狠狠撸

Nguy?n Ng?c D?ng – Khoa H?c T? Nhiên

Ch??ng 4 : B? X? L?

Các c?u trúc l?nh c?a MIPS:

R-type;

Op (6) Rs(5) Rt(5) Rd(5) Shamt(5) Funct(6)

I-type:

Op(6) Rs(5) Rt(5) Address/ immediate(16)

J-type:

Op Target address

Ph?m vi bi?u di?n s? nguyên

+ S? ko d?u: 0 => (2n ? 1)

+ S? có d?u: ( ? 2n ? 1) => (2n ? 1 ? 1)

+ S? bù 2: ( ? 2n – 1 ) => (2n – 1 - 1)

??nh lu?t Moore : S? l??ng transitor trên m?i ??n v? inch t?ng lên g?p ??i sau 1.5 n?m

??nh lu?t Moore : S? l??ng transitor (tích h?p trên 1 IC) t?ng lên g?p ??i sau 1.5 n?m

Th? h? máy tính:

Chú ?: 1 ops/s (1 phép toán / gi?y)

1/ Bóng ?èn ch?n kh?ng: 40.000 ops/s

2/ Transistor : 200.000 ops/s

3/ Integrated Circuit (IC) : 1.000.000 ops/s

4/ Micro (Dual core, core 2 duo…) :

Máy tính g?m:

+ B? x? l? (CPU)

1|Page


+ B? nh? chính (Main Memory)

+ H? th?ng Bus (Bus) : K?t n?i các thành ph?n trong máy tính v?i nhau.

+ Thi?t b? nh?p xu?t (Input/Output)

B? x? l? CPU :

+ Thanh ghi (register): L?u tr? t?m d? li?u ?? ALU và CU x? l? và ?i?u khi?n

+ Internal Bus: K?t n?i các thành ph?n ALU, CU và thanh ghi (register) trong CPU

+ ??n v? x? l? (ALU): X? l?, tính toán d? li?u l?u trong thanh ghi

+ ??n v? ?i?u khi?n (CU): ?i?u khi?n x? l? c?a ALU và d? li?u trên thanh ghi

L?nh máy:

+ L?nh máy: là 1 d?y bit ch?a yêu c?u mà b? x? l? ph?i th?c hi?n.

+ C?u trúc l?nh máy: M? thao tac – Toán h?ng

1. M? thao tác (opcode): cho bi?t l?nh th?c hi?n thao tác gì. (+ - and or …)
2. Các toán h?ng (operand): cho bi?t các ??i t??ng b? tác ??ng b?i thao tác trong m? thao
tác (opcode) (thanh ghi, vùng nh?, h?ng s?…)

+ M?i b? x? l? ch? hi?u 1 s? l?nh v?i 1 vài c?u trúc nh?t ??nh.

Ho?t ??ng c?a CPU:

+ X? l? l?nh qua 2 b??c (chu kì l?nh):

1. N?p l?nh (Fetch): Di chuy?n l?nh t? b? nh? vào thanh ghi.

2. Th?c thi l?nh: Gi?i m? l?nh và th?c hi?n thao tác yêu c?u.

Quá trình n?p l?nh:

? ngh? các thanh ghi:

+ Thanh ghi MAR (Memory Address Register): L?u ??a ch? ???c g?i ra / nh?n vào t? bus ??a ch?.

+ Thanh ghi MBR (Memory Buffer Register): L?u giá tr? ???c g?i ra / nh?n vào t? bus d? li?u.

+ Thanh ghi PC (Program Counter): L?u ??a ch? c?a l?nh s? ???c n?p.

+ Thanh ghi IR (Instruction Register): L?u l?nh s? ???c x? l?.

2|Page


+ B? x? l? di chuy?n l?nh t? vùng nh? có ??a ch? trong thanh ghi PC vào thanh ghi IR

+ B? x? l? gi?i m? l?nh trong thanh ghi IR và th?c hi?n thao tác yêu c?u nh? :

1. Th?c hi?n các phép tính s? h?c và lu?n l?.
2. Th?c hi?n di chuy?n d? li?u gi?a thanh ghi và b? nh?.
3. Th?c hi?n di chuy?n d? li?u gi?a thanh ghi và thi?t b? nh?p xu?t.
4. Th?c hi?n các thao tác ?i?u khi?n nh? r? nhánh.

