Đồ án KTMT

1. Tìmhiểucấutrúc Vi xửlý 32 bit Môn: Kiếntrúcmáytính Giảngviên: PhạmNguyễnHuyPhương

2. Thànhviênnhóm: GiápChíThanh • ĐỗHiếuQuang • PhạmTấnTài • VõThànhDanh Nhómtrưởng Thànhviên Thànhviên Thànhviên

3. Nộidung Giớithiệuvềbộ vi xửlý Intel 80386 1 Đơnvịquảnlýbộnhớ (MMU) vàcơchếphântrang 5 Kiếntrúcnộibộ 2 Tậplệnhvàcáchxửlýlệnh 6 3 Kiếntrúc Bus và tập thanh ghi 7 So sánhvớicácbộ vi khác Các chếđộhoạtđộngcủa Intel 80386 4 Kếtluận 8

4. 01 GIỚI THIỆU VỀ BỘ XỬ LÝ INTEL 80386

5. INTEL 80386: Vi xửlýđộtphá Vi xửlý 32 bit đầutiên (dòng x86) Nềnmóng 80486, Pentium Kếthừa Intel 80286 (16 bit) Intel 80386 (i386/ 386) Tháng 10 năm 1985

6. 1. SựrađờivàthànhcôngcủaBộ vi xửlý 80386 Cảitiếncấutrúcnềntảng • MMU tíchhợp (phântrang) • Pipeline sâuhơn • Chếđộ Virtual 8086 (VM86) Ý nghĩa • Hệđiềuhànhđanhiệmphứctạp • Hỗtrợbộnhớảohiệuquả • Tươngthíchngược (phầnmềm 16 bit) Thànhcông • Thiếtlập IA-32 (Intel Architecture, 32 bit) • Tiêuchuẩn de facto PC (2 thậpkỷ)

7. 2. Mụctiêunghiêncứuđềtài Tậplệnhvàchếđộhoạtđộng Quytrìnhxửlýlệnh Phântíchkiếntrúc 80386 Cơchếquảnlýbộnhớ Mởđườnghệthốngđiệntoán Tácđộngvà di sản Đónggópkỹthuật

8. VS 80286DX 80386SX • Bus địachỉ 24 bit, bus dữliệu 16 bit • Góiphẳng 100 chân • 16MB bộnhớ • Chi phíthấp, phổbiến PC tươngtự 80286 • Bus địachỉ 32 bit, bus dữliệu 32 bit • Gói PGA 132 chân • 4GB bộnhớvậtlý HAI PHIÊN BẢN 80286 PHỔ BIẾN

9. 02 KIẾN TRÚC NỘI BỘ

10. KIẾN TRÚC NỘI BỘ CỦA INTEL 80386 Đơnvịquảnlýbộnhớ (MMU) Các đơnvịchính • CPU (Central Processing) • MMU (Memory Management Unit) • BIU (Bus Interface Unit) • Đơnvịphânđoạnvàphântrang • Dịchđịachỉ (logic sang vậtlý) • Bảo vệbộnhớ Đơnvịgiaodiện Bus (BIU) Đơnvịxửlýtrungtâm (CPU) • Quản lýgiaotiếpvớithànhphầnngoài • Bus địachỉ/ dữliệu 32 bit • Thanh ghi 32 bit toàndiện • Kiếntrúcđườngống (pipelining) • Đơnvịthựcthi: thựchiệnlệnh • Đơnvịlệnh: giảimãlệnh (thành vi mã) • Thanh phần: ALU, bộdịchthùng 64 bit (tăngtốcphéptoán bit)

11. 03 KIẾN TRÚC BUS VÀ TẬP THANH GHI

12. TẬP THANH GHI 80386 KIẾN TRÚC BUS • Mởrộnglên 32-bit: • Támthanhghiđadụngđượcmởrộnglên 32-bit (EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP, ESP). • Duy trìtươngthíchngược: • Vẫnduytrìkhảnăngtruycậptươngthíchvớicácthanhghi 16-bit (AX, BX,...) và 8-bit (AL, AH,...). • Giúpđơngiảnhóaviệcchuyểnđổi (port) mãnguồncũ sang 32-bit. • Hỗtrợhệđiềuhànhphứctạp: • Cung cấpmộttậphợptoàndiệncácthanhghihệthống, điềukhiển, vàgỡlỗi. • Hỗtrợphầncứngmạnhmẽchođanhiệm, bảovệbộnhớvàphântrang. • Bus 32-bit toàndiện: • Sửdụng bus địachỉ 32-bit và bus dữliệu 32-bit. • Cho phéptruycậptrựctiếpkhônggianbộnhớlêntới 4GB. • Tănggấpđôilượngdữliệutruyềnđượctrongmỗi chu kỳ so với 80286. • Thiếtkếhiệuquả: • Việcphântáchđườngđịachỉvàđườngdữliệu • giúpđơngiảnhóathiếtkếphầncứngvàtănghiệusuất. • Tươngthíchngược: • Hỗtrợcácthiếtbị 16-bit thông qua chânBS16#. • Tạođiềukiệnthuậnlợichoviệcchuyểnđổitừhệthống 16-bit lên 32-bit.

