计算机组成原理五章精选PPT.ppt

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1、计算机组成原理五章第1页，此课件共104页哦第2页，此课件共104页哦100 loop:load r3,0(r4);从存储器取数据放到r3中 存储器地址为r4中的内容加0,104 addi r4,r4,4;存储器地址加4,指向下一个存储器字108 add r1,r1,r3;累加,累加和放在r1中112 subi r2,r2,1;计数器减1116 bne r2,loop;若计数器不为0,则转移到loop处继续执行120 store r1,0(r4);否则,把累加和送到存储器中,存储器地址为r4中的内容加0.基本指令构成的程序基本指令构成的程序第3页，此课件共104页哦A+100032bit567

2、registerr1r3ALUR23R41000A=0opcoder1r1r35位5位5位5位Add r1,r2,r3;r1=r2+r3第4页，此课件共104页哦5.1 处理机的基本构成处理机的基本构成第5页，此课件共104页哦5.2 ALU的设计的设计算术运算逻辑运算加法运算减法运算逻辑与运算逻辑或运算第6页，此课件共104页哦第7页，此课件共104页哦5.3 寄存器堆的设计寄存器堆的设计opcoderdrs1rs25位5位5位5位Add r1,r2,r3;r1=r2+r3第8页，此课件共104页哦第9页，此课件共104页哦Rs1=00111Rs2=11110Rd=00001第10页，此课件

3、共104页哦第11页，此课件共104页哦000.1110001000111111105位5位5位5位Add r1,r2,r3;r1=r2+r3第12页，此课件共104页哦5.4 处理机的数据路径处理机的数据路径取指令电路算术逻辑操作电路存储器访问电路转移控制电路第13页，此课件共104页哦5.4.1 取指令电路取指令电路第14页，此课件共104页哦5.4.2 算术逻辑操作电路算术逻辑操作电路opcoderdrs1rs232位5位5位5位5位Add r1,r2,r3;r1=r2+r3Rs=register sourceRd=register destination第15页，此课件共104页哦寄存

4、器寻址寄存器寻址第16页，此课件共104页哦opcoderdrs1立即数寄存器寄存器立即数寻址立即数寻址第17页，此课件共104页哦图图5.9和图和图5.8的结合的结合第18页，此课件共104页哦5.4.3 存储器访问电路存储器访问电路opcoderdrs1load:opcoders1store:rs2第19页，此课件共104页哦寄存器寻址寄存器寻址opcoderdrs1load:opcoders1store:rs2第20页，此课件共104页哦opcoderdrs1load:opcoders1store:ImmediaterdImmediate第21页，此课件共104页哦opcoderdrs1

5、load:opcoders1store:rs2rs2rd第22页，此课件共104页哦opcoders1store:rs2rd第23页，此课件共104页哦opcoders1store:rs2rd第24页，此课件共104页哦5.4.4 转移控制电路转移控制电路opcodecondDisplacementbranch:opcoders1jump:rs2rdopcoders1jump:rdImmediate第25页，此课件共104页哦opcodecondDisplacementbranch:cond?pc=pc+1pc=pc+Disp.YN第26页，此课件共104页哦opcoders1jump:rs2

6、rd1.pcrd2.rs1+rs2pc第27页，此课件共104页哦opcoders1jump:rs2rdopcoders1jump:rdImmediate第28页，此课件共104页哦opcodecondDisplacementbranch:第29页，此课件共104页哦Add rd,rs1,rs2;addi rd,rs1,immediate第30页，此课件共104页哦5.4.5 总体数据路径见图5.18可执行的指令见表5.3第31页，此课件共104页哦5.5单周期处理机的控制部件设计处理机的指令系统和指令格式第32页，此课件共104页哦第33页，此课件共104页哦5.5.1 控制信号定义ALUO

7、P:SELSTSELIMME:SELBRANCHSELLOAD:WRITEPC:WRITEZEROWRITEREGWRITEMEM第34页，此课件共104页哦5.5.2 处理机执行指令的步骤ALU指令load/store指令转移指令取指令、译码、执行。第35页，此课件共104页哦ALU指令Opcode rd,rs1,rs2Opcode rd,rs1,immeIF-IDEXEWBAddi rd,rs1,imme第36页，此课件共104页哦load/store指令Load rd,rs1,imme;store rd,rs1,imme;IF,ID,EXE,READ,WBIF,ID,EXE,WRITE第