M?ch s?
+ Transistor là linh ki?n làm t? ch?t bán d?n dùng ?? khu?ch ??i và chuy?n tín hi?u

+ M?ch s? là thi?t b? ?i?n t? k?t n?i các linh ki?n ?i?n t? (nh? transistor) ho?t ??ng ? 2 m?c ?i?n áp:
cao – th?p

C?ng s?
+ Các linh ki?n ?i?n t? th??ng k?t n?i l?i v?i nhau thành các kh?i c? b?n

+ Kh?i c? b?n nh?t là các c?ng logic v?i các giá tr? lu?n lí 1 và 0 t??ng ?ng v?i 2 m?c ?i?n áp cao – th?p

Thi?t k? Logic
+ Các c?ng logic th??ng k?t n?i v?i nhau thành các kh?i cao c?p h?n

+ G?m 2 lo?i:

1/ M?ch t? h?p:

a/ Khái ni?m

+ K?t n?i các c?ng logic sao cho k?t qu? c?a m?ch t?i 1 th?i ?i?m ch? ph? thu?c vào giá
tr? ??u vào t?i th?i ?i?m ?ang xét.

+ M?ch: adder, decoder, multiplexor, ALU…

+ G?m n ng? vào, m ng? ra. Ng? ra là các hàm logic (lu?n l?) c?a các ng? vào.

+ Lu?n có 1 ?? tr? gi?a th?i ?i?m tín hi?u vào ?n ??nh v?i th?i ?i?m tín hi?u ra ?n ??nh.

b/ Thi?t k?

+ 3 b??c:

1/ L?p b?ng ch?n tr? t? yêu c?u

3|Page


2/ X?y d?ng hàm lu?n l? t? b?ng ch?n tr?

3/ V? s? ?? m?ch lu?n l? và th? nghi?m

2/ M?ch tu?n t?:

a/ Khái ni?m

+ K?t n?i các c?ng logic sao cho k?t qu? c?a m?ch ch? ph? thu?c vào giá tr? ??u vào t?i
th?i ?i?m ?ang xét mà còn ph? thu?c vào tr?ng thái t?i th?i ?i?m tr??c ?ó c?a m?ch.

+ Có kh? n?ng ghi nh? các trang thái trong quá kh?

M?ch l?t Flit-flop là m?ch l?t c? b?n nh?t

+ M?ch: m?ch l?t RS, JK, T, D,…

+ Có ch?c n?ng l?u gi? 1 bit nh?

b/ Thi?t k?

+ M?ch tu?n t? = M?ch t? h?p + M?ch l?t

4 b??c

1/ V? l??t ?? tr?ng thái t? yêu c?u

2/ L?p b?ng tr?ng thái t? s? ?? tr?ng thái

3/ X?y d?ng hàm lu?n l? t? s? ?? tr?ng thái

4/ V? s? ?? m?ch lu?n l? và th? nghi?m

____________________________________________________________________________________

M?ch Full Adder cho phép c?ng 3 bit

M?ch Multiplexer (MUX) 4 ??u vào có 1 ng? ra

M?ch Demultiplexer (DEMUX) 1 ??u vào có 4 ng? ra

ALU ???c thi?t k? cho phép l?a ch?n th?c hi?n các phép toán +, -, AND, OR

M?ch m? hóa

+ Ch? có 1 ng? vào ???c b?t, t? h?p các ng? ra s? cho bi?t ng? vào nào ???c b?c

Các c?ng ?o?n l?nh
4|Page


+ C?ng ?o?n 1: N?p l?nh (Instruction Fetch)

- N?p l?nh 32bit t? b? nh? t?i ??a ch? trong thanh ghi PC vào thanh ghi l?nh (IR)
- T?ng PC ?? chu?n b? n?p l?nh k? ti?p sau khi x? l? xong l?nh này (PC = PC + 4)

+ C?ng ?o?n 2: Gi?i m? l?nh (Instruction Decode)

- Ph?n tích tr??ng trong l?nh
o Xác ??nh opcode ?? bi?t lo?i l?nh gì và v? trí c?a các tr??ng khác
o Sau ?ó ??c các thanh ghi ngu?n ?? chu?n b? th?c hi?n các c?ng ?o?n ti?p
theo
o VD: l?nh add ??c 2 thanh ghi ngu?n – lw ??c 1 thanh ghi ngu?n

