kiến trúc máy tính - 5

Kiến trúc Máy tính - 55.1 Dẫn nhậpHiệu suất của máy tính được quyết định bởi 3 yếu tố chính: số câu lệnh, chu kỳ clock và CPI (cycle per instruction) Chương trình dịch và cấu trúc tập lệnh quyết định số câu lệnh của chương trình Chu kỳ clock và CPI được quyết định bởi cách hiện thực của bộ xử lý, cụ thể là đường đi dữ liệu (datapath) và điều khiển (control) Xây dựng
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
kiến trúc máy tính - 5Khoa KH & KT Máy tínhKhoaBoä moân Kyõ thuaät Maùy tính Phaïm Töôøng Haûi ng Nguyeãn Quoác Tuaán Tài liệu tham khảo “Computer Organization and Design: the hardware/software interface”, John L. Hennessy & David A. Patterson, Second Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC. 1998 “Computer Architecture: a quantitative approach”, John L. Hennessy & David A. Patterson, Third Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC. 2002Kiến trúc Máy tính - Chap 05 2 Chương 5.Kiến trúc Máy tính - Chap 05 3 5.1 Dẫn nhập Hiệu suất của máy tính được quyết định bởi 3 yếu tố chính: số câu lệnh, chu kỳ clock và CPI (cycle per instruction) Chương trình dịch và cấu trúc tập lệnh quyết định số câu lệnh của chương trình Chu kỳ clock và CPI được quyết định bởi cách hiện thực của bộ xử lý, cụ thể là đường đi dữ liệu (datapath) và điều khiển (control) Xây dựng đường đi dữ liệu và điều khiển (mang tính minh họa) cho 1 bộ phận của tập lệnh MIPS • Lệnh truy xuất bộ nhớ: lw và sw • Lệnh số học – luận lý: add , sub , and , or , và slt • Lệnh nhảy: beq và jKiến trúc Máy tính - Chap 05 4 5.1 ... Bất kỳ câu lệnh nào cũng phải thực thi 2 bước đầu tiên như sau • Gửi nội dung của thanh ghi bộ đếm chương trình (program counter – PC) đến bộ nhớ lệnh để lấy câu lệnh từ bộ nhớ • Đọc một vài thanh ghi (toán hạng) có địa chỉ được xác định bởi các vùng toán hạng của câu lệnh Sau 2 bước thực thi trên, các bước thực thi kế tiếp nhằm hoàn thành câu lệnh phụ thuộc vào từng nhóm lệnh khác nhau Đối với tập con các lệnh MIPS chúng ta chọn để minh họa, các bước thực thi có khá nhiều điểm giống nhau (td. sử dụng bộ số học – luận lý ALU) Điểm khác biệt chủ yếu nằm ở các bước thực thi cuối của câu lệnhKiến trúc Máy tính - Chap 05 5 5.1 ... Các khối mạch được chia làm 2 loại: mạch tổ hợp (combinational circuit) và mạch trạng thái (state circuit) hay mạch tuần tự Sơ đồ tổng quát hiện thực kiến trúc phần cứng ở MIPSKiến trúc Máy tính - Chap 05 6 5.2 Xây dựng đường đi dữ liệu Phương thức xây dựng đường đi dữ liệu • Xác định các phần tử kiến trúc cần thiết cho câu lệnh • Xây dựng dần dần các phân khúc cho đường đi dữ liệu ứng với từng công đoạn trong thực thi câu lệnh • Tiến đến xây dựng hoàn chỉnh đường đi dữ liệu cho câu lệnh Bộ nhớ lệnh (instruction memory) Bộ đếm chương trình (PC) Bộ cộngKiến trúc Máy tính - Chap 05 7 5.2 ... Đường đi dữ liệu cho bước đọc lệnh Tiến hành xây dựng đường đi dữ liệu cho các lệnh R-type ? add $t1 , $t2 , $t2 sub $s0 , $t0 , $t1 slt $t0 , $s0 , $s1Kiến trúc Máy tính - Chap 05 8 5.2 ... Tập thanh ghi (register files) • 2 ngõ đọc dữ liệu • 1 ngõ ghi dữ liệu • 3 ngõ nhận địa chỉ thanh ghi • Tín hiệu điều khiển ghi Đơn vị số học – luận lý (ALU – Arithmetic Logic Unit) • 32-bit ALU đã giới thiệu ở chương 4 • 3-bit các tín hiệu điều khiển • 2 ngõ vào toán hạng 32-bit • 1 ngõ ra kết quả và 1 bit zeroKiến trúc Máy tính - Chap 05 9 5.2 ... Đường đi dữ liệu cho lệnh dạng R-type Xây dựng đường đi dữ liệu cho các lệnh truy xuất bộ nhớ ? lw $t0, 0($t1) sw $t1 , 4($sp)Kiến trúc Máy tính - Chap 05 10 5.2 ... Bộ nhớ dữ liệu (Data memory unit) • 1 ngõ nhận địa chỉ ô nhớ • 1 ngõ nhận dữ liệu ghi • Tín hiệu điều khiển đọc/ghi • 1 ngõ dữ liệu đọc Bộ mở rộng dấu (Sign- extension unit) • Ngõ nhập dữ liệu 16-bit • Ngõ ra dữ liệu 32-bitKiến trúc Máy tính - Chap 05 11 5.2 ... Đường đi dữ liệu cho lệnh truy xuất bộ nhớ Xây dựng đường đi dữ liệu cho lệnh rẽ nhánh ? beq $s3 , $s4 , L1Kiến trúc Máy tính - Chap 05 12 5.2 ... Đường đi dữ liệu cho lệnh rẽ nhánhKiến trúc Máy tính - Chap 05 13 5.3 Hiện thực bộ xử lý đơn chu kỳ Hiện thực bộ xử lý cho các câu lệnh MIPS đã xét • Xây dựng đường đi dữ liệu cho tất cả các nhóm lệnh trên cơ sở tổng hợp các đường đi dữ liệu đã khảo sát • Thêm vào các tín hiệu điều khiển • Chỉ hiện thực đơn giản bằng kiến trúc đơn chu kỳ (singcle cycle) Xây dựng đường đi dữ liệu cho tất cả các câu lệnh ...