một dãi từ tính lưu trữ thông tin

• smart card lưu thông tin trên microprocessor được nhúng trong card

261


• Microfilm và microfiche các hình ảnh hiển vi trên các cuộn film

262


263


• Enterprise storage: lưu trữ khối lượng lớn thông tin cho các doanh nghiệp lớn

264

261 262

263 264

67

Mục đích sử dụng

Home user

• 500 GB hard disk

• Cloud storage

• Optical disc drive

• Card reader/writer

• USB flash drive

Small Office/Home Office user

• 1 TB hard disk

• Cloud storage


• External hard disk for backup

• USB flash drive

Mobile

• 250 GB hard disk

• Cloud storage


• Card reader/writer

• Portable hard disk for backup

• USB flash drive

265

Mục đích sử dụng

266

Power User

• 2.5 TB hard disk

• Cloud storage


• Portable hard disk for backup

• USB flash drive

Enterprise User (desktop computer)

• 1 TB hard disk


• Smart card reader

• Tape drive

• USB flash drive

Enterprise User(server or mainframe)

• Network storage server

• 40 TB hard disk system

• Optical disc server

• Microfilm or microfiche

267

PHẦN III:CENTRAL PROCESSING UNIT

Computer Arithmetic

Tập lệnh: Đăc trưng và chức năng

Tập lệnh: Định dạng lệnh và phương pháp

địa chỉ hóa

Cấu trúc và chức năng CPU

RISC

Chương 10 :Computer Arithmetic

• ALU (Arithmetic and Logic Unit)

• Biểu diễn số

— Interger

— Floating

— Phép tóan

265 266

267 268

68

ALU Cộng và trừ

• Thực hiện công nhị phân từng cặp

• Lọai bỏ bít tràn

• Sử dụng số bù 2 cho phép trừ

—Ta có: a - b =a+(-b)

• Do đó chúng ta chỉ cần mạch cộng và mạch bù 2.

Nhân: Xét Ví Dụ

1011 Số bị nhân (11 dec)

x Số nhân (13 dec)

1011

0000

1011

1011

10001111 Kết quả (143 dec)

Lưu ý: Cần gấp đôi chiều dài bít để lưu kết quả

1 1 10

Nhân số Nhị Phân Không Dấu

269 270

271 272

69

HỌAT ĐỘNG CỦA VÍ DỤ (11)x(13): 4 bit

Booth’s Algorithm VD 4 bit (+7)x(+3) Booth’s Algorithm

273 274

275 276

70

001111

Chia số nhị phân không dấu

1011

00001101

10010011

1011

0011101011

1011

100

Quotient

Thöông soá

Dividend

Soá bò chia

Remainder

Soá dö

Partial

Remainders

Divisor

Soá chia

Chia không dấu

CHIA CÓ DẤU

START

M Divisor

QDividend

Countn

A0 Neáu Q>0

A1 Neáu Q<0

Shift left

A,Q

M,A

cuøng daáu

A A-MA A+M

A khoâng ñoåi daáu

hay A=0

Q0 1Q0 0

Restore A

Count=Count-1

Count=0 END

YES

YES

YESNO

NO

NO

(-7)/3

A Q M

1001 0011

1111 0010 0011

1110 0100 0011

0001

1110 0100 0011

1100 1000 0011

1111

1111 1001 0011

1111 0010 0011

0010

1111 0010 0011

<0

1111

0010

1111 0010 0011

Traùi daáu

Ñoåi daáu

277 278

279 280

71

(7)/-3

A Q M

0111 1101

0000 1110 1101

0001 1100 1101

1110

0001 1100 1101

0011 1000 1101

0000

0000 1001 1101

0001 0010 1101

1110

0001 0010 1101

>0

0000

1101

0000 1110 1101

Traùi daáu

Ñoåi daáu

Số Thực

• Các số có phần phân

• Có thể được biễu diễn trong nhị phân:

—1001.1010 = 24 + 20 +2-1 + 2-3 =9.625

• Vị trí dấu chấm ở đâu?

• Cố định?

—Rất giới hạn.

• Di động?

—Làm thế nào để chỉ ra nó ở đâu?

Floating Point

• +/- .significand x 2exponent

• Cố định giữa bit dấu và phần thân của phần định trị

• Phần mũ (Exponent) chỉ ra vị trí dấu chấm

Floating Point Examples

281 282

283 284

72

IEEE 754

• Chuẩn lưu trữ số thực

• 32 và 64 bit

• 8 và 11 bit Mũ

• Định dạng mở rộng(Định trị và Mũ) cho kết quả trung gian

IEEE 754 Formats

FP Arithmetic +/-

• Kiểm tra số zeros

• Sắp xếp phần định trị (điều chỉnh số mũ)

• Cộng và trừ các phần định trị

• Điều chỉnh lại kết quả

FP Arithmetic x/

• Kiểm tra số zeros

• Cộng trừ phần mũ

• Nhân/chia phần trị (Nhìn dấu)

• Chỉnh lại

• Làm tròn

• Tất cả kết quả tạm lưu vào số nhị phân có chiều dài gấp đôi

285 286

287 288

73

Caùc cheá ñoä cuûa boä xöû lí

Coù 3 cheá ñoä vaän haønh khaùc nhau laø:

- Cheá ñoä thöïc ( phaàn meàm 16 bit)

- Cheá ñoä baûo veä (phaàn meàm 32 bit)

- Cheá ñoä thöïc aûo ( chöông trình 16 bit

trong moâi tröôøng 32 bit)

KYÕ THUAÄT ÑÖÔØNG OÁNG

Ack

S1

Input

Ready

Ack

S2Ready

Ack

Sk

Output

Ready

Ack

Ready

Moâ hình baát ñoàng boä

Moâ hình ñoàng boä

S1L

atc

h S2

Latc

h S2

Latc

h

La

tch

La

tch

Input

Output

Clock

Thieát Keá OÁng Leänh

F-Fetch- Laáy leänh töø Cache, coù theå toán 1 clock/leänh

D-Decode- Giaûi maõ, xaùc ñònh loïai loïai leänh, loïai taøi

nguyeân caàn duøng cho leänh (register, bus, function unit)

I-ISSUE- Phaùt leänh, taäp chung taøi nguyeân, ñoïc toùan

haïng, coù theå xöû lí reõ nhaùnh

E-EXECUTE- Leänh ñi vaøo caùc khoái chöùc naêng vaø thöïc

thi, coù theå coù nhieàu taàng E lieân tieáp nhau

W-WRITE BACK- Ghi keát quaû

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

R1Mem(y) F D I E E W

R2Mem(z) F D I E E W

R3R(1)+R(2) F D I E E W

Mem(X)R3 F D I E E W

289 290

291 292

Documents

Tổ Chức và Cấu Trúc Máy Tính