Slides_OEVM_final
.pdf
Лекция 3. Структура и функции
центрального процессора
Структура микропроцессора MPC604 (Motorola) BPU – блок обработки ветвлений.
SIU1, SIU2 – устройства выполнения простых одноцикловых целочисленных операций.
МIU – устройство выполнения сложных многоцикловых целочисленных операций.
FIU – устройство обработки чисел в формате с плавающей точкой.
LSU – блок выборки данных из памяти и загрузки в регистры данных GPR и FPR.
91
© С. Г. Мосин, 2007
Лекция 3. Структура и функции
центрального процессора
Цикл обработки машинной команды
Процесс обработки отдельной команды принято называть циклом обработки. Основные операции:
•Вычисление адреса команды (СчК = СчК + const);
•Извлечение команды (РгК = ОП[СчК] );
•Расшифровка кода операции;
•Вычисление адреса операнда;
•Извлечение операнда;
•Обработка данных;
•Сохранение результата;
•Обработка прерываний.
92
© С. Г. Мосин, 2007
Лекция 3. |
Структура и функции |
||||||
|
|
|
центрального процессора |
||||
Цикл обработки машинной команды |
|
||||||
Извлечение |
|
Извлечение |
|
Сохранение |
Анализ |
||
|
|
запросов |
|||||
команды |
|
|
операнда |
|
|
результата |
|
|
|
|
|
прерывания |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Несколько |
|
Несколько |
|
Запрос на |
|
|
|
операндов |
|
результатов |
прерывание |
||
Вычисление |
Расшифровка |
Вычисление |
|
Вычисление |
|
||
кода |
Обработка |
|
|||||
адреса |
|
адреса |
|
адреса |
Прерывание |
||
|
операции в |
|
данных |
||||
операнда |
|
операнда |
|
операнда |
|
||
|
команде |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выполнение команды завершено. |
Возврат при выполнении операций |
Нет запросов |
||||
|
Извлечь следующую команду. |
над строками или векторами |
|
на прерывание |
|||
© С. Г. Мосин, 2007 |
|
|
|
|
93 |
||
|
|
|
|
|
|||
Лекция 3. Структура и функции |
|
|
центрального процессора |
|
|
Цикл обработки машинной команды |
|
|
Поток данных на фазе извлечения машинной команды |
|
|
СчАК |
РгАдр |
|
|
Память |
|
|
УУ |
|
РгК |
РгД |
|
Процессор |
ША ШД ШУ |
94 |
© С. Г. Мосин, 2007 |
|
|
|
|
|
Лекция 3. Структура и функции |
|
|
центрального процессора |
|
|
Цикл обработки машинной команды |
|
|
Поток данных на фазе прерывания |
|
|
СчАК |
РгАдр |
|
|
Память |
|
|
УУ |
|
|
РгД |
|
Процессор |
ША ШД ШУ |
95 |
© С. Г. Мосин, 2007 |
|
|
|
|
|
Лекция 4. Конвейерная обработка
машинных команд
Повышение производительности
•За счет совершенствования элементной базы (переход к новой интегральной технологии, рост плотности размещения компонентов на единице площади кристалла, рост частоты).
•За счет рациональной организации процесса выполнения команд в компьютере (параллелизм, архитектурные решения: CISC и RISC).
96
© С. Г. Мосин, 2007
Лекция 4. Конвейерная обработка
машинных команд
Особенности архитектур RISC и CISC
CISC – компьютер с полным набором машинных команд; RISC – компьютер с сокращенным набором машинных команд.
|
Наименование |
CISC |
RISC |
1. |
Количество команд |
много |
мало |
2. |
Длина программы |
короткие |
длинные |
3. |
Формат команд |
сложный |
простой |
4. |
Выполнение команд |
за несколько циклов |
за цикл |
5. |
Скорость выполнения программы |
выше (?) |
ниже (?) |
6. |
Типы адресации |
сложные (КА) |
простые (Рг) |
7. |
Количество регистров |
мало |
много |
8. |
Устройство управления |
МПУ |
жесткая логика |
97
© С. Г. Мосин, 2007
Лекция 4. Конвейерная обработка
машинных команд
Конвейеризация вычислений
Конвейер имеет два независимых блока обработки – извлечения и выполнения команды.
Пока команда выполняется на втором блоке, первый блок может загружать следующую машинную команду.
Команда |
Команда |
Результат |
|
Извлечение |
Выполнение |
© С. Г. Мосин, 2007 |
|
98 |
|
|
Лекция 4. Конвейерная обработка
машинных команд
Конвейеризация вычислений
Причины снижения производительности конвейера:
•Время выполнения больше времени извлечения команды;
•В командах условного перехода нельзя заранее предсказать адрес следующей выполняемой команды.
Ожидание |
Новый адрес |
Ожидание |
Команда |
Команда |
Результат |
Извлечение |
|
Выполнение |
Аннулирование |
|
|
© С. Г. Мосин, 2007 |
|
99 |
|
|
|
Лекция 4. Конвейерная обработка
машинных команд
Конвейеризация вычислений
Для достижения быстродействия конвейера необходимо:
•разделить ЦОК на большее количество независимых этапов;
•время выполнения команды на каждом этапе одинаково (такт конвейера).
ti ≈ const
100
© С. Г. Мосин, 2007