第六章 CPU與控制器

1、去內(nèi)存取指令或取數(shù)據(jù)對(duì)各功能部件產(chǎn)生控制PSW地址形成部件時(shí)序部件OC譯碼器PC微操作信號(hào)產(chǎn)生器.ACOC第第1批批洗滌洗滌第第1批批清洗清洗第第1批批甩干甩干第第2批批洗滌洗滌第第2批批清洗清洗第第2批批甩干甩干第第3批批洗滌洗滌第第3批批清洗清洗第第3批批甩干甩干3批衣服的整個(gè)工作時(shí)間為批衣服的整個(gè)工作時(shí)間為3*3*5=45分鐘分鐘第二種：重疊工作方式，設(shè)計(jì)三個(gè)部件，可以同時(shí)工作，每個(gè)部件只做一樣工作，操作方式如下圖：第第1批洗滌批洗滌第第1批清洗批清洗第第1批甩干批甩干第第2批洗滌批洗滌 第第2批清洗批清洗第第2批甩干批甩干第第3批洗滌批洗滌第第3批清洗批清洗第第3批甩干批甩干Tdtdt

2、dtdtdt3批衣服的工作時(shí)間為6*5=30分鐘，節(jié)省15分鐘。引出下述關(guān)于洗衣機(jī)工作的有關(guān)性能特點(diǎn)：吞吐率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的任務(wù)數(shù)TP=n/T加速比：串行方式與流水線方式的時(shí)間比：上述為 45/30=1.5效率：即洗衣機(jī)的利用率，上述洗衣機(jī)的效率是9/15=3/5將一條指令的執(zhí)行分為幾個(gè)階段，讓幾條指令按流水將一條指令的執(zhí)行分為幾個(gè)階段，讓幾條指令按流水線工作。這就引出了計(jì)算機(jī)中的流水線技術(shù)。線工作。這就引出了計(jì)算機(jī)中的流水線技術(shù)。niiiitttT1(）執(zhí)行分析取指令取指令k 分析k 執(zhí)行k 取指令k+1 分析k+1執(zhí)行k+1取指 分析 執(zhí)行取指 分析 執(zhí)行取指 分析 執(zhí)行取指k+2 分析

3、k+2 執(zhí)行k+2取指k+1 分析k+1 執(zhí)行k+1取指k分析k執(zhí)行k取指令譯碼執(zhí)行保存結(jié)果t1t2t3t4取指形成操作數(shù)地址譯碼取操作數(shù)執(zhí)行保存結(jié)果分析k分析k+1 分析k+2 分析k+3執(zhí)行k執(zhí)行k+1 執(zhí)行k+2 執(zhí)行k+3時(shí)間空間0t1t2t3t4t5ED1時(shí)間空間0t1t2t3t4t5ED2 ED3 ED4 ED5EA1 EA2 EA3 EA4 EA5MA1 MA2 MA3 MA4 MA5NL1 NL2 NL3 NL4 NL5t6t7t8NL：規(guī)格化MA：尾數(shù)加EA：對(duì)階ED：求階差1時(shí)間空間S123 n-1 nS2S3S4123 n-1 n123 n-1 n123 n-1 nkt(

4、n-1) tnt(k-1)tTtnknTP) 1(nTPLimnknttmax() 11),max() 1(211kkiitttntnTP ),max(121maxktttTP S1輸入t1=tS2t2=3tS3t3=tS4t4=t輸出1時(shí)間空間S1S2S3S4Sti(n-1)t2Tk23 n123n123 n123 nS1輸入輸出tS2-1tS2-2tS2-3tS3tS4tS2(3t)S1輸入輸出t1=tS2-1S2-1S2-1S3S4t3=tt4=tt2=3t流水段重復(fù)設(shè)置的流水線1時(shí)間空間2 3nS1S2-14 5 614-2 -1n-225n-136n1 2 3n4 5 6-2 -11

5、 2 3n4 5 6-2 -1S2-2S2-3S3S41) 1(nknktnktnkSSLimk nknknmax1K=6K=10任務(wù)個(gè)數(shù)加速比10246811 248 16 32 64 128Snttntttiikiikk11121() max(, ,）kTkTknE0個(gè)流水段的總的時(shí)空區(qū)個(gè)任務(wù)占用的時(shí)空區(qū)1) 1(nkntnkktnkE11maxnknLimEn),max() 12111kkiikiitttntktnE （空區(qū)個(gè)流水段的總的加權(quán)時(shí)區(qū)個(gè)任務(wù)占用的加權(quán)時(shí)空knE ), ,max()121111nkiiikiIikiiitttntaatanE（kakii1tnknTP) 1(1n

6、knkS1nknE1時(shí)間空間2 3求階差45671 2 3 45671 2 3 45671 2 3 4567對(duì)階尾數(shù)加規(guī)格化加數(shù) A C E GA+BE+FB D F HC+DG+HA+B+C+DE+F+G+H結(jié)果A+BC+DE+FG+HA+B+C+DE+F+G+HZ ZttTnTPk147015787115740ttTTSk470154740ttTkTEkdbtak0在設(shè)計(jì)一條流水線時(shí)，可以根據(jù)該公式，在流水線的延遲時(shí)間t一定的情況下，通過調(diào)整流水線本身的價(jià)格a、瑣存器的延遲時(shí)間d和瑣存器的價(jià)格b來選擇最佳流水線段數(shù)k0.整數(shù)部件整數(shù)部件位操作浮點(diǎn)加乘法部件除法部件圖形部件圖形部件內(nèi)部總線讀

7、數(shù)存數(shù)部件通用寄存器堆擴(kuò)展寄存器堆目標(biāo)指令指令分配轉(zhuǎn)移部件數(shù)據(jù)Cache (8KB)指令Cache (8KB)系統(tǒng)總線32位地址總線32位數(shù)據(jù)總線超標(biāo)量處理機(jī)MC88110的結(jié)構(gòu)IF時(shí)鐘周期指令I(lǐng)1I2I3IDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWR123456單發(fā)射處理機(jī)的指令流水線時(shí)空?qǐng)DIF：取指令 ID：指令譯碼 EX：執(zhí)行指令 WR：寫回結(jié)果IFIDFA1 FA2 FA3MD1 MD2 MD3ALLS浮點(diǎn)加法部件乘除法部件定點(diǎn)ALU部件取數(shù)存數(shù)部件WR來自指令Cache通用寄存器后行寫數(shù)棧由4個(gè)操作部件組成的單發(fā)射處理機(jī)多發(fā)射處理機(jī)的指令流水線時(shí)空?qǐng)DIF時(shí)鐘周期指令I(lǐng)1I2I3IDEXWR123456I4I5I6IFIDEXWRI7I8I9IFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDFA1 FA2 FA3MD1