Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Khối xử lý trung tâm - Hoàng Xuân Dậu

 đếm chương trình PC 
 Bộ đếm chương trình PC (Program Counter) hoặc con trỏ 
lệnh (IP – Instruction Pointer) luôn chứa địa chỉ của ô nhớ 
chứa lệnh được thực hiện tiếp theo; 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 11BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
 PC chứa địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh đầu tiên của chương 
trình khi nó được kích hoạt và được nạp vào bộ nhớ; 
 Khi CPU thực hiện xong lệnh, địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh 
tiếp theo được nạp vào PC; 
 Kích thước PC phụ thuộc vào thiết kế CPU. Các kích thước 
thông dụng là 8, 16, 32 và 64 bit. 
2.3.3 Thanh ghi trạng thái FR 
 Thanh ghi trạng thái (SR - Status Register) hoặc thanh ghi 
cờ (FR – Flag Register): mỗi bít của FR lưu trạng thái của 
kết quả của phép tính ALU thực hiện; 
 Hai loại bít cờ: 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 12BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
 Cờ trạng thái: CF, OF, AF, ZF, PF, SF 
 Cờ điều khiển: IF, TF, DF 
 Các bít cờ thường được sử dụng như là các điều kiện trong 
các lệnh rẽ nhánh để tạo logic chương trình; 
 Kích thước của thanh ghi FR phụ thuộc thiết kế CPU. 
2.3.3 Thanh ghi trạng thái FR 
 ZF: Cờ Zero, ZF=1 nếu kết quả=0 và ZF=0 nếu kết quả0. 
 SF: Cờ dấu, SF=1 nếu kết quả âm và SF=0 nếu kết quả dương. 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 13BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
 CF: Cờ nhớ, CF=1 nếu có nhớ/mượn, CF=0 trong trường hợp khác. 
 AF: Cờ nhớ phụ, AF=1 nếu có nhớ/mượn ở nửa thấp của toán hạng. 
 OF: Cờ tràn, OF=1 nếu xảy ra tràn, OF=0 trong trường hợp khác. 
 PF: Cờ chẵn lẻ, PF=1 nếu tổng số bit 1 trong kết quả là lẻ và PF=0 nếu 
tổng số bit 1 trong kết quả là chẵn. 
 IF: Cờ ngắt, IF=1: cho phép ngắt, IF=0: cấm ngắt. 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 14BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.3.3 Thanh ghi trạng thái FR của 8086 
2.3.4 Con trỏ ngăn xếp SP 
 Ngăn xếp là bộ nhớ đặc biệt hoạt động theo nguyên lý 
vào sau ra trước (LIFO); 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 15BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
 Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer) là một thanh 
ghi luôn chứa địa chỉ đỉnh ngăn xếp; SP Hai 
thao tác chính với ngăn xếp: 
 Push: đẩy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp 
SP SP + 1 
 {SP} Data Stack 
 Pop: lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp 
Register {SP} 
SP SP - 1 
2.3.5 Các thanh ghi tổng quát 
 Các thanh ghi tổng quát (General Purpose Registers) là các 
thanh ghi đa năng, có thể được sử dụng cho nhiều mục 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 16BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
đích: 
 Được dùng để chứa toán hạng đầu vào 
 Được dùng để chứa kết quả đầu ra 
 Ví dụ: CPU Intel 8086 có 4 thanh ghi tổng quát: 
 AX: Thanh tích luỹ 
 BX: Thanh ghi cơ sở 
 CX: Thanh đếm 
 DX: Thanh ghi dữ liệu 
2.3.5 Thanh ghi lệnh IR 
 Thanh ghi lệnh IR (Instruction register) lưu lệnh đang thực 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 17BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
hiện; 
 IR nhận lệnh từ MBR và chuyển đến CU giải mã và thực 
hiện. 
2.3.6 Các thanh ghi MAR và MBR 
 MAR – Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (Memory address register): 
 Là giao diện giữa CPU và bus A 
 Nhận địa chỉ ô nhớ chứa lệnh tiếp theo từ PC và chuyển tiếp 
ra bus A. 
