Lezione 28 Il processore: unità di controllo (1)

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1 Lezione 8 Il processore: nità di lo () Vittorio Scarano rchitettra Corso di Larea in Informatica Università degli Stdi di Salerno Organizzazione della lezione Definizione della nità di lo rchitettra. Vi.ttorio Scarano

2 La nità di lo rchitettra. Vi.ttorio Scarano Responsabile dei segnali di lo che vengono inviati alla nità di elaborazione lcne difficoltà gestione dei diversi passi di eseczione della istrzione De tecniche per la progettazione della nità di lo tecniche per la rappresentazione della UC Qeste rappresentazioni della UC permettono la sintesi atomatica della implementazione sotto forma di RO o di PL Le macchine a stati finiti rchitettra. Vi.ttorio Scarano Rappresentazione simbolica del comportamento Costitite da: n insieme di stati (rappresentati con n cerchio) insieme di transizioni di stato attraverso na fnzione di prossimo stato che mette in relazione lo stato corrente e lo stato sccessivo Nella rappresentazione della UC ogni stato rappresenta i valori dei segnali di lo che sono messi a qelli non esplicitati vanno messi a per il lo dei mltipleer è invece necessario specificare ad ogni passo il valore

3 Schema riassntivo dei passi 5rchitettra. Vi.ttorio Scarano Nome del passo Istrzioni di tipo R zione intrapresa ccesso emoria Salti condizionati Salti incondizionati Prelievo Decodifica IR= emoria[] =+ = Reg[IR[5-]] =Reg{IR{-6]] LUOt = +(sign-etend(ir[5-])<< Eseczione, LUOt= op LUOt = + -etend(ir{5- if (==) then =[-8] calcolo ind., salti ]) =LUOt (IR[5-]<<) ccesso em compl. R Reg[IR[5- ]]=LUOt Load: DR=emoria[LUOt] Store: emoria[luot]= Compl. lettra da memoria Load: Reg[IR[-6]]=DR Strttra della macchina a stati finiti I primi passo sono indipendenti dalle istrzioni I restanti sono differenziati a seconda della operazione 6rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory access instrctions (Figre 5.8) Instrction fetch/decode and fetch R-type instrctions (Figre 5.9) ranch instrction (Figre 5.) Jmp instrction (Figre 5.)

4 Schema riassntivo dei passi 7rchitettra. Vi.ttorio Scarano Nome del passo Istrzioni di tipo R zione intrapresa ccesso emoria Salti condizionati Salti incondizionati Prelievo Decodifica IR= emoria[] =+ = Reg[IR[5-]] =Reg{IR{-6]] LUOt = +(sign-etend(ir[5-])<< Eseczione, LUOt= op LUOt = + -etend(ir{5- if (==) then =[-8] calcolo ind., salti ]) =LUOt (IR[5-]<<) ccesso em compl. R Reg[IR[5- ]]=LUOt Load: DR=emoria[LUOt] Store: emoria[luot]= Compl. lettra da memoria Load: Reg[IR[-6]]=DR Il primo passo 8rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] emory Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] 6 8 Instrction [-6] [-8] left 6 etend Instrction [5 ] left LU LU LU reslt Jmp address [-] LUOt

5 Il secondo passo 9rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] emory Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] IR[5-] Sorce Instrction [5 ] 6 8 Instrction [-6] left [-8] IR[5-] IR[-6] 6 etend Instrction [5 ] left rs rt offset LU LU LU reslt Jmp address [-] LUOt ind.salto Prima porzione della macchina a stati finiti Fetch, decode e caricamento dei registri emory access instrctions (Figre 5.8) Instrction fetch/decode and fetch R-typeinstrctions (Figre 5.9) ranchinstrction (Figre 5.) Jmp instrction (Figre 5.) rchitettra. Vi.ttorio Scarano ( = 'LW ') or ( = 'SW') Instrction fetch em = Io rd = IR W rite = = Sorce = ( = R-type) ( = 'EQ') Instrction decode/ Register fetch = = = ( = 'J P') em ory reference FS (Figre 5.8) R-type FS (Figre 5.9) ranch FS (Figre 5.) Jmp FS (Figre 5.) 5