13. THANH GHI: ĐA DỤNG & HỆ THỐNG • Thanh ghiĐadụng (GPRs): • EAX: Thanh ghitíchlũy, dùngtrongphépnhân/chia. • ECX: Bộđếmchocácvònglặpvàlệnhchuỗi. • ESP: Con trỏđỉnhngănxếp (Stack Pointer). • ESI/EDI: Con trỏnguồn/đíchcholệnhchuỗi. • Thanh ghiĐoạn (Segment Registers): • Bao gồm CS, SS, DS, ES, vàhaithanhghimớilàFSvàGS. • Cung cấpthêm "cửasổ" vàocácvùngnhớ, hữuíchchocáccấutrúcdữliệuphứctạp (vídụ: Thread-Local Storage). • Thanh ghiĐiềukhiển (Control Registers): • CR0: Chứacáccờhệthốngquantrọng: PE (BậtChếđộ Bảo vệ), PG (BậtPhântrang). • CR2: Lưu địachỉtuyếntínhđãgâyralỗitrang (page fault). • CR3: ChứađịachỉcơsởcủaBảng Thư mục Trang (PDBR).

14. BẢNG TÓM TẮT CÁC THANH GHI CHÍNH

15. 04 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA INTEL 80386

16. Các chế độ hoạt động Chếđộbảovệ (ProtectedMode) Chếđộđịachỉthực (Real-Address Mode) • Môi trường 32 bit tự nhiên • Truy cập toàn bộ 4GB bộ nhớ vật lý • Cơ chế bảo vệ mạnh mẽ (4 cấp độ đặc quyền) • Cách ly chương trình • Mặc định khi khởi động • Hoạt động như 8086 tốc độ cao • Chủ yếu dùng để khỏi tạo hệ thống Chếđộảo 8086 (Virtual 8086 Mode) • Tính năng đột phá • Cho phép chạy ứng dụng 8086 cũ • Môi trường đa nhiệm, được bảo vệ • Giải quyết vấn đề tương thích ngược của 80386

17. 04 ĐƠN VỊ QUẢN LÝ BỘ NHỚ (MMU) VÀ CƠ CHẾ PHÂN TRANG

18. MMU tíchhợplàcảitiếnquantrọngnhấtcủa Intel 80286 Đơnvịphântrang Đơnvịphânđoạn • Chuyểnđổi: địachỉ logic thànhđịachỉtuyếntính • Sửdụng: Bảngmôtả (GDT/LDT) • Thựcthi: Bảo vệdựatrênphânđoạn • Chuyểnđổi: địachỉtuyếntínhthànhđịachỉvậtlý • Sửdụng: cấutrúcbảngtranghaicấp • Chia bộnhớthành: trang 4KB • Cho phéptriểnkhai: Bọnhớảo • Mỗitácvụ: khônggianriêngbiệtvàantoàn • Đơngiảnhóapháttriển HĐH phứctạp

19. 05 TẬP LỆNH VÀ CÁCH XỬ LÝ LỆNH

20. Cấutrúcđườngống (pipelining) Tậplệnh 80386 • Nền tảng kiến trúc IA-32 • Bao gồm: Lệnh truyền dữ liệu, số học, điều khiển luồng, logic • Hỗ trợ: Định địa chỉ linh hoạt (đặc biệt: base + index * scale + displacement) • Mục đích: Truy cập cấu trúc dữ liệu hiệu quả • Cải tiến lớn về hiệu suất • 6 giai đoạn • Cho phép: Thực hiện đồng thời (tìm nạp, giải mã, thực thi lệnh) • Kết quả: Giảm thời gian thực thi trung bình

