Bài giảng môn Kiến trúc máy tính - Chương 6 Vi tác vụ

11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 1 Chương 6 – Vi tác vụ 11/12/08 2 Mục tiêu • Hiểu ý nghĩa của “ngôn ngữ” vi tác vụ • Hiểu cấu trúc của ALU (mạch số học + mạch luận lý + mạch dịch tổ hợp) 11/12/08 3 Vi tác v là các tác vụ hay công việc xử lý dữ liệu thực hiện trên các thanh ghi Có 4 loại vi tác vụ chính: 1. Vi tác vụ ghi chuyển thông tin nhị phân 2. Vi tác vụ số học 3. Vi tác vụ luận lý 4. Vi tác vụ dịch 6.1. Vi tác vụ thanh ghi 11/12/08 4 Vi tác vụ thanh ghi • Tên thanh ghi: chữ hoa (có thể có kèm số) PC, MAR, R1, R2, • Chuyển nội dung thanh ghi R1 sang thanh ghi R2 (R1 không ñổi): R2 ← R1 • Chuyển nội dung thanh ghi R1 sang thanh ghi R2 (R1 không ñổi) dùng hàm ñiều khiển (khi hàm có giá trị 1): P: R2 ← R1hoặc If (P=1) then (R2 ← R1) S0S1: R2 ← R1 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 5 Vi tác vụ thanh ghi R2 R1 P Load Clock Mạch ñiều khiển n R2 R1 S0 Load ClockMạch ñiều khiển n S1 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 6 Vi tác vụ thanh ghi Ký hiệu Diễn giải Ví dụ Chữ hoa (hoặc số theo sau) Tên thanh ghi PC,MAR,R1, Dấu ngoặc sau tên thanh ghi Một phần thanh ghi R2(0-7): (bit từ 0 ñến 7 của thanh ghi R2) R2(L): các bit thấp của thanh ghi R2 Mũi tên Truyền dữ liệu R2← R1 Dấu phẩy Tác vụ xảy ra ñồng thời (trong cùng một chuyển tiếp ñồng hồ) R2← R1, R1← R2 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 7 6.1.1. Truyền dữ liệu qua bus S0 S1 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 4x1 MUX 3 2 1 0 4x1 MUX 3 2 1 0 4x1 MUX 3 2 1 0 4x1 MUX 3 2 1 0 3 2 1 0ABD 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 8 Truyền dữ liệu qua bus 3 trạng thái 3 2 1 0 2x4 Decoder 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 S0 S1 E 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 9 Truyền qua bộ nhớ • DR ← M[AR] • M[AR] ← DR • M[AR] : ô nhớ có ñịa chỉ ñược lưu trong thanh ghi AR. 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 10 6.2. Vi tác vụ số học Ký hiệu Ý nghĩa R3 ← R1 + R2 R3 ← R1 – R2 R2 ← R2 R2 ← R2 + 1 R3 ← R1 + R2 + 1 R1 ← R1 +1 R1 ← R1 -1 M[AX]  R1 Lấy thanh ghi R1+R2 gán vào R3 ??? ??? ??? ??? ??? ??? Lấy R1 ñưa vào ô nhớ có ñịa chỉ lưu trong AX 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 11 Mạch số học S1 S0 Cin Y D=A+Y+Cin Diễn giải 0 0 0 B D = A + B Cộng 0 0 1 B D = A + B + 1 Cộng với nhớ 0 1 0 B’ D = A + B’ Trừ có mượn 0 1 1 B’ D = A + B’ + 1 Trừ 1 0 0 0 D = A Chuyển A 1 0 1 0 D = A + 1 Tăng A 1 1 0 1 D = A – 1 Giảm A 1 1 1 1 D = A Chuyển A 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 12 Mạch số học Y3 X3 FA C4 C3 Y2 X2 FA C3 C2 Y1 X1 FA C2 C1 Y0 X0 FA C1 C0 D0D1D2D3 Cout 3 2 1 0 4x1 MUX S0 S13 2 1 0 4x1 MUX S0 S13 2 1 0 4x1 MUX S0 S13 2 1 0 4x1 MUX S0 S1 A3 A2 A1 A0B0B1B2B3 01010101 CinS0S1 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 