8、37页，此课件共104页哦转移指令bne dispbeq dispbranch disp第38页，此课件共104页哦5.5.3 控制信号的产生ALUOP0=or+ori+sub+subiALUOP1=add+addi+sub+subi+load+store第39页，此课件共104页哦ALUOP0=O5O4O3O1ALUOP1=O5O4O3O2+O5O4O3O2O1第40页，此课件共104页哦其它控制信号第41页，此课件共104页哦SELST=storeSELIMME=andi+ori+addi+subi+load+storeSELBRANCH=bneZERO+beqZERO+branchSEL

9、LOAD=loadWRITEZERO=and+andi+or+ori+addaddi+sub+subiWRITEREG=and+andi+or+ori+add+addi+sub+subi+loadWRITEMEM=storeWRITEPC=1第42页，此课件共104页哦Store rd,rs1,imme第43页，此课件共104页哦5.5.4 单周期处理机的缺点T=ICPITPCI:是程序执行时的动态指令条数。CPI:是每条指令执行所需周期的平均值。TPC:每个周期的时间长度。第44页，此课件共104页哦5.6 多周期处理机的控制部件设计第45页，此课件共104页哦多周期处理机的控制部件设计第4

10、6页，此课件共104页哦第47页，此课件共104页哦1 cycle IF第48页，此课件共104页哦2 cycle ID第49页，此课件共104页哦3 cycle EXE第50页，此课件共104页哦4 cycle R/W memory第51页，此课件共104页哦第52页，此课件共104页哦5 cycle WBOperations Signals第53页，此课件共104页哦第54页，此课件共104页哦第55页，此课件共104页哦Op rd,rs1,rs2op rd,rs1,immediateLoad rd,rs1,immestore rd,rs1,immeclk第56页，此课件共104页哦Op

11、rd,rs1,rs2op rd,rs1,immediateLoad rd,rs1,immestore rd,rs1,imme第57页，此课件共104页哦第58页，此课件共104页哦第59页，此课件共104页哦第60页，此课件共104页哦第61页，此课件共104页哦第62页，此课件共104页哦第63页，此课件共104页哦5.7 微程序控制5.7.0 微程序控制概念5.7.1 微程序控制电路结构5.7.2 微指令字段定义5.7.3 微程序设计第64页，此课件共104页哦5.7.0 微程序控制概念微程序控制概念pcpc第65页，此课件共104页哦第66页，此课件共104页哦WRITEPC SELLD

12、ST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 1 0 0 1 1/0 1/0 0 1 10 10 0IF(S0)第67页，此课件共104页哦5.7.1 微程序控制电路结构WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 1 0 0 1 1/0 1/0 0 1 10 10 0IF(S0)第68页，此课件共104页哦第69页，此课件共104页哦WRITEPC SELLDS

13、T WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 1 0 0 1 1/0 1/0 0 1 10 10 0IF(S0)ID(S1)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO BT 1/0 0 0 1/0 0 0 1 11 10 0ALU EXE(S2)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELA

14、LUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1/0 0 0 1/0 0 0 0 00 OP1OP0 0BT=branch+bneZERO+beqZEROALU WB(S6)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1/0 0 0 0 0 1 0 00 OP1OP0 1ALU EXE(S3)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP

15、WRITEZERO 0 1/0 0 0 1/0 0 0 0 01 OP1OP0 0ALU WB(S7)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1/0 0 0 0 1/0 1 0 01 OP1OP0 1第70页，此课件共104页哦 LOAD EXE(S4)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1 0 0 1 1/0 0

16、 0 01 10 0 LOAD MEM(S8)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1 0 0 1 1/0 0 0 01 10 0 LOAD WB(S10)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1 0 0 1 1/0 1 0 01 10 0 STORE EXE(S5)WRITEPC SELLDST WRITEMEM

