TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Transkript

1 1 TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs 2011 Gunnar Tufte

2 2 Kapittel 4: Microarchitecture level

3 3 Kapittel 4: Microarchitecture level Nivå mellom Under Instruction Level Architecture (ISA) Over Digital logic level Digital logic level Lager: Register (Data, adresser, status) Kombinatoriskekretsar (ALU, multipleksarar, demultipleksarar) Skvensiellekretsar (kontroll) Databussar, kontrollbussar, signal Strølogikk Realisera Instruction Level Architecture (ISA) Kva funksjonelle einheitar er nødvendige (generelt) Kva funksjonelle einheitar er nødvendige for å oppfylle spesifikasjon Datapath Kontroll av datapath

4 4 Ny Arkitektur: IJVM eksternt minne Dataminne MAR: Memory Address Register MDR: Memory Data Register PC: Program Counter MBR: Memory Buffer Register 2 register for data: H MDR Programminne

5 5 Instruksjonsett Stack basert

6 6 Utføre instruksjon shift ALU les frå C buss mem B buss 1: : : H <- TOS: 2: H + OPC, SP <- SHIFT

7 7 Skrive microinstruksjonar Kan instruksjonen utførast på 1 eller fleire klokkeperiodar? Viss ja: fyll ut microinstruksjon Viss nei: finn antal klokkeperiodar utfrå datapath Fyll ut microinstruksjon for kvar klokkeperiode Fylle ut microinstruksjon Bruk tidsdiagramme w : Setje opp styresignal frå styreeinheit til utførandeeinheitar x: Kva skal ut på B bus (H automatisk tilgjengeleg for ALU) FYLL INN B y: kva skal ALU og SHIFTER gjere FYLL INN ALU (bruk ALU funksjonstabell) Stigande flanke load register frå C bus: Kva register skal resultatet lagrast i FYLL INN C

8 IJVM 8 Mikroarkitektur

9 9 Styre eining Microprogrammed Hardwired Add

10 10 Microprogrammed Add

11 11 Instr. i MicroProg minne SP = TOS + OPC 2: SP <- H + OPC

12 12 Instr. i MicroProg minne SP = TOS + OPC shift ALU les frå C buss mem B buss 1: H <- TOS: : SP <- H + OPC

13 13 Instr. i MicroProg minne XXX Start ny instruksjon XXX XXX SP = TOS + OPC shift ALU les frå C buss mem B buss 1: H <- TOS: : SP <- H + OPC

14 14 IJVM

15 MicroProgramert 15 styreeining IJVM

16 MicroProgramert 16 styreeining IJVM

17 MicroProgramert 17 styreeining IJVM

18 MicroProgramert 18 styreeining IJVM

19 MicroProgramert 19 styreeining IJVM

20 MicroProgramert 20 styreeining IJVM

21 21 MicroProgramert styreeining IJVM OpCode frå MBR Generer adresse til microcode (MPC) MPC peikar på 1. microinstruksjon Utfør microinst I INSRUKSJONEN

22 22 Kva kan datamaskiner (frå 1. forelesing) Leggje saman to tal Kontrolere om eit tal er 0 Flytte data frå ein plass til ein anna Gjere desse operasjonane FORT Beregne alle beregnbare funksjonar Utføre sekvensar av oprasjonar

23 23 Utføre sekvensar av oprasjonar Løkker (loops) Repeter ei rekke instruksjonar Ubetinga hopp (Unconditional Branch eller jump) Hoppar alltid (goto adr xxxx) Betinga hopp (Conditional Branch) Hoppar viss (Z-flagg = 1 eller N-flagge = 1 goto adr xxxx)

24 24 Løkke eksempel klokke Betinga hopp Ubetinga hopp Start: S = 59? (nei) JMP Sekund S = 0 M = 59? (nei) JMP Minutt M = 0 T = 12 (nei) JMP Time T = 0 JMP Start Sekund: S = S + 1 JMP Start Minutt: M = M + 1 JMP Start Time: T = T + 1 JMP Start

25 25 Løkke eksempel klokke Start: S = 59? (nei) JMP Sekund S = 0 M = 59? (nei) JMP Minutt M = 0 T = 12 (nei) JMP Time T = 0 JMP Start I programminne: FFFF F000 EFFF Hovud Program Sekund Sekund: S = S + 1 JMP Start Minutt: M = M + 1 JMP Start Time: T = T + 1 JMP Start E000 CFFF C000 BFFF B000 Minutt Time

26 26 Må ha hopp inn i microinstruksjon Status register Register der bit gir status til einingar eller av resultat av instruksjon Bit i status register: flagg IJVM status JAMZ: Sjekkar Z-flagget (zero) til ALU JAMN: Sjekkar N-flagget (negativ) til ALU JMPC: Ekstra hoppting kjem seinare No mogleg å detektera N og Z for å kunne bestemme hopp Kan sjekke resultat frå beregning utført av ALU Kan bruke resultatet til betingahopp Addr JAM shift ALU C buss mem B buss XXXXXXXXX XXX XX XXXXXX XXXXXXXXX XXX XXXX

27 27 Ved hopp MPC MicrProgram Counter JAM kan påvirke MPC Betingahopp viss (hoppinstr og Z) eller (hoppinstr og N) MPC set til hopp microinstr. Hopp microinstr. microinsstr som utfører eit hopp ADR JAM ADR JAM ADR JAM 1. Hopp microinst SP = TOS + OPC microinstr 1 microinstr 2 Addr JAM shift ALU les frå C buss mem B buss XXXXXXXXX XXX XX XXXXXX XXXXXXXXX XXX XXXX

28 28 Ved hopp JAMZ og JAMN MPC MicrProgram Counter JAMZ og JAMN kan påvirke MPC Korleis hopp MPC: 9 bit 9 frå Addr i micro Instruksjon Viss JAMZ eller JAMN = 0 : MPC = Addr Neste microinst Addr Viss JAMZ eller JAMN = 1 : MPC = Adr or Neste microinst 1XXXXXXXX

29 29 Ved JAMZ eller JAMN (hopp betingelse i microinstruksjon MPC = (Z and JAMZ) or (N and JAMN) or Addr

30 30 Ved JAMZ eller JAMN (hopp betingelse i microinstruksjon MPC = (Z and JAMN) or (N and JAMN) or Addr

31 31 Ved hopp JAMZ og JAMN MPC MicrProgram Counter JAM kan påvirke MPC Betingahopp viss (hoppinstr og Z) eller (hoppinstr og N) MPC set til hopp microinstr. Hopp microinstr. microinsstr som utfører eit hopp ADR JAM ADR JAM 1. Hopp til microinst SP = TOS + OPC microinstr 1 microinstr 2 Addr JAM shift ALU les frå C buss mem B buss XXXXXXXXX XXX XX XXXXXX XXXXXXXXX XXX XXXX

32 32 Har no ei generell datamaskin Styreeining (control unit) Styrer utførende einingar vha. mikroprogram Utførende enhet (datapath) Register ALU: Aritmetisk-logisk eining

33 33 Neste gong Tirsdag 11/10 Vidare med microinstruksjonar for IJVM Utvide microarkitektur