Kiến trúc máy tính

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Ban Học tập Cơng nghệ Thơng tin PHÉP CHIA 01 Lê Hoàng An PIPELINE 03 Vũ Nguyễn 02 DATAPATH Mai Nguyễn Đức Thọ PHÉP CHIA Phép chia số dạng thi nà Dividend: số bị chia 37 36 Divisor: số chia 11001001 … Quotient: thương số … Remainder: số dư ??? ➢Khả xử lý: đa dụng cho ứng dụng văn phịng, học tập, giải trí ➢Ví dụ: Máy tnh để bàn, Máy tnh xách tayEW PHÉP CHIA NHỊ PHÂN SẼ NHƯ THẾ NÀO??? PHÉP CHIA THẬP PHÂN VÀ NHỊ PHÂN 1001 ??? PHÉP CHIA Phép chia với ghi Phép vớicho2cácthanh đọc thêm) ➢Khả năngchia xử lý: đa dụng ứng dụng vănghi( phòng, học tập, giải trí ➢Ví dụ: Máy tnh để bàn, Máy tnh xách tayEW PHÉP CHIA VỚI THANH GHI Chú ý: Hai số chia bị chia số dương, kết thương số dư khơng âm Thực phép tốn số dương, đó, thương tốn hạng phép chia có giá trị 32 bit, bỏ qua số có dấu TITLE Sơ đồ khối thực phép chia mức phần cứng SỐ CHIA SỐ BỊ CHIA Lưu đồ giải thuật phép chia 608/258=??? + Dividend: 608= 1100002 + Divisor: 258= 0101012 Step SỐ DƯ THƯƠNG SỐ Action Initial Vals R=R–D R < 0, R = R + D, dịch trái Q bit Dịch phải D bit R=R–D R < 0, R = R + D, dịch trái Q bit Dịch phải D bit R=R–D R < 0, R = R + D, dịch trái Q bit Dịch phải D bit R=R–D R < 0, R = R + D, dịch trái Q bit Dịch phải D bit R=R–D R < 0, R = R + D, dịch trái Q bit Dịch phải D bit R=R–D R> 0, dịch trái Q bit, Q0 = Dịch phải D bit R=R–D R < 0, R = R + D, dịch trái Q bit Dịch phải D bit Quotient 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 001 000 001 000 001 000 010 000 010 Divisor 010 101 000 000 010 101 000 000 010 101 000 000 001 010 100 000 001 010 100 000 001 010 100 000 000 101 010 000 000 101 010 000 000 101 010 000 000 010 101 000 000 010 101 000 000 010 101 000 000 001 010 100 000 001 010 100 000 001 010 100 000 000 101 010 000 000 101 010 000 000 101 010 000 000 010 101 000 000 010 101 000 000 010 101 000 000 001 010 Remainder 000 000 110 000 101 011 101 000 000 000 110 000 000 000 110 000 110 110 010 000 000 000 110 000 000 000 110 000 111 011 101 000 000 000 110 000 000 000 110 000 111 110 001 000 000 000 110 000 000 000 110 000 111 111 001 100 000 000 110 000 000 000 110 000 000 000 000 110 000 000 000 110 000 000 000 110 111 111 110 001 000 000 000 110 000 000 000 110 BỘ XỬ LÝ PROCESSOR Xây dựng data Hiện thực datap 31:26 opcode 000100 25:21 rs 01001 lw rt,imediate(rs) ALUcontrol Inst [25:21] rt 00000 20:16 6] Inst [20:1 15:0 Immediate 0000 0011 0000 0000 Inst [15:11] M U X RR1 RD1 MemWrite RR2 Registers ALU WR M U X RD2 WD RegWrite RegDst Inst [15:0] 16 Sign Extend 32 ALUSrc ALU result Address Data Memory Write Data Read Data MemRead 31:26 opcode 000100 25:21 rs 01001 sw rt,imediate(rs) ALUcontrol Inst [25:21] rt 00000 20:16 6] Inst [20:1 15:0 Immediate 0000 0011 0000 0000 Inst [15:11] M U X RR1 RD1 MemWrite RR2 Registers ALU WR M U X RD2 WD RegWrite 16 Address Data Memory Write Data RegDst Inst [15:0] ALU result Sign Extend 32 Read Data MemRead opcode 31:26 add rd, rs, rt ALUcontrol rs 25:21 Inst [25:21] rt 20:16 6] Inst [20:1 rd 15:11 Inst [15:11] M U X RR1 RD1 MemWrite RR2 Registers ALU WR shamt 10:6 M U X RD2 WD RegWrite 5:0 funct 16 Sign Extend Address Data Memory Write Data RegDst Inst [15:0] ALU result Read Data 32 M U X MemRead MemToReg Giai đoạn lưu trữ kết (Result Write) Memory Stage  Công đoạn Result Write:  Những lệnh ghi kết phép toán vào ghi:  Ví dụ: số học, logic, shifts, load, set-less-than  Cần số ghi đích kết tính tốn  Những lệnh khơng ghi kết như: store, branch, jump:  Khơng có ghi kết Những lệnh rảnh giai đoạn Result Read register Read register Write register Write data Read data Registers Read data add rd, rs, rt opcode 31:26 ALUcontrol rs 25:21 Inst [25:21] rt 20:16 6] Inst [20:1 rd 15:11 Inst [15:11] M U X RR1 RD1 MemWrite RR2 Registers WR RD2 WD shamt 10:6 RegWrite 5:0 funct Inst [15:0] ALU M U X ALU result Address Data Memory Write Data Read Data Sign Extend MemRead M U X HIỆN THỰC DATAPATH ĐƠN CHU KỲ Xây dựng Control unit PIPELINE Các vấn đề tro lệnh có dụ Xung đột áp Các vấn đề việc thực thi câu lệnh áp dụng Pipeline Các công đoạn thực thi lệnh Dạng lệnh IF ID EX MEM WB Lw X X X X X Sw X X X X Beq X X X R-type X X X X Có Pipeline Không Pipeline, đơn chu kỳ Không Pipeline, đa chu kỳ Chu kỳ xung clock (T) Bằng với công đoạn dài Tổng công đoạn Bằng với công đoạn dài Thời gian thực thi lệnh 5*T T Số công đoạn * T Thời gian thực thi n lệnh (5+n-1)*T N*T Tổng (% lệnh * số công đoạn)*n*T Công thức tính thời gian tập Pipeline Lưu ý: Số chu kỳ đoạn lệnh sử dụng Pipeline: (5 + n – 1) Giải xung đột Chủ yếu xung đột liệu Cách giải xung đột Cách giải xung đột có xung đột: câu lệnh sau sử dụng ghi mà ghi kết câu lệnh trước Khơng sử dụng kỹ thuật nhìn trước (no-forwarding) Có sử dụng kỹ thuật nhìn trước (forwarding) - Sử dụng lệnh nop câu lệnh - Câu lệnh trước lệnh lw: + ALU-ALU: thêm lệnh nop câu lệnh + MEM-ALU: thêm lệnh nop câu lệnh - Câu lệnh trước thuộc lệnh cịn lại khơng cần thêm lệnh nop LƯU Ý: Lệnh sw dùng để lưu giá trị ghi vào địa mảng, không làm thay đổi giá trị ghi nên không cần phải thêm lệnh nop sau lệnh sw Ví dụ Đề học kỳ 1, năm 2014-2015: sub $s1, $s2, $4t5 sw $s2, 0($s1) lw $s1, 4($s2) add $s2, $s2, $s1 a) Không sử dụng kỹ thuật forwarding Tổng số chu kỳ hoàn thành lệnh bao nhiêu? b) Sử dụng kỹ thuật forwarding Tổng số chu kỳ hoàn thành lệnh bao nhiêu? Lưu ý: Vẽ rõ chu kỳ Pipeline thực thi đoạn lệnh Bit.ly/KTMT_CK1_BHTCNTT ... Remainder: số dư ??? ➢Khả xử lý: đa dụng cho ứng dụng văn phịng, học tập, giải trí ➢Ví dụ: Máy tnh để bàn, Máy tnh xách tayEW PHÉP CHIA NHỊ PHÂN SẼ NHƯ THẾ NÀO??? PHÉP CHIA THẬP PHÂN VÀ NHỊ PHÂN... đọc thêm) ➢Khả năngchia xử lý: đa dụng ứng dụng vănghi( phòng, học tập, giải trí ➢Ví dụ: Máy tnh để bàn, Máy tnh xách tayEW PHÉP CHIA VỚI THANH GHI Chú ý: Hai số chia bị chia số dương, kết thương... nhánh:  Sử dụng ALU để so sánh ghi  Tín hiệu 1-bit "isZero?“ để kiểm tra tính chất bằng/khơng Địa đích ánh:  Sử dụng cộng để tính địa  Cần nội dung ghi PC (từ Fetch Stage)  Cần Offset (từ Decode