计算机组成原理 第6章 CU的功能及设计.ppt

第六章 CU的功能和设计 6.1 操作命令的分析 6.1 操作命令的分析 6.2 控制单元的功能 6.3 组合逻辑设计 6.4 微程序设计 5.3 指 令 流 水 (4) 微指令字长的确定 1 条 18 条 38 条微指令中有 19 条 是关于后继微指令地址 CMAR OP ( IR ) CMAR Ad ( CMDR ) CMAR 其中 若用 Ad ( CMDR ) 直接送控存地址线 则 省去了打入 CMAR 的时间，省去了 CMAR 同理 OP ( IR ) 微地址形成部件 控存地址线 可省去 19 条微指令，2 个微操作 38 － 19 ＝ 19 下地址字段最少取 5 位 20 － 2 ＝ 18 操作控制字段最少取 18 位 6.4 18位 考虑留有一定的余量 取操作控制字段 下地址字段 5位 共30位 (6) 定义微指令操作控制字段每一位的微操作 0 1 2 23 24 29 … … 24位 6位 6.4 多路选择 OP IR 下地址 控制存储器 … CMDR 控制信号 微地址 形成部件 (5) 省去了 CMAR 的控制存储器 3. 编写微指令码点 1 1 16 LDA 12 1 11 ADD 1 10 04 COM 03 CLA 1 1 1 01 1 1 00 微指令 地址 (八进制) 微程序 名称 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 微指令（二进制代码） 操作控制字段 下地址字段 1 17 0 0 1 0 0 0 取指 02 20 × × × × × × 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 6.4 27 26 25 24 23 10 4 3 2 1 29 28 0 … … 1 一、如何提高机器速度 1. 提高访存速度 2. 提高 I/O 和主机之间的传送速度 提高整机处理能力 高速芯片 Cache 多体并行 多总线 DMA I/O 处理机 通道 高速器件 改进系统结构 ，开发系统的并行性 中断 3. 提高运算器速度 高速芯片 改进算法 快速进位链 二、系统的并行性 时间上互相重叠 2. 并行性的等级 指令级（指令之间） 过程级（程序、进程） 两个或两个以上事件在 同一时刻 发生 两个或两个以上事件在 同一时间段 发生 并行 1. 并行的概念 粗粒度 软件实现 细粒度 硬件实现 并发 同时 5.3 取指令 3 执行指令 3 三、指令流水原理 2. 指令的二级流水 1. 指令的串行执行 取指令 取指令部件 完成 总有一个部件 空闲 指令预取 若 取指 和 执行 阶段时间上 完全重叠 指令周期 减半 速度提高 1 倍 … 执行指令 执行指令部件 完成 取指令 1 执行指令 1 取指令 2 执行指令 2 取指令 3 执行指令 3 取指令 2 执行指令 2 取指令 1 执行指令 1 5.3 必须等 上条 指令执行结束，才能确定 下条 指令的地址 造成时间损失 3. 影响指令流水效率加倍的因素 (1) 执行时间 取指时间 (2) 条件转移指令 对指令流水的影响 解决办法 ？ 取指令 部件 指令部件 缓冲区 执行指令 部件 猜测法 5.3 三、组合逻辑设计步骤 1. 列出操作时间表 T2 T1 T0 FE 取指 JMP LDA SAT ADD COM CLA 微操作命令信号 状态条件 节拍 工作周期标记 PC MAR 1 R M(MAR) MDR ( PC ) +1 PC MDR IR OP( IR ) ID 1 IND 1 EX I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.3 三、组合逻辑设计步骤 1. 列出操作时间表 T2 T1 T0 IND 间址 JMP LDA SAT ADD COM CLA 微操作命令信号 状态条件 节拍 工作周期标记 Ad (IR) MAR 1 R M(MAR) MDR MDR Ad (IR) 1