+ C?ng ?o?n 3: ALU (Arithmetic Logic Unit)

- Tính toán s? h?c, lu?n l?, so sánh (beq, slt)
- L?nh beq tính v? trí c?n nh?y t?i
- Lw $t0, 40($t1)
- ??a ch? c?n truy xu?t là $t1 + 40 => Th?c hi?n phép c?ng

+ C?ng ?o?n 4: Truy xu?t b? nh? (Memory Access)

- Lw và sw th?c hi?n c?ng ?o?n này

+ C?ng ?o?n 5: Ghi k?t qu? vào thanh ghi (Register Write)

add $s1, $s2, $s3.

??u tiên, PC s? l?y ??a ch? c?a phép toán này, th?c hi?n n?p các tr??ng c?a phép toán này vào b? nh?.

Ti?p theo, nó s? th?c hi?n gi?i m? l?nh, d?a trên OP (opcode) ?? xác ??nh ???c ??y là phép c?ng.

K? ti?p, vì ??y là phép c?ng, nên s? l?u k?t qu? vào thanh ghi (Register), do ?ó, Regwrite s? ???c b?t là
1. Rd s? ?i qua m?t cái MUX, vì ph?i l?u k?t qu? vào thanh ghi nên RegDist s? b?t lên bit 1. Rs và Rt s?
???c ??c vào thanh ghi và ?i ra vào ALU. Rt s? ph?i ?i qua m?t cái MUX, t?i ??y ALUSrc s? b?t bit 0, báo
hi?u ??y là m?t thanh ghi.

C? Rs và Rt b?y gi? ?ang n?m trong ALU, t?i ??y ALUOp s? phát tín hi?u cho bi?t ??y là phép c?ng và
th?c hi?n c?ng Rs+Rt trong ALU. K?t qu? c?ng s? ch?y tr?c ti?p qua cái MUX phía bên kia mà ko c?n
th?ng qua DataMemory(do kh?ng có nhu c?u). T?i MUX, k?t qu? s? ???c l?u ng??c tr? l?i Register.

lw

5|Page


Sau khi c?ng I+Rs, kq này s? ph?i ?i vào DataMemory, t?i ??y Control phát tín hi?u ??c b?ng 1, sau ?ó
qua MUX và ghi k?t qu? ??c ???c vào Rt.

H? th?ng l?u tr?

+ L?u tr? s? c?p: ROM, RAM, cache, thanh ghi,…

+ L?u tr? th? c?p: ??a t?, USB,…

+ L?u tr? c?p 3

Thanh ghi

+ Thi?t b? có dung l??ng nh? nh?t, nh?ng có t?c ?? truy xu?t nhanh nh?t

+ ???c dùng trong các b? x? l?: l?u gi? l?nh và d? li?u ?? x? l?

ROM (READ ONLY MEMORY)

+ ROM : Là b? nh? ch? ??c, ko th? ghi, ko c?n ngu?n ?i?n ?? duy trì n?i dung (L?u tr? s? c?p)

+ PROM (Programable ROM): ghi ???c 1 l?n duy nh?t

+ EPROM (Eraseabe PROM) : Có th? xóa = tia c?c tím sau khi ghi

+EEPROM (Electrically EPROM): có th? xóa = ?i?n, xóa t?ng byte

+ FlashROM: Xóa t?ng kh?i, ghi nhanh, xóa nhanh

RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) – L?u tr? s? c?p

+ Là 1 lo?i b? nh? chính c?a máy tính

+ Ram ???c g?i là b? nh? truy c?p ng?u nhiên:

- Th?i gian ??c ho?c ghi ??i v?i m?i ? nh? là nh? nhau

+ G?m: RAM ??ng (DRAM) – RAM t?nh (SRAM)

+ Các lo?i DRAM

1/ SDRAM: (Synchronous Dynamic RAM): ???c g?i là DRAM ??ng b?, g?m 3 ph?n lo?i: SDR,
DDR, DDR2, DDR3

2/ SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM):

+ Có 168 ch?n

6|Page


+ bus speed ch?y cùng v?n t?c v?i clock speed c?a memory chip

3/ DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM):

+ Có 184 ch?n

+ T?c ?? truy?n t?i g?p ??i SDR nh? vào vi?c truy?n t?i 2 l?n trong 1 chu kì b? nh?