21. 07 QUẢN LÝ BỘ NHỚ CHI TIẾT

22. QUẢN LÝ BỘ NHỚ: PHÂN ĐOẠN & PHÂN TRANG • Quátrìnhdịchđịachỉ: • Bước 1 (Phânđoạn):ĐịachỉLogic (Selector:Offset) ➔ ĐịachỉTuyến tính (Linear Address) 32-bit. • Bước 2 (Phântrang):ĐịachỉTuyến tính 32-bit ➔ ĐịachỉVậtlý (Physical Address) 32-bit. • CơchếPhântrang (Paging): • Địachỉtuyếntính 32-bit được chia thành 3 phần: • 10 bit ➔ ChỉsốtrongBảng Thư mục Trang (Page Directory). • 10 bit ➔ ChỉsốtrongBảng Trang (Page Table). • 12 bit ➔ Offset bêntrongmộttrang 4KB. • Lỗitrang (Page Fault): • Xảyrakhi bit Present (P)trongmụcbảngtrang (PTE/PDE) bằng 0. • CPU tạongoạilệ, lưuđịachỉgâylỗivàoCR2, vàchuyểnquyềncho HĐH xửlý. TĂNG TỐC DỊCH ĐỊA CHỈ: TLB • TLB làgì? • Translation Lookaside Buffer. • Làmộtbộnhớ cache nhỏ, tốcđộcao, tíchhợptrên chip. • Mụcđích: • Lưu trữcáckếtquảdịchđịachỉ (tuyếntính sang vậtlý) đượcdùnggầnđâynhất. • TránhcáctruycậpbộnhớchậmđếnBảng Thư mục Trang vàBảng Trang khicó "TLB hit". • Hiệu quả: • Tỷlệtìmthấy (hit rate) thườngđạt 98-99%, giúptăngtốcđángkểquátrìnhdịchđịachỉ.

23. 08 KIẾN TRÚC TẬP LỆNH

24. KIẾN TRÚC TẬP LỆNH (ISA) & ĐỊNH DẠNG LỆNH • Đặcđiểm CISC (Complex Instruction Set Computer): • Tậplệnhphongphú, nhiềulệnhphứctạp. • Độdàilệnhthayđổi, từ 1 đến 15 byte. • Việcgiảimãlệnhphứctạphơn so vớikiếntrúc RISC. • Cấutrúcmộtlệnh: • [Tiềntố][Opcode][ModR/M][SIB][Độdời][Tứcthì] • Tiềntố (Prefixes):Tùychọn, dùngđểsửađổihành vi lệnh (vídụ: ghiđèkíchthướctoánhạng66h). • Opcode:Mãlệnh, xácđịnhphéptoáncầnthựchiện. • Byte ModR/M & SIB:Chỉđịnhchếđộđịachỉvàcácthanhghi. • Độdời (Displacement) & Tứcthì (Immediate): Offset bộnhớhoặcdữliệuhằngsốnhúngtronglệnh. CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊA CHỈ LINH HOẠT • Cơbản: • Thanh ghi (Register):Toánhạngnằmtrongthanhghi (vídụ: MOV EAX, EBX). • Tứcthì (Immediate):Toánhạnglàhằngsốtronglệnh (vídụ: ADD ECX, 12345). • Trựctiếp (Direct):Lệnhchứađịachỉcủatoánhạng (vídụ: MOV AL, [myVar]). • Phứctạp (hỗtrợngônngữbậccao): • Giántiếp qua Thanh ghi (Register Indirect):MOV EAX, [EBX]. • Cơsở - Chỉsố (Based-Indexed):ADD EBX, [EBP+ESI]. • Cơsở - ChỉsốTỷlệ (Based-Scaled Indexed):MOV ECX, [EAX + (EDI * 4) + myOffset]. • Chếđộnàycựckỳmạnhmẽchoviệctruycậpmảngvàcấutrúcdữliệuphứctạp.

25. 09 SO SÁNH VỚI CÁC BỘ VI XỬ LÝ KHÁC

26. Intel 80386 Bướctiếnhóaquantrọngtrongdòng x86 So với 80286 • Cáchmạng: kiếntrúc 32 bit • Khônggianbộnhớlớnhơn: 4GB (so với 16MB) • MMU tíchhợpvớiphântrang • Chếđộảo 8086: giảiquyếttươngthíchngược So với 80486 • Cảitiến: duytrìtươngthích • Tíchhợp: Cache 8KB, FPU (bộpđồngxửlýsốhọc) trên chip • Kếtquảtốcđộtăngđángkể So với Pentium • Duy trìtươngthích • Giớithiệu: kiếntrúcsiêuvôhướng (superscalar) • Bus dữliệu 64 bit • Bướcnhảyvọthiệusuất

27. 10 TỔNG KẾT

28. Intel 80386 • Bộxửlýcáchmạng • Chuyểnđổinềntảng PC • sang kỷnguyên 32 bit • Tácđộng • Tạo nên tảng vững chắc cho • Hệ điều hành đa nhiệm • Chất xúc tác định hình lại • ngành công nghiệp máy tính • Mở đường cho các thế hệ x86 • tiếp theo • Cảitiếncốtlõi • Kiếntrúc 32 bit • MMU tíchhợp • Chếđộảo 8086

29. CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE