KIẾN TRÚC MÁY TÍNH - Kiến trúc tập lệnh

Kiến trúc tập lệnh: Đánh giá Thông số thiết kế: Có thể triển khai khơng? Mất bao lâu? Giá thành? Có thể lập trình khơng? Có dễ biên dịch?  Thơng số tĩnh: Độ lớn chương trình nhớ?  Thông số động: Số lượng thị thực hiện? Số lượng byte cần nạp để chạy chương trình? Số chu kỳ đồng hồ cần cho thị? CPI Tốc độ đồng hồ? Thông số tốt nhất: Thời gian thực hiện! Inst Count Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 25 Cycle Time HUST-FET, 13/02/2011 Kiến trúc tập lệnh: Yêu cầu  Kích thước kiểu liệu  Phép tốn: loại hỗ trợ  Định dạng mã hóa thị:  Chỉ thị giải mã nào?  Vị trí tốn hạng kết     Số lượng toán hạng? Giá trị toán hạng lưu đâu? Kết lưu vị trí nào? Các tốn hạng nhớ định vị nào?  Chỉ thị tiếp theo: nhẩy, điều kiện, rẽ nhánh Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 26 HUST-FET, 13/02/2011 Dữ liệu: Kiểu & kích thước Byte =Byte bits Sử dụng để lưu liệu dấu phẩy động Halfword= bytes Halfword Word =Word bytes Doubleword = bytes Doubleword Quadword (16 bytes) sử dụng Chương Ngôn ngữ máy tính phép toán 27 HUST-FET, 13/02/2011 Kiến trúc tập lệnh: Yêu cầu  Kích thước kiểu liệu  Phép toán: loại hỗ trợ  Định dạng mã hóa thị:  Chỉ thị giải mã nào?  Vị trí tốn hạng kết     Số lượng toán hạng? Giá trị toán hạng lưu đâu? Kết lưu vị trí nào? Các tốn hạng nhớ định vị nào?  Chỉ thị tiếp theo: nhẩy, điều kiện, rẽ nhánh Chương Ngôn ngữ máy tính phép tốn 28 HUST-FET, 13/02/2011 Các phép toán  Load/Store: Đọc ghi nhớ  Computational: Tính tốn số học logic, so sánh  Có lệnh nhân chia hay khơng?  Các lệnh so sánh nào?  Jump and Branch: Nhẩy rẽ nhánh  Floating Point: Lệnh dấu phẩy động  coprocessor  Memory Management: Quản lý nhớ  Special: Lệnh đặc biệt Chương Ngơn ngữ máy tính phép toán 29 HUST-FET, 13/02/2011 Các phép toán Dịch chuyển liệu Đọc (từ nhớ), Ghi (tới nhớ) Chuyển ô nhớ Chuyển ghi Vào (từ thiết bị I/O), Ra (tới thiết bị I/O) push, pop (từ/tới ngăn xếp) Số học Số nguyên (nhị phân, thập phân), Số thực dấu phẩy động Cộng, trừ, nhân chi Dịch Dịch trái/phải, Quay trái/phải Logic not, and, or, set, clear Điều khiển (nhảy, rẽ nhánh) Không điều kiện, Có điều kiện Liên kết với thủ tục call, return Ngắt trap, return Đồng test & set Chuỗi search, translate Đồ họa (MMX) Phép toán song song Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 30 HUST-FET, 13/02/2011 Các phép toán Các phép toán đơn giản sử dụng nhiều chiếm đa số thị chương trình Cần tập trung vào phép toán: load, store move register-register add, subtract, and, shift compare equal, compare not equal branch, jump, call, return Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 31 HUST-FET, 13/02/2011 Kiến trúc tập lệnh: Yêu cầu  Kích thước kiểu liệu  Phép toán: loại hỗ trợ  Định dạng mã hóa thị:  Chỉ thị giải mã nào?  Vị trí tốn hạng kết     Số lượng toán hạng? Giá trị toán hạng lưu đâu? Kết lưu vị trí nào? Các toán hạng nhớ định vị nào?  Chỉ thị tiếp theo: nhẩy, điều kiện, rẽ nhánh Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 32 HUST-FET, 13/02/2011 Định dạng lệnh: trường  Mã lệnh nhiệm vụ (chức năng) lệnh  Tham chiếu toán hạng nguồn toán hạng xử lý lệnh  Tham chiếu kết nơi lưu trữ kết lệnh  Tham chiếu lệnh cách tính tốn nơi lưu trữ lệnh thực  Thường không rõ ràng lệnh mà ngầm coi lệnh liền sau lệnh chuỗi lệnh  Trong số loại lệnh, địa lệnh Chương Ngơn ngữ máy tính phép toán 33 HUST-FET, 13/02/2011 Kiến trúc tập lệnh: Yêu cầu  Kích thước kiểu liệu  Phép tốn: loại hỗ trợ  Định dạng mã hóa thị:  Chỉ thị giải mã nào?  Vị trí tốn hạng kết     Số lượng toán hạng? Giá trị toán hạng lưu đâu? Kết lưu vị trí nào? Các tốn hạng nhớ định vị nào?  