计算机组成原理五章(共104张)

计算机组成原理五章第一页，共104页。第二页，共104页。100loop:loadr3,0(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,addir4,r4,4;存储器地址加4,指向下一个存储器字108addr1,r1,r3;累加,累加和放在r1中112subir2,r2,1;计数器减1116bner2,loop;若计数器不为0,则转移到loop处继续执行120storer1,0(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第三页，共104页。A+100032bit567registerr1r3ALUR23R41000A=0opcoder1r1r35位5位5位5位Addr1,r2,r3;r1=r2+r3第四页，共104页。5.1处理机的基本构成第五页，共104页。5.2ALU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六页，共104页。第七页，共104页。5.3寄存器堆的设计opcoderdrs1rs25位5位5位5位Addr1,r2,r3;r1=r2+r3第八页，共104页。第九页，共104页。Rs1=00111Rs2=11110Rd=00001第十页，共104页。第十一页，共104页。000..1110001000111111105位5位5位5位Addr1,r2,r3;r1=r2+r3第十二页，共104页。5.4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十三页，共104页。5.4.1取指令电路第十四页，共104页。5.4.2算术逻辑操作电路opcoderdrs1rs232位5位5位5位5位Addr1,r2,r3;r1=r2+r3Rs=registersourceRd=registerdestination第十五页，共104页。寄存器寻址第十六页，共104页。opcoderdrs1立即数寄存器—立即数寻址第十七页，共104页。第十八页，共104页。5.4.3存储器访问电路opcoderdrs1load:opcoders1store:rs2第十九页，共104页。寄存器寻址opcoderdrs1load:opcoders1store:rs2第二十页，共104页。opcoderdrs1load:opcoders1store:ImmediaterdImmediate第二十一页，共104页。opcoderdrs1load:opcoders1store:rs2rs2rd第二十二页，共104页。opcoders1store:rs2rd第二十三页，共104页。opcoders1store:rs2rd第二十四页，共104页。5.4.4转移控制电路opcodecondDisplacementbranch:opcoders1jump:rs2rdopcoders1jump:rdImmediate第二十五页，共104页。opcodecondDisplacementbranch:cond?pc=pc+1pc=pc+Disp.YN第二十六页，共104页。opcoders1jump:rs2rdrd2.rs1+rs2pc第二十七页，共104页。opcoders1jump:rs2rdopcoders1jump:rdImmediate第二十八页，共104页。opcodecondDisplacementbranch:第二十九页，共104页。Addrd,rs1,rs2;addird,rs1,immediate第三十页，共104页。5.4.5总体数据路径第三十一页，共104页。处理机的指令系统和指令格式第三十二页，共104页。第三十三页，共104页。5.5.1控制信号定义ALUOP:SELSTSELIMME:SELBRANCHSELLOAD:WRITEPC:WRITEZEROWRITEREGWRITEMEM第三十四页，共104页。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。第三十五页，共104页。ALU指令Opcoderd,rs1,rs2Opcoderd,rs1,immeIF-IDEXEWBAddird,rs1,imme第三十六页，共104页。load/store指令Loadrd,rs1,imme;storerd,rs1,imme;IF,ID,EXE,READ,WBIF,ID,EXE,WRITE第三十七页，共104页。转移指令bnedispbeqdispbranchdisp第三十八页，共104页。5.5.3控制信号的产生ALUOP0=or+ori+sub+subiALUOP1=add+addi+sub+subi+load+store第三十九页，共104页。ALUOP0=O5O4O3O1ALUOP1=O5O4O3O2+O5O4O3O2O1第四十页，共104页。其它控制信号第四十一页，共104页。SELST=storeSELIMME=andi+ori+addi+subi+load+storeSELBRANCH=bneZERO+beqZERO+branchSELLOAD=loadWRITEZERO=and+andi+or+ori+add＋addi+sub+subiWRITEREG=and+andi+or+ori+add+addi+sub+subi+loadWRITEMEM=storeWRITEPC=1第四十二页，共104页。Storerd,rs1,imme第四十三页，共104页。5.5.4单周期处理机的缺点T=I×CPI×TPCI: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。第四十四页，共104页。5.6多周期处理机的控制部件设计第四十五页，共104页。多周期处理机的控制部件设计第四十六页，共104页。第四十七页，共104页。1cycleIF第四十八页，共104页。2cycleID第四十九页，共104页。3cycleEXE第五十页，共104页。4cycleR/Wmemory第五十一页，共104页。第五十二页，共104页。如：8种类型的异常事件，可以使用3位向量Displacement异常类型向量ALUOP0=or+ori+sub+subiDisplacementOprd,rs1,rs2第四十页，共104页。第十九页，共104页。EXC=Overflow+Invaild第二十九页，共104页。第五十页，共104页。Overflow=P63第四十七页，共104页。IF,ID,EXE,WRITE第五十四页，共104页。BT1/0001/0001111005cycleWBOperationsSignals第五十三页，共104页。第五十四页，共104页。第五十五页，共104页。Oprd,rs1,rs2oprd,rs1,immediateLoadrd,rs1,immestorerd,rs1,immeclk第五十六页，共104页。Oprd,rs1,rs2oprd,rs1,immediateLoadrd,rs1,immestorerd,rs1,imme第五十七页，共104页。第五十八页，共104页。第五十九页，共104页。第六十页，共104页。第六十一页，共104页。第六十二页，共104页。第六十三页，共104页。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微程序设计第六十四页，共104页。5.7.0微程序控制概念pcµpc第六十五页，共104页。第六十六页，共104页。WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