6 Schema riassntivo dei passi rchitettra. Vi.ttorio Scarano Nome del passo Istrzioni di tipo R zione intrapresa ccesso emoria Salti condizionati Salti incondizionati Prelievo Decodifica IR= emoria[] =+ = Reg[IR[5-]] =Reg{IR{-6]] LUOt = +(sign-etend(ir[5-])<< Eseczione, LUOt= op LUOt = + -etend(ir{5- if (==) then =[-8] calcolo ind., salti ]) =LUOt (IR[5-]<<) ccesso em compl. R Reg[IR[5- ]]=LUOt Load: DR=emoria[LUOt] Store: emoria[luot]= Compl. lettra da memoria Load: Reg[IR[-6]]=DR Il terzo passo (istrzioni di accesso a memoria) rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] emory Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] 6 8 Instrction [-6] left [-8] IR[5-] IR[-6] IR[5-] 6 etend ind.base left rs LU LU LU reslt Jmp address [-] LUOt ind.mem Instrction [5 ] 6

7 Il qarto passo (istrzioni di accesso a memoria) rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata rt Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] 6 8 left Instrction [-6] [-8] IR[5-] IR[-6] rt LU LU reslt Jmp address [-] LUOt ind.mem emory 6 etend left LU calcolato al passo Instrction [5 ] Store Il qarto passo (istrzioni di accesso a memoria) rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] emory dato Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] 6 8 left Instrction [-6] [-8] IR[5-] IR[-6] 6 etend left LU LU LU reslt Jmp address [-] LUOt ind.mem calcolato al passo Instrction [5 ] Load 7

8 Il qinto passo (istrzioni di accesso a memoria) rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] 6 8 left Instrction [-6] [-8] IR[5-] IR[-6] LU LU reslt Jmp address [-] LUOt 5 prelevato al passo emory dato 6 etend Instrction [5 ] left LU Load Seconda porzione della macchina a stati finiti From state (='LW')or(='SW') emory address comptation = = = Istrzioni di accesso alla memoria rchitettra. Vi.ttorio Scarano ( = 'LW') em = emory access ( = 'SW') 5 em = emory access Instrction fetch/decode and fetch Reg emtoreg = = -back step To state emory access instrctions (Figre 5.8) R-type instrctions (Figre 5.9) ranch instrction (Figre 5.) Jmpinstrction (Figre 5.) 6 8

9 Schema riassntivo dei passi rchitettra. Vi.ttorio Scarano Nome del passo Istrzioni di tipo R zione intrapresa ccesso emoria Salti condizionati Salti incondizionati Prelievo Decodifica IR= emoria[] =+ = Reg[IR[5-]] =Reg{IR{-6]] LUOt = +(sign-etend(ir[5-])<< Eseczione, LUOt= op LUOt = + -etend(ir{5- if (==) then =[-8] calcolo ind., salti ]) =LUOt (IR[5-]<<) ccesso em compl. R Reg[IR[5- ]]=LUOt Load: DR=emoria[LUOt] Store: emoria[luot]= Compl. lettra da memoria Load: Reg[IR[-6]]=DR 7 Il terzo passo (istrzioni di tipo R) rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] emory Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] 6 8 Instrction [-6] left [-8] IR[5-] IR[-6] IR[5-] 6 etend left rs rt LU LU LU reslt Jmp address [-] LUOt risltato 8 Instrction [5 ] IR[5-] 9

