Kiến trúc máy tính thiết kế bộ xử lý theo kiến trúc MIPS

NKK-HUST Kiến trúc máy tính Thiết kế xử lý theo kiến trúc MIPS Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Jan2015 Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Nội dung Thực xử lý MIPS Thiết kế khối datapath Thiết kế control unit Kỹ thuật đường ống lệnh Jan2015 Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Thực xử lý MIPS   Xem xét hai cách thực xử lý theo kiến trúc MIPS:       Chỉ thực với số lệnh MIPS, hầu hết khía cạnh:       Jan2015 Phiên đơn giản Phiên đường ống hóa (gần với thực tế) Các lệnh tham chiếu nhớ: lw, sw Các lệnh số học/logic: add, sub, and, or, slt Các lệnh chuyển điều khiển: beq, j Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Tổng quan trình thực lệnh   Hai bước với lệnh: Đưa địa từ đếm chương trình PC đến nhớ lệnh, tìm nhận lệnh từ nhớ   Sử dụng số hiệu ghi lệnh để chọn đọc hai ghi:       Jan2015 Lệnh lw: đọc ghi Các lệnh khác (không kể lệnh jump): đọc ghi Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Tổng quan trình thực lệnh (tiếp)   Các bước tùy thuộc vào loại lệnh:   Sử dụng ALU cộng Add để:           Truy cập nhớ liệu với lệnh load/store       Lệnh lw: đọc liệu từ nhớ Lệnh sw: ghi liệu nhớ Ghi liệu đến ghi đích:     Jan2015 Tính kết phép tốn với lệnh số học/logic So sánh toán hạng với lệnh branch Tính địa đích với lệnh branch Tính địa ngăn nhớ liệu với lệnh load/store Các lệnh số học/logic: kết phép toán Lệnh lw: liệu đọc từ nhớ liệu Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Tổng quan trình thực lệnh (tiếp)   Thay đổi nội dung đếm chương trình PC:   Với lệnh rẽ nhánh (branch), tùy thuộc vào kết so sánh:       Với lệnh cịn lại (khơng kể lệnh jump)   Jan2015 Điều kiện thỏa mãn: PC  địa đích (địa lệnh cần rẽ tới) Điều kiện không thỏa mãn: PC  PC + (địa lệnh kế tiếp) PC  PC + (địa lệnh kế tiếp) Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Sơ đồ khái quát xử lý MIPS Jan2015 Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Sử dụng chọn kênh (MUX)     Jan2015 Computer Architecture - MIPS Không thể nối trực tiếp vị trí đánh dấu Sử dụng MUX NKK-HUST Bộ xử lý với đường điều khiển Jan2015 Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Thiết kế khối Datapath   Datapath: gồm thành phần để xử lý liệu địa     Jan2015 Tập ghi, ALUs, MUX’s, nhớ, … Sẽ xây dựng tăng dần khối datapath cho MIPS Computer Architecture - MIPS 10 NKK-HUST ID cho lệnh Load, Store Jan2015 Computer Architecture - MIPS 60 NKK-HUST EX cho lệnh Load Jan2015 Computer Architecture - MIPS 61 NKK-HUST MEM cho lệnh Load Jan2015 Computer Architecture - MIPS 62 NKK-HUST WB cho lệnh Load Wrong register number Jan2015 Computer Architecture - MIPS 63 NKK-HUST Datapath hiệu chỉnh cho lệnh Load Jan2015 Computer Architecture - MIPS 64 NKK-HUST EX cho lệnh Store Jan2015 Computer Architecture - MIPS 65 NKK-HUST MEM cho lệnh Store Jan2015 Computer Architecture - MIPS 66 NKK-HUST WB cho lệnh Store Jan2015 Computer Architecture - MIPS 67 NKK-HUST Giản đồ đường ống đa chu kỳ   Jan2015 Dạng tài nguyên sử dụng Computer Architecture - MIPS 68 NKK-HUST Giản đồ đường ống đa chu kỳ   Jan2015 Dạng truyền thống Computer Architecture - MIPS 69 NKK-HUST Giản đồ đường ống đơn chu kỳ   Jan2015 Công đoạn đường ống chu kỳ cho Computer Architecture - MIPS 70 NKK-HUST Điều khiển đường ống (dạng đơn giản) Jan2015 Computer Architecture - MIPS 71 NKK-HUST Điều khiển đường ống   Các tín hiệu điều khiển tạo từ lệnh   Jan2015 Như thực đơn chu kỳ Computer Architecture - MIPS 72 NKK-HUST Điều khiển đường ống Jan2015 Computer Architecture - MIPS 73 NKK-HUST Hết Jan2015 Computer Architecture - MIPS 74 ... Thực xử lý MIPS Thiết kế khối datapath Thiết kế control unit Kỹ thuật đường ống lệnh Jan2015 Computer Architecture - MIPS NKK-HUST Thực xử lý MIPS   Xem xét hai cách thực xử lý theo kiến trúc MIPS: ... Architecture - MIPS 42 NKK-HUST Thiết kế đường ống lệnh   Kiến trúc tập lệnh MIPS thiết kế phù hợp với kỹ thuật đường ống   Tất lệnh 32-bits       Có dạng lệnh thơng dụng     Có thể tính địa... Architecture - MIPS 25 NKK-HUST Thiết kế Control Unit   Đơn vị điều khiển có hai phần:     Jan2015 Bộ điều khiển ALU Bộ điều khiển Computer Architecture - MIPS 26 NKK-HUST Thiết kế điều khiển