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計算機組成原理theprincipleofcomputer(參考版)

2024-10-21 10:51本頁面
  

【正文】 流水線的相關問題 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 68 Pentium處理器 Microsystems公司的SPARC系統(tǒng) CPU的新技術 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 69 Pentium處理器 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 70 Microsystems公司的 SPARC系統(tǒng) 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 71 CPU的新技術 超流水技術:流水線的功能段繼續(xù)細分 VLIW技術:多條能夠并行執(zhí)行的指令合并成一條具有多個操作碼的指令 超標量技術:重復設置多套流水線 MMX技術: MMX指令集,具處理多媒體數(shù)據(jù)功能 HT技術:利用特殊的硬件指令,把處理器內(nèi)部的多個邏輯內(nèi)核模擬成多個獨立的物理芯片,使單個處理器能享用 “ 線程 ” 級的并行計算技術 多核技術: 在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎 (內(nèi)核 )。 :當執(zhí)行轉移指令時,根據(jù)轉移條件是否發(fā)生來控制指令的執(zhí)行順序。 :在一個程序中,如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后,才能執(zhí)行后一條指令,這兩條指令就是數(shù)據(jù)相關。 取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行 寫回 流水入口 流水出口 IF ID OF EX WB △ t △ t △ t △ t △ t IFK IDK OFK EXK WBK IFK+1 IDK+1 OFK+1 EXK+1 WBK+1 IFK+2 IDK+2 OFK+2 EXK+2 WBK+2 IFK+3 IDK+3 OFK+3 EXK+3 WBK+3 IFK+4 IDK+4 OFK+4 EXK+4 WBK+4 △ t 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 65 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 66 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 67 :指多條指令進入流水線后在同一機器時鐘周期內(nèi)爭用同一個功能部件所發(fā)生的沖突。 ?時間并行+空間并行:時間重疊和資源重復的綜合應用。 并行性的三種形式: ?時間并行:即使用流水處理部件,時間重疊。 ?并發(fā)行:兩個以上事件在同一間隔內(nèi)發(fā)生。 并行性的兩種含義: ?同時性:兩個以上事件在同一時刻發(fā)生。 微程序設計方法 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 59 微程序控制器設計步驟 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 60 舉例:模型機的微程序設計 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 61 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 62 標準的馮 第二級水平微程序是由第一級調(diào)用的,用以解釋垂直微程序并實現(xiàn)相應的數(shù)據(jù)通路操作。垂直微程序存放于微程序存儲器中。 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 56 微程序設計方法 1 水平型微指令與微程序設計 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 57 微程序設計方法 2 垂直型微指令與微程序設計 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 58 3 毫微程序設計 ( 1)毫微程序是用以解釋微程序的一種程序,因此組成毫微程序的毫微指令是負責解釋微指令的微指令。 (B)無條件轉向的后繼微地址,可以由現(xiàn)行微指令字的下地址字段確定。 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 55 綜合上述,后繼微地址的形成是設計微程序控制的關鍵問題之一。 ( 2)在微指令字的格式中,增設下地址字段之后,就可以用微地址寄存器 (?MAR)取代微程序計數(shù)器。 (B)無條件轉向: ?PC。通常采用兩種方法形成后繼微地址: ( 1)增量方式 這種方式和機器指令的控制方式類似。 ( 3)當操作碼的位數(shù)與位置都不固定時,通常的方法是采用 PLA可編程邏輯陣列實現(xiàn)。 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 53 ( 2)當每類指令的操作碼位數(shù)與位置固定,而各類指令之間的操作碼位數(shù)與位置不固定時,可采用分級轉移的方法。這是一種多分支情況,通常有以下幾種方式: ( 1)操作碼的位數(shù)與位置固定,這時可直接使操作碼與微地址碼的部分位相對應。 這種編譯法適用于把那些不同類型的,不常用的,但數(shù)量又可觀的“零散”的微命令編入少數(shù)幾個字段之中,以減少微指令字的長度,組合編譯更多的微命令。 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 51 ( 2)、字段間接編譯法 它是在字段直接編譯法基礎上用來進一步縮短指令字長,組合零散微命令的一種編譯法。這是微命令的相容性。 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 50 字段編譯法 ( 1)、字段直接編譯法 A:把一條微指令分成幾段,段與段間按水平法設計,每個段內(nèi)分別按垂直法進行編碼,每一段形成一個微命令,一條微指令可同時有并行的幾個微命令。 ( 3) 優(yōu)點: A:編程簡單; B:微指令字中各位都得到充分利用。 ( 2) 本質(zhì)特征:面向算法來編碼的。 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 49 最短編譯法 ( 1) 含義:每一條微指令只定義一個微命令。 ( 3)優(yōu)點: A:并行執(zhí)行,執(zhí)行速度也比較快; B:微程序所需用的微指令條數(shù)少。按不譯法編碼的微指令,又稱水平微指令。 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 48 一、編譯法的選擇原則 (1)減少微指令的長度; (2)提高微操作的并行性; (3)提高機器的控制性能并降低價格; (4)有利于微程序設計的靈活性。 4)微地址寄存器 ?MAR: 接收微地址形成部件送來的微地址。 2)微指令寄存器 ?IR 用來存放從控制存儲器中取得的微指令。 5) 微周期 微周期就是從控制存儲器中讀出一條微指令并執(zhí)行相應操作所需要的時間。 微指令:具有微地址的控制字。微操作是微命令在時序的配合作用下的操作過程。 ( 3)診斷能力 微程序設計方法:診斷能力強 組合邏輯控制:診斷能力弱 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 45 1) 控制字 (CW):表征微操作控制要求的二進制字,稱為控制字。 ( 2) 從性能上來比較 在同樣的半導體工藝條件下,微程序控制的速度比組合邏輯控制方式的速度低,這是因為執(zhí)行每條微指令都要從控存中讀取一次,影響了速度,而組合邏輯控制方式取決于電路延遲,因而在超高速計算機中,對影響速度的關鍵部分例如 CPU,往往采用組合邏輯控制方法。也就是說,在 M1機器上使用 M2機器語言編寫程序并運行,從用戶角度來看, M1和 M2無區(qū)別,要能做到這一點,只有機器具有控存 CM的微程序設計結構才行。 微程序控制技術被廣泛應用的原因 ( 1) 物質(zhì)基礎: ROM ( 2) 靈活性 ( 3)提高了可靠性,可利用性及可維護性 (簡稱RAS技術 ),大大優(yōu)化了硬件控制技術。JSR 節(jié) 拍 發(fā) 生 器 原 理 圖 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 35 模型機的時序系統(tǒng) P T3 T2 T1 T0 M 指令周期 三級時序關系 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 36 計算機組成原理 西北工業(yè)大學計算機學院 37 設計的步驟 把指令的執(zhí)行過程分解成若干功能部件能實現(xiàn)的基本微操作,并以圖的形式排列成有先后次序、相互銜接配合的流程( 指令操作流
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