a. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT VÀ CHU TRÌNH XỬ LÝ LỆNH Các bạn biết phải làm gì với sơ đồ rồi đấy  Giải thích sơ đồ: Bộ điều khiển (CU) Bộ tính toán số học và logic (ALU) Bus trong CPU Các thanh ghi của CPU: - Thanh ghi tích luỹ A - Bộ đếm chương trình PC - Thanh ghi lệnh IR - Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ MAR - Thanh ghi đệm dữ liệu MBR - Các thanh ghi tạm thời Y và Z - Thanh ghi cờ FR Chu trình xử lý lệnh - Nhiệm vụ chủ yếu của CPU là đọc lệnh từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện lệnh của chương trình. Khoảng thời gian để CPU thực hiện xong một lệnh kể từ khi CPU cấp phát tín hiệu địa chỉ ô nhớ chứa lệnh đến khi nó hoàn tất việc thực hiện lệnh được gọi là chu kỳ lệnh. Mỗi chu kỳ lệnh của CPU được mô tả theo các bớc sau: 1. Khi một chương trình được kích hoạt, hệ điều hành nạp mã chương trình vào bộ nhớ trong; 2. Địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh đầu tiên của chương trình được nạp vào bộ đếm chương trình PC; 3. Địa chỉ ô nhớ chứa lệnh từ PC được chuyển đến bus địa chỉ thông qua thanh ghi MAR; 4. Bus địa chỉ chuyển địa chỉ ô nhớ đến đơn vị quản lý bộ nhớ; 5. MMU chọn ra ô nhớ và thực hiện lệnh đọc nội dung ô nhớ; 6. Lệnh (chứa trong ô nhớ) đợc chuyển ra bus dữ liệu và tiếp theo đợc chuyển tiếp đến thanh ghi MBR; 7. MBR chuyển lệnh đến thanh ghi lệnh IR; IR chuyển lệnh vào bộ điều khiển CU; 8. CU giải mã lệnh và sinh các tín hiệu điều khiển cần thiết, yêu cầu các bộ phận chức năng của CPU, như ALU thực hiện lệnh; 9. Giá trị địa chỉ trong bộ đếm PC được tăng lên 1 đơn vị lệnh và nó trỏ đến địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh tiếp theo; 10. Các bớc từ 3-9 được lặp lại với tất cả các lệnh của chương trình. b. Thanh ghi, khối điều khiển, khối tính toán số học & logic ALU, Bus trong CPU. - Các thanh ghi: Thanh ghi là các ô nhớ bên trong CPU, có nhiệm vụ lưu trữ tạm thời lệnh và dữ liệu cho CPU xử lý. Thanh ghi thường có kích thước nhỏ, nhưng tốc độ làm việc rất cao - bằng tốc độ CPU. Các kích thước thông dụng của thanh ghi là 8, 16, 32, 64, 128 và 256 bit. Thanh tích luỹ A là một trong các thanh ghi quan trọng nhất của CPU. Thanh ghi A không những được sử dụng để lu toán hạng vào mà còn dùng để chứa kết quả ra. Thanh ghi A còn thường được dùng trong các lệnh trao đổi dữ liệu với các thiết bị vào ra. Kích thước của thanh ghi A bằng kích thước từ xử lý của CPU: 8 bit, 16 bit, 32 bit hoặc 64 bit. Bộ đếm chương trình PC luôn chứa địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh kế tiếp được thực hiện. Đặc biệt, PC chứa địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh đầu tiên của chương trình khi chương trình được kích hoạt và được hệ điều hành nạp vào bộ nhớ. Khi CPU thực hiện xong một lệnh, địa chỉ của ô nhớ chứa lệnh tiếp theo được nạp vào PC. Kích thước của PC phụ thuộc vào thiết kế CPU. Các kích thước thông dụng của PC là 8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit Thanh ghi lệnh IR lưu lệnh đang thực hiện. IR nhận lệnh từ MBR và chuyển tiếp lệnh đến CU giải mã và thực hiện MAR là thanh ghi địa chỉ bộ nhớ - giao diện giữa CPU và bus địa chỉ. MAR nhận địa chỉ ô nhớ chứa lệnh tiếp theo từ PC và chuyển tiếp ra bus địa chỉ. MBR là thanh ghi đệm dữ liệu - giao diện giữa CPU và bus địa chỉ. MBR nhận lệnh từ bus địa chỉ và chuyển tiếp lệnh đến IR thông qua bus trong CPU. CPU thường sử dụng một số thanh ghi tạm thời để chứa toán hạng đầu vào và kết quả đầu ra, như các thanh ghi tạm thời X, Y và Z. Các thanh ghi tạm thời còn tham gia trong việc hỗ trợ xử lý song song và hỗ trợ thực hiện lệnh theo cơ chế thực hiện tiên tiến kiểu không theo trật tự Ngăn xếp (Stack) là bộ nhớ đặc biệt hoạt động theo nguyên lý vào sau ra trước. Con trỏ ngăn xếp SP là một thanh ghi luôn chứa địa chỉ đỉnh ngăn xếp. Có hai thao tác chính với ngăn xếp: Push - đẩy dữ liệu vào ngăn xếp, Pop - lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp Các thanh ghi tổng quát là các thanh ghi đa năng, có thể được sử dụng cho nhiều mục đích: để chứa toán hạng đầu vào hoặc chứa kết quả đầu ra. Thanh ghi trạng thái FR là một thanh ghi đặc biệt của CPU: mỗi bít của thanh ghi cờ lưu trạng thái của kết quả của phép tính ALU thực hiện. Có hai loại bít cờ: cờ trạng thái và cờ điều khiển. 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. - Khối điều khiển(CU) là một trong các khối quan trọng nhất của CPU. CU đảm nhiệm việc điều khiển toàn bộ các hoạt động của CPU theo xung nhịp đồng hồ. CU sử dụng nhịp đồng hồ để đồng bộ các đơn vị chức năng trong CPU và giữa CPU với các bộ phận bên ngoài. Khối điều khiển CU nhận ba tín hiệu đầu vào: (1) Lệnh từ thanh ghi lệnh IR, (2) Giá trị các cờ trạng thái của ALU và (3) Xung nhịp đồng hồ CLK và CU sản sinh hai nhóm tín hiệu đầu ra: (1) Nhóm tín hiệu điều khiển các bộ phận bên trong CPU và (2) Nhóm tín hiệu điều khiển các bộ phận bên ngoài CPU. - Khối số học và logic (ALU) đảm nhiệm chức năng tính toán trong CPU. ALU bao gồm một loạt các đơn vị chức năng con để thực hiện các phép toán số học trên số nguyên và logic Bộ cộng, bộ trừ, bộ nhân, bộ chia, .... Các bộ dịch và quay Bộ phủ định, bộ và, bộ hoặc và bộ hoặc loại trừ. - Bus trong CPU là kênh giao tiếp giữa các bộ phận bên trong CPU, cụ thể giữa bộ điều khiển CU với các thanh ghi và bộ tính toán ALU. Bus trong hỗ trợ kênh giao tiếp song công và cung cấp giao diện để kết nối với bus ngoài (bus hệ thống). So với bus ngoài, bus trong thường có băng thông lớn hơn và có tốc độ nhanh hơn.