4/ DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM):

+ Có 240 ch?n

+ Có bus speed cao g?p ??i clock speed

B? nh? cache

+ Dùng c?ng nghê SRAM (Nhanh)

+ T?c ?? cao h?n b? nh? chính (DRAM)

+ Vai trò làm b? nh? ??m truy xu?t nhanh (trung gian CPU và b? nh? chính)

+ L?u tr? t?m b?n sao 1 ph?n n?i dung c?a b? nh? chính nh?m gi?m truy xu?t vào b? nh? chính

Direct Mapping

+ ??n gi?n - Chi phí t? ch?c th?p

+ C?p phát t?ng block memory vào t?ng cache line riêng bi?t

+ N?u cache line nào ?ó ?ang ch?a 1 block memory (old). Khi ta mu?n n?p 1 line thì block
memory (old) ph?i b? thay ra ?? dành ch? cho block memory (new).

Cache Line Number = (Main memory Block number) MOD (Number of Cache lines)

Number of blocks in cache = Cache size / Block size

VD: Cho

1 MB = 220 bit

1 KB = 210 bit

+ Memory size: 16MB = 224

+ Block size: 32 B = 25

+ Cache Size: 512 KB = 219

7|Page


Number of blocks in cache = Cache size / Block size

? Number of blocks in cache (Cache Line) = 219 / 25 = 214
? S? l??ng bit trong tag = 24 – 14 – 5 = 5

Stag — size of cache tag, in bits;
Smemory — cacheable range of operating memory, in bytes;
Scache — size of cache memory, in bytes;
A — associativity of cache memory, in ways.

Fully Associate Mapping

+ M?i block có th? ???c n?p vào b?t c? line nào

+ Do 1 block có th? n?p vào b?t kì 1 line nào. Vì v?y, ?? ki?m tra 1 block có n?m trong line hay
ch?a thì ph?i duy?t h?t các line.

+ Chi phí tìm ki?m cao

+ S? bit làm Tag ph?i l?u trong cache nhi?u h?n

Set Associate Mapping

+ Set Associate Mapping = Direct Mapping + Fully Associate

+ Các ph?n t? cache ???c chia làm S các t?p h?p =, m?i t?p h?p có K ph?n t?

+ M?i block ???c ánh x? vào m?t t?p h?p (Direct Mapping)

+ Các cache line trong t?p h?p ???c qu?n l? theo ki?u (Fully Associate)

??ng b? hóa cache và b? nh? chính
Write Through

- Khi 1 line/block b? thay ??i trong cache/b? nh? chính b?i CPU/IO => block/line
t??ng ?ng trong b? nh? cache/line s? l?p t?c ???c c?p nh?t
- Ch?m

8|Page


Write Back

- Khi 1 line b? thay ??i trong b? nh? cache, s? d?ng bit ?ánh d?u
- Khi ph?i thay th? line b? ?ánh d?u => thì c?p nh?t l?i block t??ng ?ng trong b? nh?
chính.
- IO ph?i truy xu?t b? nh? chính th?ng qua cache

Kích th??c block và cache
Kích th??c Block

+ Nh? quá: gi?m tính l?n c?n v? ko gian

+ L?n quá: th?i gian chuy?n block vào cache l?u

+ Kích th??c block th??ng t? 8 – 64 bytes

Kích th??c Cache

+ Nh? quá: s? l??ng block l?u trong cache ít => cache miss cao

+ L?n quá: Nhi?u n?i dung ko c?n thi?t l?u trong cache => M?t nhi?u th?i gian ki?m tra block có
n?m trong cache ch?a.

