lw, sw add, sub, and, or, slt beq, j

Transcrição

1 Datapath and Control Queremos implementar o MIPS Instruções de referência à memória: lw, sw Instruções aritméticas e lógicas: add, sub, and, or, slt Controle de fluxo: beq, j

2 Cinco passos de execução Busca de instrução Decodificação de Instrução e busca de registradores Execução Acesso a Memória ou finalização das instruções tipo-r Write-back (em breve)

3 1) Fetch (Busca) A unidade de memória recebe um endereço e devolve a instrução Program counter Um somador para calcular o próximo endereço

4 2) Decode Instruction & Fetch Registers Não sabemos ainda que instrução é, mas podemos especular : Podemos buscar os registradores e das instruções Quais instruções não precisam essa informação? Branch bits 0-15

5 Formatos Register format 0 rs rt rd shamt funct 0 rs rt rd shamt funct Immediate format op-code rs rt immediate value op-code rs rt immediate value Jump format op-code op-code bit bit current current segment segment address address 6 26

6 3) Execução Execução (dependendo da instrução) Calcula um endereço de memória(lw and sw) Calcula um resultado aritmético (int ops) Compara e ajusta o PC Os registradores são utilizados como entrada da ULA

7 ULA A saída da ULA é: Gravada em um registrador (arithmetic-logical instructions) Usada como endereço (load and store instructions) Determinar a próxima instrução (branch instructions)

8 4) Acesso à Memória ou Completar instruções R-Type Nas instruções load e store o endereço ALU_Out é usado para referênciar a memória Nas instruções lógico-aritméticas deve escrever o resultado no registrador destino

9 5) Write-Back Instruções de Load são completadas escrevendo de volta (writing back) o valor da memória

10 Datapath simplificado Data PC Address Instruction Registers ALU Instruction memory Register # Register # Register # Address Data memory Data Dois tipos de unidades Elementos que operam em valores de dados (combinacional) Elementos que contém estados (sequencial)

11 Combinacional e Sequencial A ULA é combinacional Outros elementos não são combinacionais, eles mantém um estado Um elemento com algum armazenamento interno é chamado de elemento de estado Elemento de estados tem pelo menos duas entradas dado clock (determina quando o dado é escrito)

12 Metodologia de Clocking Temos que decidir quando um sinal pode ser lido ou escrito Nós assumimos uma estratégia de disparo por borda (edge-triggered clocking strategy) Todos os elementos de armazenamento são atualizado na transição para baixou ou para cima da borda falling edge cycle time rising edge

13 Síncrono Execução típica Ler o conteúdo de algum elemento de estado Enviar os valores para alguma lógica combinacional Escrever os resultado em algum elemento de estado State element 1 Combinational logic State element 2 Clock cycle

14 D-latch Duas entradas: Valor a ser armazenado (D) Clock (C) indicando quando ler e armazenar D Duas saídas: O valor do estado interno (Q) e seu complemento C Q D D _ Q C Q

15 D flip-flop Saída só muda na transição para baixo D D C D latch Q D C D latch Q _ Q Q _ Q D C C Q

16 Até agora Vamos usar D-flip flops para construir o banco de registradores Vamos construir o datapath Capítulo 4, Appendix B

17 Instruction Fetch Instruction address Instruction PC Add Sum Instruction memory a. Instruction memory b. Program counter c. Adder Usar o PC para encontrar a nova instrução PC = PC + 4

18 Instruction Fetch + PC update

19 R-Format Register format op-code rs rt rd shamt funct op-code rs rt rd shamt funct op: basic operation of instruction funct: variant of instruction rs: first register source operand rt: second register source operand rd: register destination operand shamt: shift amount

20 Implementando Instruções R-Format Register numbers Data 5 Read 3 register Read register 2 Registers Write register Write data Read data 1 Read data 2 Data ALU control Zero ALU ALU result RegWrite a. Registers b. ALU Operações formato R da ULA precisam do banco de registradores E uma ULA, claro

21 Banco de Registradores Read register number 1 Read register number 2 Register file Write register Write data Write Read data 1 Read data 2 Usando D flip-flops (mas não vamos tratar destes detalhes)

22 Implementando Loads e Stores MemWrite Address Write data Data memory Read data 16 Sign 32 extend MemRead a. Data memory unit b. Sign-extension unit Banco de Registradores, ULA, Unidade de memória de dados, unidade de extensão de sinal

23 Datapath para load e store 1. Acessa registradores 2. Cálculo de endereço de memória 3. Escrever ou ler na memória 4. Se load escrever no banco de registrador

24 branch target = PC (sign extended 16 bits)>>2 Datapath para um Branch Usa a ULA para a condição do branch e outro somador para o branch