17、 WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1 0 0 1/0 1 0 0 01 10 0 STORE MEM(S9)WRITEPC SELLDST WRITEMEM WRITEIR SELLOAD SELST WRETEREG SELALUA SELALUB ALUOP WRITEZERO 0 1 1 0 1/0 1 0 0 01 10 0第71页，此课件共104页哦加1无条件转移散转条件转移微程序计数器值的改变第72页，此课件共104页哦第73页，此课件共104页哦5.7.2 微指令字段定义 Q2 AL

18、UOP S1 S2 ALUDest MemAdr MemDest Dispatch JAddr 微操作信号微操作信号微地址产生方式目标微地址（13位）（2位）（logMc位）第74页，此课件共104页哦取指微指令取指微指令译码微指令译码微指令散转表散转表ALU EXE微指令微指令ALU WB微指令微指令LOAD EXE微指令微指令LOAD MEM微指令微指令LOAD WB微指令微指令STORE EXE微指令微指令STORE MEM微指令微指令转转移移微微指指令令Add r1,r2,r3;Addi r1,r2,234;Load r1,r2,44;Store r1,r3,45;Branch 222

19、2;第75页，此课件共104页哦第76页，此课件共104页哦第77页，此课件共104页哦第78页，此课件共104页哦第79页，此课件共104页哦5.7.3 微程序设计Add Q2 ALUOP S1 S2 ALUDest MemAdr MemDest Dispatch JAddrFetch add pc 1 pc pc IR Next rs2 Table第80页，此课件共104页哦第81页，此课件共104页哦第82页，此课件共104页哦第83页，此课件共104页哦第84页，此课件共104页哦第85页，此课件共104页哦5.8 异常事件处理什么是异常?异常事件处理第86页，此课件共104页哦5.8

20、.1 什么是异常?异常:指令执行过程中,由于操作非法或指令非法引起的 事件.如:除数为零,结果上溢,指令码没有定义等.异常改变处理机正常指令的执行次序,但它与转移指令又有本质的区别.转移指令是计划好的转移事件,而异常是随机事件.第87页，此课件共104页哦第88页，此课件共104页哦5.8.2 异常事件处理异常事件的处理:1.异常事件的检测,即当异常事件发生时 应能让处理机知晓.2.处理机应有相应的硬件机制，实现 向异常事件处理程序的转移及处理完 毕后返回到用户程序。第89页，此课件共104页哦用户正常程序异常处理程序异常产生硬件自动检测到硬件实现转移到处理程序入口硬件返回到用户正常程序断点第

21、90页，此课件共104页哦确定异常处理程序入口的方法查询法向量法第91页，此课件共104页哦异常处理程序 仅一个入口读处理机状态处理类型1异常处理程序处理类型2异常处理程序处理类型3异常处理程序查询法第92页，此课件共104页哦向量法：为了能尽快地处理异常事件，也可以用向量 转移的办法，直接转向相应的处理程序去执行。可以为不同类型的异常事件指定一个向量，向量的位数依异常事件的种类数而定。如：8种类型的异常事件，可以使用3位向量 来区别它们。异常类型 向量 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111第93页，此课件共104页哦基 址向 量000

22、0固定或由指令设定由2nn的编码器确定处理程序入口的间隔第94页，此课件共104页哦001100000011010000111000001111004个字节，一条转移指令第95页，此课件共104页哦关键问题：PC值的保存与恢复1 PC 通用寄存器2 PC 专用EPC3 PC 内存堆栈第96页，此课件共104页哦第97页，此课件共104页哦第98页，此课件共104页哦第99页，此课件共104页哦第100页，此课件共104页哦异常事件出现：EXC=Overflow+InvaildV0=InvaildOverflow=P63第101页，此课件共104页哦判别溢出方法判别溢出方法AsBsSsAsBsSs溢出溢出AsBsSs第102页，此课件共104页哦关键问题关键问题1.异常是如何被硬件检测的？2.硬件是如何保存断点的？3.硬件是如何转移到相应异常处理程序入口的？4.硬件是如何恢复断点的？第103页，此课件共104页哦第104页，此课件共104页哦