Đang tải... (xem toàn văn)
Kiến trúc máy tính là bộ môn trong nhiều ngành về phần cứng, slide bài giảng của Gv Nguyễn Thanh Đăng hy vọng sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ về môn Học kiến trúc máy tính, cũng như giúp các bạn sinh viên có tài liệu tham khảo từ đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỬ Kiến trúc máy tính Chương _Bộ xử lý GV : Ths.Nguyễn Thanh Đăng CÂU HỎI Câu 1: Có rủi ro mơ hình xử lý ống? Kể tên nêu ý nghĩa loại? Câu 2: Câu lệnh lw $t0,12($s0) có ý nghĩa nào? Câu 3: Các lệnh thực thi gồm giai đoạn? Kể tên giai đoạn? Câu 4: Hiện thực phương pháp xúc tiến sớm giải rủi ro liệu có loại? Hãy kể tên? Câu 5: Các giai đoạn để xây dựng đường liệu ? Hãy kể tên? 4.1 GIỚI THIỆU 4.2 MƠ HÌNH THỰC THI LỆNH 4.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA BỘ XỬ LÝ 4.1 Giới thiệu Chương trình bày dạng thực khác máy tính theo kiến trúc MIPS Cách thực thứ đơn giản mà lệnh hồn thành chu kì xung nhịp Tuy nhiên, thực cách đơn giản hiệu suất không cao mang tính chất tham khảo Cách thực thứ cách thực sử dụng nhiều thực tế hơn, cách thực theo chế ống (pipeline), hiệu suất cách thực theo chế xử lí ống cao so với cách thực theo mơ hình đơn giản 4.2 Mơ hình thực thi lệnh - Tất lệnh thực thi có hai giai đoạn: + Giai đoạn đọc lệnh (instruction fetch) + Giai đoạn giải mã lệnh (instruction decode) 4.2 Mơ hình thực thi lệnh Sau giai đoạn đọc lệnh giải mã lệnh, nhóm lệnh khác yêu cầu tác vụ khối chức khác Tuy nhiên, lệnh nhóm lệnh (nhóm lệnh số học, truy xuất liệu rẻ nhánh) có tác vụ khối chức tham gia vào tính tốn tương tự Đây quy tắc “sự đơn giản tạo nên tính quy tắc” kiến trúc MIPS 4.3 Các thành phần xử lý 4.3.1 Đường liệu 4.3.2 Bộ điều khiển 4.3 Các thành phần xử lý Quá trình thực thi lệnh MIPS dù theo mơ hình đơn giản hay mơ hình xử lí ống xử lý theo kiến trúc MIPS cần thành phần bao gồm: nhớ lệnh, tập ghi, khối ALU nhớ liệu 4.3 Các thành phần xử lý 4.3.1 Đường liệu Đường truyền liệu bao gồm tín hiệu liệu (datasighal) khối chức (functional unit) xử lí tín hiệu liệu Nhiệm vụ đường liệu xử lí liệu điều khiển điều khiển truyền liệu qua lại khối chức 4.3.1 Đường liệu Bộ nhớ lệnh Khối ALU Đường liệu Bộ nhớ liệu Tập ghi 4.5.7:Hiện thực phương pháp xúc tiến sớm giải rủi ro liệu: 1.Rủi ro liệu thực thi: trường hợp lệnh sử dụng liệu giai đoạn thực thi lệnh sinh liệu vừa hoàn thành giai đoạn thực thi giai đonạ truy xuất nhớ.dữ liệu lấy từ ghi giai đonạ EX/MEM thay liệu đọc từ tập ghi 2.Rủi ro liệu truy xuất nhớ: trường hợp lệnh sử dụng liệu giai đoạn thực thi lệnh sinh liệu vừa hoàn thành giai đoạn truy xuất nhớ giai đoạn cập nhật kết quả.dữ liệu lấy từ ghi giai đonạ MEM/WB để thay liệu đọc từ tập ghi 4.5.7:Hiện thực phương pháp xúc tiến sớm giải rủi ro liệu: Để tồn rủi ro