10011/01/00110100IF(S0)第六十七页，共104页。5.7.1微程序控制电路结构WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

10011/01/00110100IF(S0)第六十八页，共104页。第六十九页，共104页。WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

10011/01/00110100IF(S0)ID(S1)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

BT1/0001/000111100ALUEXE(S2)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

01/0001/000000OP1OP00BT=branch+bneZERO+beqZEROALUWB(S6)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

01/000001000OP1OP01ALUEXE(S3)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

01/0001/000001OP1OP00ALUWB(S7)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

01/00001/01001OP1OP01第七十页，共104页。LOADEXE(S4)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

010011/00001100LOADMEM(S8)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

010011/00001100LOADWB(S10)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

010011/01001100STOREEXE(S5)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

01001/010001100STOREMEM(S9)WRITEPCSELLDSTWRITEMEMWRITEIRSELLOADSELSTWRETEREGSELALUASELALUBALUOPWRITEZERO

01101/010001100第七十一页，共104页。加1无条件转移散转条件转移微程序计数器值的改变第七十二页，共104页。第七十三页，共104页。5.7.2微指令字段定义Q2ALUOPS1S2ALUDestMemAdrMemDestDispatch

JAddr

微操作信号微地址产生方式目标微地址（13位）（2位）（logMc位）第七十四页，共104页。取指微指令译码微指令散转表ALUEXE微指令ALUWB微指令LOADEXE微指令LOADMEM微指令LOADWB微指令STOREEXE微指令STOREMEM微指令转移微指令Addr1,r2,r3;Addir1,r2,234;Loadr1,r2,44;Storer1,r3,45;Branch2222;第七十五页，共104页。第七十六页，共104页。第七十七页，共104页。第七十八页，共104页。第七十九页，共104页。5.7.3微程序设计AddQ2ALUOPS1S2ALUDestMemAdrMemDestDispatchJAddrFetchaddpc1pcpcIRNextrs2Table第八十页，共104页。第八十一页，共104页。第八十二页，共104页。第八十三页，共104页。第八十四页，共104页。第八十五页，共104页。5.8异常事件处理什么是异常?异常事件处理第八十六页，共104页。5.8.1什么是异常?

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.

第八十七页，共104页。第八十八页，共104页。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。第八十九页，共104页。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九十页，共104页。确定异常处理程序入口的方法查询法向量法第九十一页，共104页。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