Οργάνωση Η/Υ. Γιώργος ηµητρίου. Μάθηµα 6 ο. Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας - Τµήµα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και ικτύων

Transcript

1 Γιώργος ηµητρίου Μάθηµα 6 ο Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας - Τµήµα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και ικτύων

2 Μικροπρογραµµατισµένη Λογική Καλωδιωµένη λογική για πραγµατικές αρχιτεκτονικές: nπάνωαπό 100εντολέςµηχανής n πολύπλοκες µέθοδοι διευθυνσιοδότησης n χιλιάδες καταστάσεις Τεχνική µικροπρογραµµατισµού: n αντιστοίχιση ταυτόχρονων µικρολειτουργιών σε µια µικροεντολή n ενεργοποίηση µε εκτέλεση προγράµµατος

3 Μικροπρόγραµµα Μορφότυπος µικροεντολών n Λέξη ελέγχου κωδικοποίηση µικρολειτουργιών Αποθήκευση µικροεντολών n Μνήµη ελέγχου Εύρεση επόµενης µικροεντολής n Μετρητής µικροπρογράµµατος (µpc) άλµατα µε ή χωρίς συνθήκη

4 Μικροεντολή Κωδικοποίηση συνθήκης για όλες τις µικροεντολές (και όλα τα άλµατα). Η λέξη ελέγχου µπορεί να έχει µήκος ίσο µε το συνολικό αριθµό σηµάτων ελέγχου της ΜΕ.

5 Μνήµη Ελέγχου Αποθήκευση όλου του µικροκώδικα σε ένα επίπεδο µνήµης (ή δύο;) Κοινός µικροκώδικας για κοινές φάσεις του κύκλου εντολής n ιαχωρισµός ροής µικροπρογράµµατος Μνήµη µόνο για ανάγνωση n Αλλά και επαναπρογραµµατιζόµενη µνήµη ελέγχου. Ταχύτητα προσπέλασης

6 Επόµενη Μικροεντολή µpc =µpc + 1 n Φυσιολογική ροή µικροπρογράµµατος Άµεσοάλµα n Συνήθως στο τέλος του κύκλου εντολής Άλµαµεσυνθήκη n Συνθήκη από υποµονάδα της ΜΕ Άλµα µέσω πίνακα διευθύνσεων nηθέσηστονπίνακαορίζεταισυνήθωςαπό τον κωδικό λειτουργίας της εντολής

7 Συνολική οµή ΜΕ µpc καταχ. εντολών (IR) Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας - Τµήµα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και ικτύων

8 Χωρητικότητα Μνήµης Ελέγχου Πολλαπλές µορφές µικροεντολής n Για παράδειγµα, µικροεντολές χωρίς άλµα µπορούν να µη χρησιµοποιούν το πεδίο διεύθυνσης άλµατος. Νανοπρογραµµατισµός n Η νανοµνήµη χρησιµοποιείται για την ανάγνωση των λέξεων ελέγχου. Κωδικοποίηση σηµάτων ελέγχου n Ανάγκη αποκωδικοποίησης

9 Πολλαπλές Μορφές Μικροεντολής Παράδειγµα: Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας - Τµήµα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και ικτύων

10 Νανοπρογραµµατισµός µpc Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας - Τµήµα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και ικτύων

11 Κωδικοποίηση Σηµάτων Ελέγχου Οριζόντια µικροεντολή: κάθε bit ενεργοποιεί ένα σήµα ελέγχου Κάθετη µικροεντολή: η λέξη ελέγχου κωδικοποιεί τα σήµατα ελέγχου. Μπορούµε όµως να έχουµε πολλαπλά πεδία κωδικοποίησης: n Οι µικρολειτουργίες διαφορετικών πεδίων εκτελούνται ταυτόχρονα. n Οι µικρολειτουργίες διαφορετικών κωδικών ενός πεδίου δεν εκτελούνται ταυτόχρονα.

12 Βέλτιστη Κωδικοποίηση Οικονοµία µνήµης/υψηλότερη ταχύτητα n Μέγιστη δυνατή παράλληλη εκτέλεση µικρολειτουργιών n Ταχύτερη αποκωδικοποίηση για πιο αργές µικρολειτουργίες ιαµερισµός µικρολειτουργιών n Οι µικρολειτουργίες κάθε οµάδας δεν εκτελούνται ποτέ ταυτόχρονα Κωδικοποίηση µικρολειτουργιών n ιαφορετική για κάθε οµάδα

13 Εκτέλεση Μικροπρογράµµατος Κάθε µικροεντολή εκτελείται σε έναν κύκλο µηχανής Μερική επικάλυψη του κύκλου µικροεντολής n Επικάλυψη ανάκλησης µε εκτέλεση Πολυφασική εκτέλεση µικροεντολών n ιαφορετικός αριθµός φάσεων ανά µικροεντολή

14 Παράδειγµα Μικροκώδικας εντολών MIPS lw, sw, add, sub, beq, j, jr : Ετικέτα Άλµα ΑΛΜ ΑΛΜ1 ΑΛΜ2 ΦΚ ΜΕΜ PC= Fetch: seq add PC 4 readir ΑΛΜ disp add PC προ(ir) <<2 LW: seq add A προ(ir) seq readdr j Fetch writedr SW: seq add A προ(ir) j Fetch write REGΑΛΜ: seq funct Α Β j Fetch writec BEQ: j Fetch sub A B C(Z==1) J: j Fetch (PC IR) <<2 JR: j Fetch A όπου REGΑΛΜ R-type, συµπεριλαµβανοµένων των add και sub, µε τη λειτουργία να προσδιορίζεται από τον κωδικό τελεστή (συµβολικά: funct ). Ο µικροκώδικας υποθέτει ότι ο PC περιέχει διευθύνσεις σε επίπεδο byte.

15 Γενικές Παρατηρήσεις 80x86: Συνδυασµός καλωδιωµένης και µικροπρογραµµατισµένης λογικής n Η µικροπρογραµµατισµένη λογική εφαρµόζεται σε πολύπλοκες εντολές και απλοποιεί έτσι τον έλεγχό τους n Οι απλές εντολές εκτελούνται πιο γρήγορα Εξοµοίωση γλωσσών µηχανής µέσω µικροπρογραµµατισµού n Ευελιξία προγραµµατισµού, όµως χρειαζό- µαστε και κώδικα συστήµατος