CPU a singolo ciclo: l unità di controllo, istruzioni tipo J

Transcript

1 Architettura degli Elaboratori e delle Reti Lezione 9 CPU a singolo ciclo: l unità di controllo, istruzioni tipo J Pro. A. Borghese, F. Pedersini Dipartimento di Scienze dell Inormazione Università degli Studi di Milano A.A. 6/7 L 9 /9 ISA MIPS tipi di istruzione: R, I (lw/sw,branch) A.A. 6/7 L 9 /9

2 Schema generale (lw/sw R ) Istruzione [-6] Istruzione Unità di Controllo CPU: Controllore della : Segnali_Controllo = (Opcode) = (Opcode,unct) A.A. 6/7 L 9 /9 Sommario Controllore della Unità di Controllo Principale A.A. 6/7 L 9 /9

3 e Data l istruzione, deve inviare il comando opportuno alla : # (dip. dall istruzione) # Funct Quali operazioni devono essere eseguite per le diverse istruzioni? Istr Operaz. R " dipende dal campo unct: lw " somma: sw " somma: " conronto " dierenza: classi distinte ( bit " ) Funct Istr R lw/sw A.A. 6/7 L 9 /9 : Controllo gerarchico 6 CPU 6 Funct = () = (, unct) classi distinte. R. lw/sw. branch tipo R " dipende da unct R lw/sw unct and or add sub slt A.A. 6/7 L 9 6/9

4 L 9 7/9 A.A. 6/7 Controllo della : sintesi Sintesi del circuito logico: = () Istr slt or and sub add sw lw = = L 9 8/9 A.A. 6/7 Controllo della Funct Istr slt or and sub add sw lw = (, Funct) ( ) ( )( ) ( ) SOP POS SOP = = =

5 Sommario Controllore della Unità di Controllo Principale A.A. 6/7 L 9 9/9 Schema generale (lw/sw R ) Istruzione [-6] Istruzione Unità di Controllo CPU: Controllore della : Segnali_Controllo = (Opcode) = (Opcode,unct) A.A. 6/7 L 9 /9

6 Segnali di controllo CPU Segnali di selezione: Segnale RegDst Src PCSrc toreg Eetto quando è negato () Il numero del registro destinazione proviene dal campo rd (bit -) Il secondo operando della proviene dal campo oset (estesa a bit) Il valore del PC viene sostituito dall uscita del sommatore che calcola PC Il valore inviato a ContenutoWrite del Register File proviene dalla Eetto quando è aermato () Il numero del registro destinazione proviene dal campo rt (bit -6) Il secondo operando della proviene dalla II porta di lettura del Register File Il valore del PC viene sostituito dall uscita del sommatore che calcola l indirizzo di salto Il valore inviato a ContenutoWrite del Register File proviene dalla memoria Segnali di comando: Segnale RegWrite Read Write Eetto quando è negato () Eetto quando è aermato () Nel registro speciicato su #RegWrite viene scritto il valore all ingresso: ContenutoWrite Comando di lettura della memoria dati Comando di scrittura della memoria dati A.A. 6/7 L 9 /9 Segnali di controllo del Data-path Istr Reg Dst src toreg Reg Write Read Write Branch op R lw sw Relazione tra PCSrc e Branch: PCSrc = Branch AND [condiz. salto veriicata] "#$: :zero Branch PCSrc A.A. 6/7 L 9 /9

7 principale: Segnali di controllo Tabella di sintesi: # ingressi:,.zero # uscite: segnali di controllo CPU Ingressi Uscite Istr : Zero Reg Dst src toreg Reg Write Read Write PCSrc op R lw sw RegDst = rc = NOT() toreg = Write = Read = ~ PCsrc = zero RegWrite = NOT( ~) A.A. 6/7 L 9 /9 Sintesi di alcuni segnali di controllo rc RegWrite A.A. 6/7 L 9 /9

8 CPU Singolo Ciclo Istruzione Patterson, Hennessy Fig..9 A.A. 6/7 L 9 /9 L istruzione jump (ormato J) Formato J (jump) op indirizzo (costante) j 8 : 6 bit 6 bit Indirizzo di salto determinato in due passi: # Calcolo parte bassa indirizzo: jad = (indirizzo * ) # Deteminazione dell indirizzo di salto: PC(:8) jad(7:) Base (PC): Campo indirizzo: = Indirizzo salto: A.A. 6/7 L 9 6/9

9 Segnali di controllo Segnale RegDst RegWrite Src PCSrc Read Eetto quando è negato () Il numero del registro destinazione proviene dal campo rd (bit -) Il secondo operando della proviene dal campo oset (estesa a bit) Il valore del PC viene sostituito dall uscita del sommatore che calcola PC Eetto quando è aermato () Il numero del registro destinazione proviene dal campo rt (bit -6) Nel registro speciicato su #RegWrite viene scritto il valore all ingresso: ContenutoWrite Il secondo operando della proviene dalla II porta di lettura del Register File Il valore del PC viene sostituito dall uscita del sommatore che calcola l indirizzo di salto Comando di lettura della memoria dati Write Comando di scrittura della memoria dati toreg Il valore inviato a ContenutoWrite del Register File proviene dalla Il valore inviato a ContenutoWrite del Register File proviene dalla memoria Jump PC viene impostato a PC oppure all indirizzo destinazione della branch PC viene impostato al valore ottenuto dal campo dato della jump A.A. 6/7 L 9 7/9 CPU completa (aggiunta di jump) Istruzione A.A. 6/7 L 9 8/9

10 CPU a Ciclo singolo CPU a CICLO SINGOLO: Ad ogni ciclo di clock viene eseguita un istruzione completa. C(t) clock Istruzione C(t) Istruzione Istruzione Istruzione clock(t) T C = durata istruzione A.A. 6/7 L 9 9/9