Bộ xử lý trong máy tính

2.1.1. Chức năng
 Điều khiển: điều khiển tất cả các đơn vị còn
lại của máy tính, việc điều khiển này được
thực hiện bởi đơn vị điều khiển CU
• Lấy chỉ lệnh, dữ liệu từ bộ nhớ và ghi dữ liệu vào bộ
nhớ
• Điều khiển ALU thực hiện các tính toán
• Điều khiển vào ra
 Tính toán: thực hiện hầu hết các phép tính
toán số học, các phép logic, việc tính toán
được thực hiện bởi đơn vị số học ALU
2.1.2. Thành phần cơ bản
1. Đơn vị điều khiển (CU)
2. Đơn vị số học và logic
(ALU)
3. Thanh ghi
 Các thành phần khác
• Đơn vị xử lý dấu chám
động (FPU)
• Bộ nhở đệm tốc độ cao
(Cache)
• Đường truyền (Bus )
• v v
Chip vi xử lý Intel 80486DX2
Kích thước 12×6.75 mm
Chân cắm chíp vi
xử lý trong bo
mạch chủ của PC,
chíp vxl được đi
kèm với quạt làm
mát
Chỉ lệnh /Lệnh mã máy
 Chỉ lệnh xác định các thao tác mà máy tính
phải thực hiện. Chỉ lệnh có thể thực hiện các
công việc như:
• Cộng hai số
• Kiểm tra xem một số có bằng 0 ?
• Vận chuyển một nhóm dữ liệu từ vùng này của bộ
nhớ sang vùng khác.
• …
 Chỉ lệnh được biểu diễn theo hệ nhị phân
và được gọi là chỉ lệnh ngôn ngữ máy/lệnh
mã máy (machine language instructions).
Chỉ lệnh /Lệnh mã máy(t)
• Mỗi lệnh mã máy thông thường chứa: mã
lệnh/tác vụ, địa chỉ toán hạng nguồn, địa chỉ
toán hạng kết quả, lệnh kế tiếp (thông thường
thì thông tin này ẩn).
• Ví dụ về một lệnh mã máy cộng 32 bit một giá trị tức
thời vào thanh ghi và lưu vào một thanh ghi khác
trong kiến trúc MIPS (Microprocessor without
Interlocked Pipeline Stages
Chỉ lệnh (t)
 Chương trình được viết bằng ngôn ngữ cấp
cao sẽ được chuyển đổi sang ngôn ngữ máy
(Mỗi lệnh của ngôn ngữ cấp cao được xây
dựng bằng một lệnh mã máy hoặc một chuỗi
nhiều lệnh mã máy), các chỉ lệnh này được
giải mã và được thực thi.
 Các chỉ lệnh thuộc vào một tập lệnh được
cài đặt sẵn trong CPU. Các chỉ lệnh trong tập
lệnh khác nhau về số lượng và định dạng và
phụ thuộc vào từng máy tính.
a. Thanh ghi
 Là bộ nhớ đặc biệt có tốc độ cao dung lượng
nhỏ được cấu tạo từ những vi mạch điện tử
nằm ngay trong bộ xử lý nhằm lưu trữ những
dữ liệu đang được thao tác bởi CPU.
 Kích thước của thanh ghi, đo bằng bits, là bội
số của 8 (8, 16, 32, 64 ) chỉ dung lượng mà
thanh ghi đó có thể lưu trữ đồng thời cũng là
lượng dữ liệu mà bộ xử lý có thể tính toán tại
một thời điểm. Trong một số trường hợp người
ta sử dụng kích thước thanh ghi để đo “kích
cỡ” của bộ xử lý. Ví dụ bộ vi xử lý 32 bits.
a.Thanh ghi (t)
 IR: Thanh ghi chỉ lệnh (IR_Instruction Register) chứa
nội dung chỉ lệnh
 PC: Thanh ghi đếm chương trình/Con đếm chương trình
(PC_Program Counter) : Tự động tăng để trỏ tới lệnh kế
tiếp trong chương trình.
 Thanh ghi lưu trữ dữ liệu
 Thanh ghi lưu trữ địa chỉ
 …
 Ý nghĩa của thanh ghi được gắn liền với các thiết kế của
bộ vi xử lý cụ thể, nên không thể có một chuẩn chung về
thanh ghi cho các thế hệ bộ xử lý khác nhau.
b. Đơn vị điều khiển (CU)
 Điều khiển mọi hoạt động của máy tính:
• Nhận chỉ lệnh được lưu trong bộ nhớ
• Giải mã chỉ lệnh nhờ bộ giải mã chỉ lệnh (Instruction decoder)
• Thực hiện : Đảm bảo thi hành các chỉ lệnh một cách tuần tự và tác
động các mạch chức năng để thi hành các lệnh.
 Modul cần thiết:
• Thanh ghi: IR, PC
• Giải mã chỉ lệnh: Giải mã ý nghĩa của chỉ lệnh
• Tuần tự (sequencer/microsequencer): Trong các máy sử dụng
chỉ lệnh phức hợp (CISC), một chỉ lệnh có thể được thực
hiện thông qua việc thực hiện một chuỗi các vi chỉ lệnh
(microcode/microinstruction). Các vi chỉ lệnh này được lưu
trữ trong một vùng nhớ đặc biệt của CU gọi là control
store. Bộ tuần tự điều khiền việc thực hiện vi chỉ lệnh một
cách tuần tự
c. Đơn vị số học và logic (ALU)
 Thực hiện thao tác đơn giản
• Số học( với số nguyên *) giữa hai số : +,-,*,
• Logic thực hiện trên các bits: OR, AND, NOT,
dịch bit
• So sánh
• Rẽ nhánh: thay đổi thứ tự thực thi các chỉ lệnh
tuần tự dựa trên điều kiện.

Xem chi tiết: Bộ xử lý trong máy tính