liệu cần phải có hai lệnh có quan hệ liệu với hai lệnh phải thỏa mãn hai điều kiện: Lệnh sử dụng liệu phải giai đoạn thực thi lệnh giai đoạn lệnh sử dụng liệu thực dùng liệu tính tốn Lệnh sinh liệu phải vừa hoàn thành giai đoạn thực thi lệnh vừa hoàn thành giai đoạn truy xuất nhớ Xây dựng khối điều khiển “xúc tiến sớm” -Khi xuất rủi ro liệu thực thi giá trị ngĩ vào TỐN HẠNG TOÁN HẠNG khối ALU thay giá trị truy xuất từ ghi giai đoạn EX/MEM.do đó,nhiệm vụ khối xúc tiến sớm sinh tín hiệu điều hiển F1 F2 tương ứng để hai khối MUX điều khiển hai tín tín hiệu lựa chọn xác tín hiệu cho ngõ vào khối ALU -Hai khối MUX điều khiển hai tín hiệu F1 F2 có tất ba ngỏ vào giá trị đọc từ tập ghi,giá trị truy xuất từ ghi giai đoạn EX/MEM giá trị truy xuất từ ghi giai đoạn MEM/WB.để xây dựng khối xúc tiến sớm,các quy ước tín hiệu điều khiển F1 F2 bảng sau sử dụng: Xây dựng khối điều khiển “xúc tiến sớm” Giá trị tín hiệu Nguồn Giải thích F1=002 ID/EX Giá trị ngõ vào tốn hạng khối ALU có từ tập ghi F1=012 EX/MEM Giá trị ngỏ vào toán hạng khối ALU ngỏ khối ALU chu kì trước F1=102 MEM/WB F2=002 ID/EX Giá trị ngỏ vào toán hạng khối ALU ngõ khơi ALU hai chu kì trước giá trị từ ngỏ nhớ liệu chu kì trước Giá trị ngõ vào khối MUX trước ngỏ vào toán hạng khối ALU có từ tập ghi 4.5.9: Giải rủi ro điều khiển: Rủi ro điều khiển xảy xử lý thực thi lệnh rẻ nhánh có điều kiện chưa xác định lệnh thực thi lệnh hai lệnh: (1): sau lệnh rẻ nhánh có điều kiện tức điều kiện rẻ nhánh không ghi PC tăng lên lệnh (2): lệnh địa đích lệnh rẻ nhánh, tức điều kiện rẻ nhánh ghi PC -Để tiến hành trì hoản thực thi xử lý cần tiến hành hai công việc là: (1) dừng giai đoạn lại lệnh sử dụng liệu cách gán tất cá tín hiệu điều khiển tương ứng lệnh (2) giữ nguyên giá trị ghi PC ghi giai đoạn IF/ID Đường liệu tín hiệu điều khiển kiến trúc MIPS theo mơ hình xử lý ống thực phương pháp Chựng lại để giải rủi ro liệu lệnh đọc Trong kiến trúc trên,khối kiểm tra rủi ro có tín hiệu ngỏ vào: - Tín hiệu điều khiển ID/EX.đọc nhớ dùng để xác định lệnh giai đoạn thực thi lệnh có phải lệnh đọc nhớ hay không - Chỉ số ghi ID/EX.rt ghi đích lệnh đọc nhớ - Chỉ số ghi nguồn thứ IF/ID.rs Chỉ số ghi nguồn thứ hai IF/ID.rt lệnh thực thi giai đoạn mã lệnh - Nếu tồn rủi ro liệu lệnh đọc khối kiểm tra rủi ro tạo giá trị ngõ rủi ro phép khối MUX điều khiển gán giá trị cho tất tín hiệu điều khiển giai đoạn sau lệnh giai đoạn giải mã lệnh Như vậy, rủi ro liệu giải triệt để cách kết hợp hai phương pháp XÚC TIẾN CHỰNG LẠI.rủi ro cuối tồn trìnhxử lý ống kiến trúc MIPSlà rủi ro điều khiển.rủi ro giải quyếtcũng làm giảm thiểu ảnh hưởng phần 4.5.9: Giải rủi ro điều khiển: A:Phương pháp tiên đoán: - Phương pháp phần làm giảm thiểu ảnh số chu kỳ cần phải chựng lại - Phương pháp làm giảm