Architettura degli elaboratori

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1 iversità degli Studi dell Isubria Dipartimeto di Scieze Teoriche e pplicate rchitettura degli elaboratori Registri e Marco Tarii Dipartimeto di Scieze Teoriche e pplicate marco.tarii@uisubria.it Register File Spesso occorre utilizzare u certo umero di registri paralleli tutti aveti le stesse dimesioi e le stesse fuzioi Soo orgaizzati i ua struttura a vettore, chiamata Register File (i italiao, a volte: «Baco» dei Registri) (ota liguistica: «File» el seso di «filiera», «fila»: il File System o cetra ulla) Register File = u isieme di M registi da N bit e, i circuiti di cotrollo: per accedervi i lettura e scrittura I registri di ua macchia, coteuti el Register File, soo tipicamete l iput e l output dei coti eseguiti dalla I molte architetture, soo l uica cosa su cui la può lavorare! rchitettura degli elaboratori rchitettura degli elaboratori - 1

2 Esempio: i registri della CP Schema cocettuale Register File + B B Qui: u registro viee sovrascritto co la somma di altri due (calcolata dalla ) rchitettura degli elaboratori Register File come blocco logico: fuzioameto Esempio: u Register File a 2 uscite e 1 etrata (altre combiazioi soo possibili) dato da memorizzare 2 registri da bits Reg[ ] Reg[ ] rchitettura degli elaboratori rchitettura degli elaboratori - 2

3 Register file come blocco logico: fuzioameto Register File a 2 uscite e 1 etrata, per m = 2 a bit cotiee: m = 2 registri da bit ciascuo umerati da 0 a 2 1 i output, restituisce il valore attuale di due dei registri: specificati dagli idici e o 1 (presi i igresso) i iput, prede ache la parola (di bit) che verrà memorizzata el registro di idice (appea il mada ) e il, per la sicroizzazioe (come al solito) dato da memorizzare 2 registri da bits Reg[ ] Reg[ ] rchitettura degli elaboratori so di u Register File esempio Reg[12] + Reg[4] Register File Reg[12] Reg[4] SM Reg[9] Reg[12] + Reg[4] rchitettura degli elaboratori rchitettura degli elaboratori - 3

4 so di u Register File esempio Reg[4] + reg[12] R eg 4 R eg 9 R eg 12 Reg[12] Reg[4] SM Reg[9] Reg[12] + Reg[4] rchitettura degli elaboratori Programmabilità Il circuito di questo esempio sta eseguedo comadi del tipo: «somma i registri R4 e R12 e metti il risultato i R9»! cioè «R9 = R4 + R12» i u iguaggio Macchia, questo comado può apparire come: codice per l operazioe «SM» (da madare alla come OP) «9», idice del registro di destiazioe (da madare al Register File come i0) «4», idice del primo operado (da madare al Register File come o0) «12», idice del secodo operado (da madare al Register File come o0) i u iguaggio ssembler, questo comado può apparire come DD R9, R4, R12 rchitettura degli elaboratori rchitettura degli elaboratori - 4

5 Toriamo u secodo ad ua visioe complessiva dei livelli di astrazioe I u liguaggio ad alto livello (es. C o Java) scriveremo: it tot_aimali, _mucche, _pecore; /* altro codice */ tot_aimali = _mucche + _pecore; Il compilatore potrebbe (per es) decidere che le variabili co gli idetificatori «tot_aimali», «_mucche», «_pecore» vadao memorizzati ei registri. 10, 11, e 12 rispettivamete, e tradurre il comado di assegameto come: DD R10, R11, R12 che i u liguaggio macchia biario diveta (per es): rchitettura degli elaboratori Register File (co 32 registri a bit): possibile implemetazioe CK D E C I I I I I R0 R1 R2 R3 R30 M X M X I R31 rchitettura degli elaboratori rchitettura degli elaboratori - 5

6 Register File e : ote sul ciclo di Fio a che il ciclo di o fiisce (co u frote i discesa): il Register File mada gli operadi i uscita; la trova questi operadi ei propri igresso; la mada il risultato computato ella propria uscita; il Register File trova il risultato el proprio igresso. Quado avviee il frote i discesa, il Register File memorizza il risultato el registro idicato (ota: agli altri madiamo =0 e o si modificao) lcue cosegueze importati: è possibile eseguire comadi del tipo R5 R5 + R9 ifatti R5 viee sovrascritto solo alla fie del ciclo di. Fio ad allora la vede il vecchio R5 immutato come operado. Il ciclo di deve essere sufficietemete lugo da permettere al segale di propagarsi dall output del Register File al suo iput, (compreso il computo della ) Questo mette u limite alla frequeza di! rchitettura degli elaboratori Register File: ote sull uso Ogi registro può coteere valori di qualsiasi tipo: aturali i biario, virgola mobile, complemeto a due, caratteri purché usio (al massimo) il umero di bit a disposizioe el reg. Spetterà a chi defiisce il programma i biario (cioè, tipicamete, al compilatore) usare i dati memorizzati ei registri i modo coerete co il loro tipo Ricorda: per la «somma fra iteri» e «somma fra umeri i virgola mobile» soo due operazioe distite! Co due codici diversi. Soo due istruzioi diverse i ssembler e i iguaggio Macchia. (ache se hao la stessa sitassi per es i C o Java) Se i R5 memorizzo u umero i virgola mobile, e poi lo uso come operado i ua somma fra iteri, il risultato o avrà molto seso rchitettura degli elaboratori rchitettura degli elaboratori - 6

7 Register File: ote sulle dimesioi Per m registri a bit, ci voglioo: = log 2 m bit di iput per ciascu idice due MX a m igressi m brachig del dato i iput (e u DEC da a m bit) u prezzo molto caro, m registri paralleli, co comado di caricameto () soprattutto (quidi be m x Flip-Flop ) per m 3 bit elle istruzioi i liguaggio macchia biario ecessari solo per specificare i tre idici dei registri Dimesioi tipiche: è la dimesioe della «parola» (u word) dell architettura. Macchie «a 32 bit»: = 32 Macchie «a bit»: = m i quasi tutte le architetture reali è piccolo (es da 8 a ) valore più popolare: m = 32 ( = 5) m piccolo = Istruzioi Corte + Register File piccolo e veloce rchitettura degli elaboratori Memorie più gradi? Se i ostri programmi richiedessero, per lavorare, solo ua maciata di variabili i memoria, la lezioe sulle memorie fiirebbe qui. Il tipico programma richiede ivece migliaia, milioi, miliardi, o oltre, di parole (word) di dati. (fra l altro, le ostre architetture soo di Vo Neuma: ache i programmi alloggiao i memoria. I programmi però o soo quasi mai il grosso dell occupazioe di memoria. I dati lo soo.) Il semplice Register File come lo abbiamo visto o si presta eache lotaamete a dimesioi di questo tipo. (cioè: è u archiettura o scalabile, o scala facilmete a dimesioi molto maggiori di quelle viste) Servirao molti compromessi, e alcue tecologie o acora viste, per dotarci di memorie molto più capieti (come vedremo) Il Register File rimae comuque la memoria più veloce: u comodo ed efficietissimo «baco di lavoro» della. Meglio riservare il suo uso ai dati che utilizziamo più spesso! rchitettura degli elaboratori rchitettura degli elaboratori - 7