Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer architecture) - Chương 6: Vi tác vụ

Nội dung text: Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer architecture) - Chương 6: Vi tác vụ

1. Chương 6 – Vi tỏc v 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 1
2. Mc tiờu • Hiu ý nghĩa ca “ngụn ng” vi tỏc v • Hiu cu trỳc ca ALU (mch s hc + mch lun lý + mch dch t hp) 11/12/08 2
3. 6.1. Vi tỏc v thanh ghi Vi tỏc v là cỏc tỏc v hay cụng vic x lý d liu thc hin trờn cỏc thanh ghi Cú 4 loi vi tỏc v chớnh: 1. Vi tỏc v ghi chuyn thụng tin nh phõn 2. Vi tỏc v s hc 3. Vi tỏc v lun lý 4. Vi tỏc v dch 11/12/08 3
4. Vi tỏc v thanh ghi • Tờn thanh ghi: ch hoa (cú th cú kốm s) PC, MAR, R1, R2, • Chuyn ni dung thanh ghi R1 sang thanh ghi R2 (R1 khụng ủi): R2 ← R1 • Chuyn ni dung thanh ghi R1 sang thanh ghi R2 (R1 khụng ủi) dựng hàm ủiu khin (khi hàm cú giỏ tr 1): P: R2 ← R1hoc If (P=1) then (R2 ← R1) ← S0S1: R2 R1 11/12/08 4
5. Vi tỏc v thanh ghi Mch P Clock ủiu Load R2 khin n R1 S0 Mch Clock ủiu Load R2 khin S1 n R1 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 5
6. Vi tỏc v thanh ghi Ký hiu Din gii Vớ d Ch hoa Tờn thanh ghi PC,MAR,R1, (hoc s theo sau) R2(0-7): (bit t 0 ủn 7 ca thanh ghi R2) Du ngoc Mt phn thanh ghi sau tờn thanh ghi R2(L): cỏc bit thp ca thanh ghi R2 Mũi tờn Truyn d liu R2← R1 Tỏc v xy ra ủng thi R2← R1, R1← R2 Du phy (trong cựng mt chuyn tip ủng h) 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 6
7. 6.1.1. Truyn d liu qua bus S0 S1 4x1 4x1 4x1 4x1 MUX MUX MUX MUX 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 D 3 2 1 0 3 2 1 0 B 3 2 1 0 A 3 2 1 0 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 7
8. Truyn d liu qua bus 3 trng thỏi 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 S0 2x4 Decoder S1 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM E 8
9. Truyn qua b nh • DR ← M[AR] • M[AR] ← DR • M[AR] : ụ nh cú ủa ch ủưc lưu trong thanh ghi AR. 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 9
10. 6.2. Vi tỏc v s hc Ký hiu í nghĩa Ly thanh ghi R1+R2 R3 ← R1 + R2 gỏn vào R3 ??? R3 ← R1 – R2 ??? R2 ← R2 ??? R2 ← R2 + 1 ??? R3 ← R1 + R2 + 1 ??? R1 ← R1 +1 ??? R1 ← R1 -1 Ly R1 ủưa vào ụ nh M[AX]  R1 cú ủa ch lưu trong AX 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 10
11. Mch s hc S1 S0 Cin Y D=A+Y+Cin Din gii 0 0 0 B D = A + B Cng 0 0 1 B D = A + B + 1 Cng vi nh 0 1 0 B’ D = A + B’ Tr cú mưn 0 1 1 B’ D = A + B’ + 1 Tr 1 0 0 0 D = A Chuyn A 1 0 1 0 D = A + 1 Tăng A 1 1 0 1 D = A – 1 Gim A 1 1 1 1 D = A Chuyn A 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 11
12. Mch s hc B3 A3 B2 A2 B1 A1 B0 A0 S S 0 1 Cin 1 0 1 0 1 0 1 0 3 2 1 0 S S 3 2 1 0 S S 0 1 0 1 3 2 1 0 S0 S1 3 2 1 0 S0 S1 4x1 4x1 4x1 4x1 MUX MUX MUX MUX Y3 X3 Y2 X2 Y1 X1 Y0 X0 FA FA FA FA C4 C3 C3 C2 C2 C1 C1 C0 Cout 11/12/08D3 TrDư2 ng ðHSP TPHCM D1 D0 12
13. 6.3. Vi tỏc v lun lý Hàm Ký hiu Vi tỏc v F0 = 0 F ← 0 xúa 0 F1 = xy F ← A ∧ B AND F2 = x.y F ← A ∧ B F3 = x F ← A truyn 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 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 13 F15 = 1 F ← 1 1 Gỏn 1
14. Mch lun lý S 0 S0 MUX S 1 4x1 S1 A i 0 Bi Ei 1 2 3 S1 S0 ðu ra phộp tớnh 0 0 E = A ∧ B AND 0 1 E = A ∨ B OR 1 0 E = A ⊕ B XOR 1 1 E = A Inverter 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 14
15. Mch lun lý S S 0 0 MU S1 S0 ðu ra phộp tớnh S1 S1 X Ai 4x1 E 0 i 0 0 E = A ∧ B AND Bi 1 0 1 E = A ∨ B OR 2 1 0 E = A ⊕ B XOR 3 1 1 E = A Inverter V mch lun lý vi i=2. Cho S0=S1=1, A1=0,A2=1,B1=1,B2=0. Xỏc ủnh E1, E2? 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 15
16. 6.4. Vi tỏc v dch Ký hiu í nghĩĩĩa R ← shl R Dch trỏi R R ← shr R Dch phi R R ← cil R Dch vũng trỏi R R ← cir R Dch vũng phi R R ← ashl R Dch trỏi s hc R R ← ashr R Dch phi s hc R 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 16
17. • R= 10101011 • Shl R= 01010110 • Shr R= 01010101 • Cil R= 01010111 • Cir R=??? • Ashl R=??? • Ashr R=???
18. Mch dch t hp 4 bit A3 A2 A1 A0 IL IR S 1 0 S 1 0 S 1 0 S 1 0 S 2x1 2x1 2x1 2x1 MUX MUX MUX MUX H3 H2 H1 H0 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 18
19. 6.5. ALU (Arithmetic and Logic Unit) S0 S1 S2 S3 A B Ai+1 i-1 Ai i C Mt tng mch Ci+1 Mt tng mch i-1 lun lý s hc E i Di 3 2 1 0 S0 S1 4x1 MUX 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 19
20. Cỏc tỏc v ca ALU Chn tỏc v Tỏc v Chc năng S3 S2 S1 S0 Cin 0 0 0 0 0 F = A Chuyn A 0 0 0 0 1 F = A + 1 Tăng A 0 0 0 1 0 F = A + B Phộp cng 0 0 0 1 1 F = A + B + 1 Cng vi nh 0 0 1 0 0 F = A + B Tr cú mưn 0 0 1 0 1 F = A + B + 1 Phộp tr 0 0 1 1 0 F = A – 1 Gim 0 0 1 1 1 F = A Chuyn 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 Dch phi A 1 1 x x x F = shl A Dch trỏi A 11/12/08 Trưng ðHSP TPHCM 20
21. 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
22. 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