ảnh hưởng việc trì hỗn thực thi lệnh trường hợp xảy rủi ro điều khiển - Phương pháp giả sử lệnh rẻ nhánh có điều khiện rẽ nhánh (hoặc giả sử điều khiện rẽ nhánh sai) để đọc thực thi lệnh thay thực chựng lại - Trong trường hợp việc tiên đốn q trình thực thi tiếp tục diễn bình thường, ngược lại việc tiên đốn sai ba lệnh thực thi việc tiên đoán sai gây xóa tiến hành thực thi lại lệnh 4.5.9: Giải rủi ro điều khiển: A: Phương pháp tiên đốn: Có phương pháp tiên đốn: phương pháp tiên đoán tĩnh phương pháp tiên đoán động 4.5.9: Giải rủi ro điều khiển: A:Phương pháp tiên đốn: Có phương pháp tiên đốn: - Phương pháp tiên đốn tĩnh: phương pháp ln tiên đốn lệnh rẽ nhánh xảy ngược lại tiên đốn lệnh rẽ nhánh khơng xảy Nhược điểm, vòng lặp việc tiên đốn khơng rẽ nhánh không xảy gây hàng loạt tiên đoán sai - Phương pháp tiên đoán động: vào lịch sử lệnh rẽ nhánh trước mà định xem thực tiên đoán lệnh rẻ nhánh thực thi xảy hay không xảy để thưc phương pháp cần phải có thêm khối chức để lưu lại hành vi thực lệnh rẽ nhánh khứ gọi BỘ ĐỆM TIÊN ĐOÁN RẼ NHÁNH 4.5.9: Giải rủi ro điều khiển: A:Phương pháp tiên đoán: - Mặc dù phương pháp tiên đoán rẽ nhánh giúp làm giảm thời gian xử lý trường hợp tiên đốn xác,nhưng phương pháp cần ống lệnh chựng lại ba chu kỳ trường hợp tiên đoán sai - Việc chựng lại làm giảm thiểu suất xử lý - Trong trường hợp việc tiên đoán lệnh rẽ nhánh sai cần xóa lệnh sau lệnh rẽ nhánh thay ba lệnh trước thực việc cập nhật ghi PC giai đoạn truy xuất nhớ Đường liệu tín hiệu điều khiển kiến trúc MIPS theo mơ hình xử lý ống thực phương pháp làm giảm ảnh hưởng rủi ro điều khiển 4.5.9: giải rủi ro điều khiển: B: Làm giảm ảnh hưởng rủi ro điều khiển: Trong xử lý MIPS này: - Khối so sánh thực ngõ liệu khối tập ghi nhằm so sánh hai giá trị truy xuất từ tập ghi - Ngõ khối so sánh dung để điều khiển việc cập nhật địa đích lệnh rẽ nhánh vào ghi PC thay cho tín hiệu ZERO khối ALU - Tín hiệu ngõ khối so sánh dung để khối điều khiển định xem việc tiên đoán rẽ nhánh hay sai - Nếu việc tiên đoán lệnh rẻ nhánh sai tín hiệu IF.Flush tích cực ghi giai đoạn IF/ID bị xóa - Việc xóa giá trị ghi IF/ID q trình làm ống lệnh chựng lại chu kì ... đoạn? Câu 4: Hiện thực phương pháp xúc tiến sớm giải rủi ro liệu có loại? Hãy kể tên? Câu 5: Các giai đoạn để xây dựng đường liệu ? Hãy kể tên? 4. 1 GIỚI THIỆU 4. 2 MƠ HÌNH THỰC THI LỆNH 4. 3 CÁC... tự Đây quy tắc “sự đơn giản tạo nên tính quy tắc” kiến trúc MIPS 4. 3 Các thành phần xử lý 4. 3.1 Đường liệu 4. 3.2 Bộ điều khiển 4. 3 Các thành phần xử lý Quá trình thực thi lệnh MIPS dù theo mơ... điều khiển sinh tín hiệu điều khiển để xác định tác vụ khối ALU để lựa chọn đường liệu 4. 3.2 Bộ điều khiển 4. 4 Xây dựng mơ hình xử lý theo mơ hình đơn giản ► Mơ hình xử lý đơn giản (mơ hình đơn