13 6.3. Vi tác vụ luận lý Hàm Ký hiệu Vi tác vụ F0 = 0 F ← 0 xóa 0 F1 = xy F ← A ∧ B AND F2 = x.y F ← A ∧ B F3 = x F ← A truyền A F4 = x.y F ← A ∧ B F5 = y F ← B F6 = x ⊕ y F ← A ⊕ B F7 = x + y F ← A ∨ B OR F8 = (x + y) F ← A ∨ B NOR F9 = x ⊕ y F ← A ⊕ B NXOR F10 = y F ← B F11 = x + y F ← A ∨ B F12 = x F ← A F13 = x + y F ← A ∨ B F14 = xy F ← A ∧ B NAND F15 = 1 F ← 11 Gán 1 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 14 Mạch luận lý 0 1 2 Ai Bi 3 Ei S0 S1 S1 S0 ðầu ra phép tính 0 0 E = A ∧ B AND 0 1 E = A ∨ B OR 1 0 E = A ⊕ B XOR 1 1 E = A Inverter S0 S1 MUX 4x1 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 15 Mạch luận lý 0 1 2 Ai Bi 3 Ei S0 S1 S1 S0 ðầu ra phép tính 0 0 E = A ∧ B AND 0 1 E = A ∨ B OR 1 0 E = A ⊕ B XOR 1 1 E = A Inverter S0 S1 MU X 4x1 Vẽ mạch luận lý với i=2. Cho S0=S1=1, A1=0,A2=1,B1=1,B2=0. Xác ñịnh E1, E2? 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 16 6.4. Vi tác vụ dịch Ký hiệu Ý nghĩa R ← shl R Dịch trái R R ← shr R Dịch phải R R ← cil R Dịch vòng trái R R ← cir R Dịch vòng phải R R ← ashl R Dịch trái số học R R ← ashr R Dịch phải số học R • R= 10101011 • Shl R= 01010110 • Shr R= 01010101 • Cil R= 01010111 • Cir R=??? • Ashl R=??? • Ashr R=??? 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 18 Mạch dịch tổ hợp 4 bit 1 0 2x1 MUX S 1 0 2x1 MUX S 1 0 2x1 MUX S 1 0 2x1 MUX S H0 IL IR H1H2H3 A0A1A2A3 S 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 19 6.5. ALU (Arithmetic and Logic Unit) 3 2 1 0 4x1 MUX S0 S1 Một tầng mạch số học Một tầng mạch luận lý S3S2S1S0 BiAiAi-1Ai+1 Ci+1 Ci-1 DiEi 11/12/08 Trường ðHSP TPHCM 20 Các tác vụ của ALU Chọn tác vụ Tác vụ Chức năngS3 S2 S1 S0 Cin 0 0 0 0 0 F = A Chuyển A 0 0 0 0 1 F = A + 1 Tăng A 0 0 0 1 0 F = A + B Phép cộng 0 0 0 1 1 F = A + B + 1 Cộng với nhớ 0 0 1 0 0 F = A + B Trừ có mượn 0 0 1 0 1 F = A + B + 1 Phép trừ 0 0 1 1 0 F = A – 1 Giảm 0 0 1 1 1 F = A Chuyển A 0 1 0 0 x F = A ∧ B AND 0 1 0 1 x F = A ∨ B OR 0 1 1 0 x F = A ⊕ B XOR 0 1 1 1 x F = A Inverter 1 0 x x x F = shr A Dịch phải A 1 1 x x x F = shl A Dịch trái A There are six shift microoperations: shl that shifts the bits of a register one place left shr that shifts the bits of a register one place right; cil that shifts the bits of a register one place left with the leftmost bit being circled back to the right cir that works similarly but to the right ashl that shifts all bits except the sign bit of a register to the left but not into the sign bit ashr that shifts all bits excluding the sign bit to the right Eight-bit examples Type Symbolic Source R2 Destination R1 shift left R1 ← shl R2 10011110 00111100 shift right R1 ← shr R2 10011110 01001111 Circle shift left R1 ←cil R2 10011110 00111101 Circle shift right R1 ← cir R2 10011110 01001111 arithmetic shift left R1 ← ashl R2 10011110 10111100 arithmetic shift right R1 ← ashr R2 10011110 10001111