10 Terza porzione della macchina a stati finiti Istrzioni di tipo R From state ( = R-type) 6 Eection rchitettra. Vi.ttorio Scarano 7 = = = = RegW rite emtoreg = R-type com pletion Instrction fetch/decode and fetch To state emory access instrctions (Figre 5.8) R-type instrctions (Figre 5.9) ranch instrction (Figre 5.) Jmpinstrction (Figre 5.) 9 Schema riassntivo dei passi rchitettra. Vi.ttorio Scarano Nome del passo Istrzioni di tipo R zione intrapresa ccesso emoria Salti condizionati Salti incondizionati Prelievo Decodifica IR= emoria[] =+ = Reg[IR[5-]] =Reg{IR{-6]] LUOt = +(sign-etend(ir[5-])<< Eseczione, LUOt= op LUOt = + -etend(ir{5- if (==) then =[-8] calcolo ind., salti ]) =LUOt (IR[5-]<<) ccesso em compl. R Reg[IR[5- ]]=LUOt Load: DR=emoria[LUOt] Store: emoria[luot]= Compl. lettra da memoria Load: Reg[IR[-6]]=DR

11 Il terzo passo (istrzione di salto condizionato) rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction istrzione Instrction [5 ] Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] 6 8 Instrction [-6] left [-8] IR[5-] IR[-6] rs rt LU LU reslt Jmp address [-] LUOt ind.salto emory 6 etend left LU calcolato al passo Instrction [5 ] Qarta porzione della macchina a stati finiti From state ( = 'EQ') Istrzioni di salto condizionato (ranch) rchitettra. Vi.ttorio Scarano 8 = = = Cond Sorce = ranch completion To state Instrction fetch/decode and fetch emory access instrctions (Figre 5.8) R-type instrctions (Figre 5.9) ranch instrction (Figre 5.) Jmpinstrction (Figre 5.)

12 Schema riassntivo dei passi rchitettra. Vi.ttorio Scarano Nome del passo Istrzioni di tipo R zione intrapresa ccesso emoria Salti condizionati Salti incondizionati Prelievo Decodifica IR= emoria[] =+ = Reg[IR[5-]] =Reg{IR{-6]] LUOt = +(sign-etend(ir[5-])<< Eseczione, LUOt= op LUOt = + -etend(ir{5- if (==) then =[-8] calcolo ind., salti ]) =LUOt (IR[5-]<<) ccesso em compl. R Reg[IR[5- ]]=LUOt Load: DR=emoria[LUOt] Store: emoria[luot]= Compl. lettra da memoria Load: Reg[IR[-6]]=DR Il terzo passo (istrzione di salto incondizionato) rchitettra. Vi.ttorio Scarano emory emdata Instrction [5 ] Instrction [ 6] Instrction [5 ] Instrction Instrction [5 ] emory Cond Otpts em em emtoreg Reg IR Instrction [5 ] [5 ] Sorce Instrction [5 ] IR[5-] 6 8 left Instrction [-6] [-8] IR[5-] rs IR[-6] istrzione 6 etend left rt LU LU LU reslt Jmp address [-] LUOt Instrction [5 ]

13 Qinta porzione della macchina a stati finiti From state ( = 'J') Istrzioni di salto incondizionato (Jmp) 9 Jmp completion rchitettra. Vi.ttorio Scarano Sorce = To state Instrction fetch/decode and fetch emory access instrctions (Figre 5.8) R-type instrctions (Figre 5.9) ranch instrction (Figre 5.) Jmpinstrction (Figre 5.) 5 Una visione completa della macchina a SF rchitettra. Vi.ttorio Scarano = = = emory address comptation ( = 'LW') em = emory access ( = 'SW') 5 em = emory access Instrction fetch em = = IR = = Sorce = 6 ( = 'LW') or ( = 'SW') 7 Eection = = = = Reg emtoreg = R-type completion ( = R-type) ranch completion 8 = = = Cond Sorce = ( = 'EQ') Instrction decode/ fetch 9 = = = ( = 'J') Jmp completion Sorce = -back step 6 = Reg emtoreg=

14 Implementazione della UC dalla SF rchitettra. Vi.ttorio Scarano Uso di n registro temporaneo che memorizza lo stato corrente di n blocco di logica combinatoria che determina i segnali e lo stato ftro Combinational logic Inpts Otpts Datapath otpts Inpts from instrction opcode field State Net state 7