Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 - Tạ Kim Huệ

Chia sẻ: A Q | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Bộ xử lý cung cấp cho người học các kiến thức: Thành phần cơ bản của bộ xử lý, kết nối các thành phần, các toán tử ALU, lệnh truy cập, toán tử bộ nhớ, các tín hiệu điều khiển và bộ đồn kênh MUXes, các chỉ thị giải mã lệnh. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 3 - Tạ Kim Huệ

Chương 3: Bộ xử lý Khối điều khiển và Đường dữ liệu
Nội dung • Thành phần cơ bản của bộ xử lý – Lệnh truy cập – Các toán tử ALU – Toán tử bộ nhớ • Kết nối các thành phần – Các tín hiệu điều khiển và bộ đồn kênh MUXes – Các chỉ thị giải mã lệnh
Material that is not in this lecture • Readings from the book – ALU Function field (fig.4.13 in 4.4) – Some data path details – The book has excellent descriptions of this topic. • Please read the book before watching this lecture. • The reading assignment is on the
Thực thi cơ bản của MIPS (from the book) • Xem lại các tập lệnh cơ bản trong MIPS – Memory: lw, sw – Arithmetic: add,sub – Logic: and, or – Branch: beq • Đọc thêm: – Multiply, divide – A bunch of logic operations
Các hoạt động chính của bộ xử lý? • Nạp lệnh: tìm ra lệnh và tải lệnh • Tính toán trên ALU: tìm ra toán tử và thực thi • Truy nhập bộ nhớ: tìm ra địa chỉ và truy nhập
Thiết kế đơn xung nhịp • Thiết kế đầu tiên sẽ xử lý một lệnh trong một chu kỳ đồng hồ. Chia lệnh thành các pha và thực hiện trong một chu kỳ đồng hồ. • Nhắc lại về thiết kế mức logic: – Tổ hợp các mức logic tạo ra trạng thái kế tiếp – Bộ nhớ (các mạch chốt, RAM) lưu trữ trạng thái – Bộ đồng hồ chuyển đổi trạng thái kế tiếp • Quy trình nạp lệnh • Trạng thái kế tiếp: PC+4 (ngoại trừ các lệnh nhảy) • Trạng thái: Program Counter (lệnh hiện tại)
Thiết kế đơn xung nhịp • Thiết kế xử lý một lệnh trong một chu kỳ đồng hồ • Các khối xử lý cơ bản: – Combinational logic tạo ra next state – Memories (latches, RAM) lưu trữ trạng thái – Clock chuyển đổi next state thành current state.
Sơ đồ khối Instruction Fetch q Triển khai các lệnh ● Lệnh truy cập bộ nhớ: lw, sw Instruction ● Lệnh số học và logic: add, sub, and, or, slt Decode ● Lệnh điều khiển dòng chương trình: beq, j q Triển khai các pha hoạt động Operand ● Dùng thanh ghi PC để lưu địa chỉ lệnh Fetch Đọc lệnh từ bộ nhớ, và cập nhật giá trị PC Execute ● Giải mã lệnh và đọc các thanh ghi ● Thực hiện lệnh Result ● Lưu kết quả Fetch PC = PC+4 Store Exec, Decode Next Store Instruction HUST-FET, 1/8/19 8
Stages of Execution on Datapath rd registers instruction memory PC rs memory ALU Data rt +4 imm 3. 5. 1. Instruction 2. Decode/ 4. Memory Execute Register Fetch Register Write Read
Nạp lệnh • Theo dõi địa chỉ lệnh hiện tại tên thanh PC. – Tăng PC lên 4 trong mỗi chu kỳ – Tải lệnh tại địa chỉ được xác định bởi PC
Nạp lệnh q Đọc lệnh tại địa chỉ (lưu trong) PC từ bộ nhớ lệnh (eng. Instruction Memory) q Cập nhật giá trị PC tới địa chỉ của lệnh kế tiếp Instruction Fetch Instruction Add Decode 4 Operand Fetch Execute Instruction Memory Result PC Read Instruction Store Address Next Instruction q PC được cập nhật ở mọi chu kỳ  không cần tín hiệu điều khiển ghi PC. q Đọc từ bộ nhớ lệnh được thực hiện bằng logic tổ hợp HUST-FET, 1/8/19 11
Giải mã lệnh q Chuyển các bit thuộc trường mã lệnh và trường mã chức năng tới khối điều khiển Control Instruction Unit Fetch Instruction Decode Operand Instruction Fetch Execute Result Store Next Instruction HUST-FET, 1/8/19 12
Giải mã lệnh (lệnh R)
Giải mã lệnh (Lệnh trực tiếp)
Giải mã lệnh (các tín hiệu điều khiển)
Giải mã lệnh (R-format)
Giải mã lệnh (load)
Nạp toán hạng q Đọc 2 giá trị toán hạng nguồn từ tệp thanh ghi Ø Chỉ số các thanh ghi nằm trong lệnh q Mở rộng dấu cho toán hạng trực tiếp I Instruction Fetch Instruction Read Addr 1 Decode Read Operand Data 1 Fetch Read Addr 2 Register Execute Write Addr File Result Read Store Data 2 Write Data Next Instruction HUST-FET, 1/8/19 18
Thực hiện lệnh q Thực hiện phép toán (mã hóa bới op và funct) trên giá trị toán hạng opA và opB ● Các phép toán của lệnh R và I ● Phép toán tính địa chỉ trong lệnh lw, sw ● Phép toán so sánh trong lệnh beq, bne Instruction ALU control Fetch Instruction Decode Operand Fetch opA overflow Execute Result Store zero ALU Next result opB Instruction HUST-FET, 1/8/19 19
Tính toán trên ALU (các chỉ thị lệnh dạng R-type) Các bước thực hiện? – Đọc dữ liệu từ tệp thanh ghi(specify rs and rt) – Thực thi tính toán ALU – Ghi dữ liệu về tệp thanh ghi (specify rd)