 MBR – Thanh ghi đệm dữ liệu (Memory buffer register): 
MBR IR CU 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 18BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
 Là giao diện giữa CPU và bus D 
 Nhận lệnh từ bus D và chuyển tiếp đến IR thông qua bus trong 
CPU. 
2.3.7 Các thanh ghi tạm thời 
CPU thường sử dụng một số thanh ghi tạm thời để: 
 Để chứa toán hạng đầu vào 
 Để chứa kết quả đầu ra 
 Hỗ trợ xử lý song song (thực hiện nhiều lệnh cùng một thời 
điểm) 
 Hỗ trợ thực hiện lệnh trong cơ chế thực hiện lệnh tiên tiến kiểu 
không theo trật tự (OOO – Out Of Order execution). 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 19BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.4 Đơn vị điều khiển CU 
 Internal External 
Control Unit 
CU 
IR 
CLK 
ALU 
Flags 
control 
signal 
control 
signal 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 20BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.4 Đơn vị điều khiển CU 
 Đơn vị điều khiển CU (Control Unit) điều khiển toàn bộ các 
hoạt động của CPU theo xung nhịp đồng hồ; CU nhận 3 
tín hiệu đầu vào: 
 Lệnh từ IR 
 Giá trị các cờ trạng thái 
 Xung đồng hồ 
 CU sinh 2 nhóm tín hiệu đầu ra: 
 Nhóm tín hiệu điều khiển các bộ phận bên trong CPU; 
 Nhóm tín hiệu điều khiển các bộ phận bên ngoài CPU 
 CU sử dụng nhịp đồng hồ để đồng bộ các đơn vị chức năng 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 21BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
trong CPU và giữa CPU với các bộ phận bên ngoài. 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 22BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.5 Đơn vị số học & logic ALU 
ADD SUB 
MUL DIV SHR ROL 
OR NOT 
AND XOR 
SHL NEG 
ROR 
IN IN 
OUT 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 23BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.5 Đơn vị số học & logic ALU 
 ALU (Arithmetic and Logic Unit) bao gồm một loại các đơn vị 
chức năng con để thực hiện các phép toán số học và logic: 
 Bộ cộng (ADD), bộ trừ (SUB), bộ nhân (MUL), bộ chia (DIV), 
.... 
 Các bộ dịch (SHIFT) và quay (ROTATE) 
 Bộ phủ định (NOT), bộ và (AND), bộ hoặc (OR) và bộ hoặc 
loại trừ (XOR) 
 ALU có: 
 2 cổng vào IN: nhận toán hạng từ các thanh ghi; và 
 1 cổng ra OUT: kết nối với bus trong để chuyển kết quả đến 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 24BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
thanh ghi. 
2.6 Bus trong CPU 
 Bus trong CPU (Internal bus) là kênh giao tiếp giữa các bộ 
phận bên trong CPU (CU – Register – ALU); 
 Bus trong hỗ trợ kênh giao tiếp song công (full duplex) 
 Bus trong có giao diện để kết nối với bus ngoài (bus hệ 
thống); 
 Bus trong thường có băng thông lớn hơn và có tốc độ 
nhanh hơn so với bus ngoài (bus hệ thống). 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 25BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.7 Sơ đồ khối một số CPU – Intel 8086 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 26BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 27BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.7 Sơ đồ khối một số CPU – AMD K62 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 28BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 29BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.7 Sơ đồ khối một số CPU – AMD K62 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 30BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 31BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.7 Sơ đồ khối một số CPU – Intel Pen III 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 32BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 33BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.7 Sơ đồ khối một số CPU – Intel Pen IV 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 34BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 35BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.7 Sơ đồ khối một số CPU – AMD Athlon XP 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 36BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 37BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
2.7 Sơ đồ khối một số CPU – Intel Core 2 Duo 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 38BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 
CHƯƠNG 2 – KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 39BỘ MÔN: KHOA HỌC 
MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 
Câu hỏi ôn tập 
1. Nêu sơ đồ khối điển hình của CPU và chu trình xử lý 
lệnh. 
2. Các thanh ghi của CPU 
3. Sơ đồ và chức năng của CU và ALU