S? l??ng và lo?i cache
+ Th??ng s? d?ng nhi?u m?c cache L1, L2, L3…

+ On-Chip cache : n?m trên cùng IC v?i b? x? l? => truy xu?t nhanh

+ Off-Chip cache : n?m trên IC riêng và ???c n?i v?i b? x? l? qua h? th?ng bus => truy xu?t ch?m

+ L1 cache

+ Kích th??c 10s KB

+ Hit Time: 1 chu kì

+ Miss rate: 1-5%

+ L2 cache

+ Kích th??c 100s KB

+ Hit Time: 1 chu kì

9|Page


+ Miss rate: 10-20%

+ Th??ng s? d?ng 2 lo?i cache

+ Unified cache: 1 cache cho c? l?nh và d? li?u

+ Split Cache : Cache riêng cho l?nh (instruction cache) và d? li?u (data cache)

Th? c?p
??a t?

+ Là thi?t b? l?u tr? d? li?u l?u dài ph? bi?n nh?t, g?m 1 hay nhi?u l?p ??a ph?ng ???c ph? t?
?? l?u tr? d? li?u

+ 2 lo?i:

+ ??a m?m (Floppy disks) : ch?m – ch? 1 l?p ??a t?

+ ??a c?ng (Hard disk drives - HDD): nhanh h?n – nhi?u ??a t?

T? ch?c ??a c?ng

+ G?m nhi?u ??a tròn (platter), m?i l?p ph? 1 ho?c 2 m?t (side)

+ M?i m?t có t??ng ?ng 1 ??u ??c (head) ?? ??c ho?c ghi d? li?u

+ M?i m?t có nhi?u ???ng tròn ??ng t?m (track)

+ M?i ???ng tròn ???c chia nh? thành các cung tròn (sector)

+ M?i sector ch?a 4096 ?i?m t? (~4096 = 512 byte)

+ M?i l?n ??c ghi ít nh?t 1 sector (512 byte)

C? ch? ??c d? li?u c?a ??a c?ng

+ Disk Latency = Seek Time + Rotation Time + Transfer Time

+ Seek Time: Th?i gian di chuy?n ??u ??c t?i ?úng track c?n ??c, ph? thu?c vào s? track trên 1
m?t và t?c ?? c?a actuator

10 | P a g e


+ Rotation Time: Th?i gian quay ??a sao cho sector mu?n ??c n?m d??i ??u ??c, ph? thu?c vào
t?c ?? quay c?a ??a

+ Transfer Time: Th?i gian ??c và truy?n d? li?u, ph? thu?c vào m?t ?? ph? t? c?a sector và
chu?n giao ti?p (ATA, SATA,…)

K? thu?t RAID

+ K?t h?p nhi?u ? ??a v?t l? thành 1 h? th?ng ??a (lu?n l?) duy nh?t = ph?n c?ng ho?c ph?n m?m

M?c ?ích

+ ??m b?o an toàn d? li?u

+ T?ng t?c ?? truy xu?t c?a h? th?ng

Ho?t ??ng

+ D? li?u trên ??a s? ???c l?u ??ng th?i lên t?t c? ? ??a

+ Ho?t ??ng c?a h? th?ng trong su?t v?i ng??i dùng

Flash Memory

+ M?t lo?i c?ng ngh? l?u tr? ph? bi?n nh?t hi?n nay : USB, Memory Card, ROM

+ Ko c?n ngu?n ?i?n ?? duy trì n?i dung

?u ?i?m

+ Duy trì d? li?u l?u dài

+ It t?n ?i?n n?ng

Nh??c ?i?m

+ S? chu kì ghi / xóa d? li?u b? gi?i h?n

L?u tr? c?p 3
Tape library

+ Thi?t b? cho phép k?t h?p hàng ngàn b?ng t? ?? t?o thành 1 thi?t b? l?u tr? có dung l??ng lên
??n Terabyte, Petabyte

Disk Library

11 | P a g e


+ Thi?t b? cho phép k?t h?p hàng ngàn ??a c?ng ?? t?o thành 1 thi?t b? l?u tr? có dung l??ng
lên ??n hàng ngàn Terabyte, Petabyte

Optical Jukebox

+ Thi?t b? cho phép k?t h?p hàng ngàn ??a quang ?? t?o thành 1 thi?t b? l?u tr? có dung l??ng
lên ??n Terabyte, Perabyte

12 | P a g e

狠狠撸

KTMT L? Thuy?t T?ng Quát

Recommended

More Related Content

What's hot (20)

Viewers also liked (20)

Similar to KTMT L? Thuy?t T?ng Quát (20)

More from David Nguyen (13)

KTMT L? Thuy?t T?ng Quát