Chỉ thị tiếp theo: nhẩy, điều kiện, rẽ nhánh Chương Ngơn ngữ máy tính phép toán 34 HUST-FET, 13/02/2011 Số lượng toán hạng (2)  Một tốn hạng: lệnh tích lũy (accumulator)  Một toán hạng kết quy định ngầm lưu ghi đặc biệt (Accumulator – AC)  Tốn hạng cịn lại lưu ghi  OP A  AC ← AC OP A  Thơng dụng xử lý tín hiệu số  Khơng tốn hạng: lệnh ngăn xếp (stack)  Tất địa quy định ngầm  Kết toán hạng thứ hai nằm địa đỉnh stack: T  Toán hạng thứ nằm địa thứ stack: T-1  OP  T ← T-1 OP T  Số lượng toán hạng định: độ dài lệnh, I CPI Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 36 HUST-FET, 13/02/2011 Ví dụ 2.4: So sánh số lượng tốn hạng Xét câu lệnh ngôn ngữ bậc cao: Y = (A – B)/(C+D*E) Biên dịch thành hợp ngữ: địa SUB MUL ADD DIV Y, A, B T, D, E T, T, C Y, Y, T địa MOV SUB MOV MUL ADD DIV địa LOAD MUL ADD STORE LOAD SUB DIV STORE địa D E C Y A B Y Y Y, A Y, B T, D T, E T, C Y, T Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 37 Chuyển sang dạng toán tử sau: Y = AB-CDE*+/ PUSH PUSH SUB PUSH PUSH PUSH MUL ADD DIV POP A B C D E Y HUST-FET, 13/02/2011 Kiến trúc tập lệnh: Yêu cầu  Kích thước kiểu liệu  Phép toán: loại hỗ trợ  Định dạng mã hóa thị:  Chỉ thị giải mã nào?  Vị trí tốn hạng kết     Số lượng toán hạng? Giá trị toán hạng lưu đâu? Kết lưu vị trí nào? Các tốn hạng nhớ định vị nào?  Chỉ thị tiếp theo: nhẩy, điều kiện, rẽ nhánh Chương Ngôn ngữ máy tính phép tốn 38 HUST-FET, 13/02/2011 Giá trị toán hạng – Chế độ địa Register Add R4,R3 R4R4+R3 Immediate Add R4,#3 R4 R4+3 Displacement Add R4,100(R1) R4 R4+Mem[100+R1] Register indirect Add R4,(R1) R4 R4+Mem[R1] Indexed / Base Add R3,(R1+R2) R3 R3+Mem[R1+R2] Direct or absolute Add R1,(1001) R1 R1+Mem[1001] Memory indirect Add R1,@(R3) R1 R1+Mem[Mem[R3]] Auto-increment Add R1,(R2)+ R1 R1+Mem[R2]; R2 R2+d Auto-decrement Add R1,–(R2) R2 R2–d; R1 R1+Mem[R2] Scaled Add R1,100(R2)[R3] Chương Ngôn ngữ máy tính phép tốn 39 R1  R1+Mem[100+R2+R3*d] HUST-FET, 13/02/2011 Chế độ địa tức (Immediate)  Giá trị toán hạng (toán hạng) trường toán hạng câu lệnh Instruction       Opcode Operand Operand = Operand field Không tham chiếu đến nhớ để nạp liệu Tốn hạng ln số chạy chương trình Tốc độ cao Khoảng giá trị tốn hạng nhỏ Ví dụ: ADD R4, #3: R4 R4+3 Chương Ngôn ngữ máy tính phép tốn 40 HUST-FET, 13/02/2011 Chế độ địa ghi (Register)  Toán hạng chứa ghi trường địa Instruction Opcode Register index: n Register file … Operand     … Operand = R[n] (Rn) Không truy cập nhớ Thực thi nhanh Trường địa dùng bit  Lệnh ngắn  Nạp lệnh nhanh  Số lượng ghi bị hạn chế Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 41 HUST-FET, 13/02/2011 Chế độ địa dịch chuyển (Displacement) Instruction Opcode Register index: n Offset: A Memory Register file … … Operand Pointer to operand … …  Trường địa chứa gồm phần sở độ lệch  A chứa giá trị sử dụng trưc tiếp  n chứa số ghi để sử dụng gián tiếp  A, Rn sở độ lệch ngược lại  Địa toán hạng EA = R[n] + A  Operand = MEM[EA] Chương Ngơn ngữ máy tính phép toán 42 HUST-FET, 13/02/2011 Chế độ địa tương đổi (Relative) Instruction Opcode Address A Memory … Register file Operand … … PC …  Phiên địa dịch chuyển  R = PC, ngầm định mã lệnh (opcode)  operand = MEM[A + PC]  Lấy tốn hạng từ địa cách vị trí chương trình A nhớ  Dùng để truy cập số, biến, địa địa phương Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 43 HUST-FET, 13/02/2011 Địa nhớ  Địa nhớ:  Địa byte: đánh địa cho ô nhớ kích thước byte  Địa word: đánh địa cho nhớ kích thước word  câu hỏi thiết kế ISA:  Các kiểu liệu lớn byte lưu trữ nào?  Địa khác byte tính tốn nào?  Các kiểu liệu lớn có lưu trữ vị trí địa byte hay không? (Vấn đề alighment) 31 23 15 word x+4 x+3 Chương Ngơn ngữ máy tính phép toán x+2 44 x+1 x byte address HUST-FET, 13/02/2011 ... chiếu lệnh cách tính tốn nơi lưu trữ lệnh thực  Thường không rõ ràng lệnh mà ngầm coi lệnh liền sau lệnh chuỗi lệnh  Trong số loại lệnh, địa lệnh Chương Ngơn ngữ máy tính phép tốn 33 HUST-FET,... ngữ máy tính phép tốn 32 HUST-FET, 13/02/2011 Định dạng lệnh: trường  Mã lệnh nhiệm vụ (chức năng) lệnh  Tham chiếu toán hạng nguồn toán hạng xử lý lệnh  Tham chiếu kết nơi lưu trữ kết lệnh. .. Chương Ngơn ngữ máy tính phép toán 37 Chuyển sang dạng toán tử sau: Y = AB-CDE*+/ PUSH PUSH SUB PUSH PUSH PUSH MUL ADD DIV POP A B C D E Y HUST-FET, 13/02/2011 Kiến trúc tập lệnh: Yêu cầu  Kích