АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция...
Transcript of АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция...
![Page 1: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/1.jpg)
АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ
Лекция 5: Уровень микроархитектуры
ВМиК МГУ им. М.В. Ломоносова, Кафедра АСВК
Чл.-корр., профессор, д.ф.-м.н. Королёв Л.Н.,
Ассистент Волканов Д.Ю.
![Page 2: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/2.jpg)
2
План лекции
• Организация АЛУ
• Основные оптимизации быстродействия
• Примеры микроархитектур
![Page 3: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Уровни архитектуры
• Цифровой логический уровень
• Уровень микроархитектуры
• Уровень архитектуры набора команд
• Уровень операционной системы
• Уровень ассемблера
![Page 4: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Тракт данных Входные сигналы • F0 и F1 задание операции; • ENA и ENB для разрешения входных сигналов • INVA – инверсия левого хода • INC – перенос бита в младший разряд
![Page 5: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/5.jpg)
7
Сигналы управления
• 9 сигналов для записи данных с шины С в регистры;
• 9 сигналов для разрешения передачи регистров на шину B и в АЛУ;
• 8 сигналов для управления АЛУ и схемой сдвига;
• 2 сигнала, кот. указывают, что нужно осуществить
запись или чтение через MAR/MDR
• 1 сигнал, кот. указывает, что нужно осуществить
вызов из памяти через регистры PC/MBR
![Page 6: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/6.jpg)
8
Цикл тракта данных
• Передача зн-ий рег-ров на шину B
• Прохождение этих сигналов через АЛУ и схему сдвига
• Передача полученных рез-тов на шину C
• Запись их в нужные регистры
• (*) считывание данных из памяти.
![Page 7: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/7.jpg)
9
Микрокоманда
• Addr – адрес след. команды;
• JAM – определение того, как выбирается след. команда;
• ALU – ф-ции АЛУ и схемы сдвига;
• C – выбор регистров, кот. записываются с шины C;
• Mem – ф-ции памяти;
• B – выбор источника для шины B
![Page 8: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/8.jpg)
10
Полная диаграмма The Mic-1
![Page 9: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/9.jpg)
11
Основные оптимизации (1)
• Снижение количества микрокоманд
• 3-шинная архитектура
• Блок выборки команд
• Упреждающая выборка команд
• Конвейер
![Page 10: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/10.jpg)
12
Основные оптимизации (2)
• Переупорядочивание микрокоманд
• Подмена регистров
• Прогнозирование ветвлений
• Спекулятивное выполнение
![Page 11: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/11.jpg)
13
Снижение количества микрокоманд
![Page 12: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/12.jpg)
14
3-шинная архитектура
![Page 13: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/13.jpg)
15
Блок выборки команд
A fetch unit for the Mic-1.
![Page 14: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/14.jpg)
16
Проблемы конвейра
• RAW- взаимосвязи
• WAR- взаимосвязи
• WAW- взаимосвязи
![Page 15: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/15.jpg)
17
Переименование регистров и переупорядочивание
микрокоманд
![Page 16: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/16.jpg)
18
Спекулятивное Выполнение
(a) Фрагмент программы.
(b) Блок схема.
![Page 17: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/17.jpg)
19
NetBurst Микроархитектура
![Page 18: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/18.jpg)
20
The NetBurst Конвейер
![Page 19: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/19.jpg)
21
Планировщики АЛУ
• АЛУ1 и блок смещения оп-ций с пл. точкой
• АЛУ2 и блок исполнения оп-ций с пл. точкой
• Команды загрузки
• Команды сохранения
![Page 20: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/20.jpg)
22
Микроархитектура UltraSPARC III Cu
![Page 21: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/21.jpg)
23
UltraSPARC III Cu конвейер
![Page 22: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/22.jpg)
24
Микроархитектура 8051 ЦПУ
![Page 23: АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5dimawolf/ArchEVM/Lection05.pdfАРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ Лекция 5: Уровень](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040902/5e73091190ae5438f4205f28/html5/thumbnails/23.jpg)
25
Спасибо за внимание!