Projeto do processador com ciclo longo

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1 rojeto do proessdor om ilo longo Um ilo de relógio por ução d reuo do iruito de ddos usdo só um vez por ução reuos que são usdos mis de um vez devem ser replidos ino pssos de projeto: nálise do onjunto de uções r fluxo de ddos 2 seleção de omponentes 3 iruito de ddos nálise do iruito de ddos r fluxo de ontrole 5 iruito de ontrole UFR I proessdor ilo longo rojeto de U em 5 pssos nlise o onj de intruções = requisitos de projeto semânti ds uções omo trnsferênis de registrdores iruito deve onter rmzores pr registrdores do di iruito de ddos deve permitir tods s trnsferênis 2 seleione omponentes e esteleç metodologi de ronizção 3 onstru o iruito de ddos que stisfç os requisitos de () nlise s uções pr determinr os pontos de ontrole que fetm s trnsferênis de registrdores 5 projete lógi de ontrole UFR I proessdor ilo longo 2 Formto ds uções do MIS tipo R 6 rd shm fun tipo I imed tipo J er 6 26 operção d ução (ode) rd nome dos registrdores fonte e destino shm shift mount fun seleion vrinte d operção em imed deslomento no ereço, ou imedito/onstnte er destino d ução jump UFR I proessdor ilo longo 3

2 rimeiro psso: suonjunto do di do MIS us us op : : : rd : shm : fun M[] op : : : imed M[] ução desrição ddu rd,, R[rd] R[]+R[]; + suu rd,, R[rd] R[] R[]; + ori,,im6 R[] R[] zext(im6); + lw,de6() R[] M[ R[] + sext(de6) ]; + sw,de6() M[ R[] + sext(de6) ] R[]; + eq,,de6 if (R[] R[]) ++{sext(de6),} else + UFR I proessdor ilo longo o psso (ont): requisitos do di Memóri um pr uções + um pr ddos registrdores (32 de 32its) ler RS ler RT esrever RT ou RD expnsor do sinl/zero (pr imedito) +,, registrdor, registrdor/imedito extido som ou imedito extido o UFR I proessdor ilo longo 5 Segundo psso: omponentes do proessdor Elementos ominionis unidde de lógi e ritméti somdor seletor, multiplexdor Elementos de estdo ul som S fun Metodologi de ronizção mux Y sel UFR I proessdor ilo longo 6

3 2 o psso: omponentes do proessdor Elementos ominionis Elementos de estdo registrdor similr o FF-D om N-its de entrd/síd hilitção de esrit expĺıit hesr= Q não mud hesr= Q torn-se D n ord ontdor de progrm () no de registrdores memóri de uções memóri de ddos Metodologi de ronizção ilo longo hesr D Q hesr D Q D reg Q hesr UFR I proessdor ilo longo 7 2 o psso: no de registrdores 32 registrdores de 32 its dois rrmentos de síd: e um rrmento de entrd: ereçmento le- seleion reg pr síd le- seleion reg pr síd es- sele destino do vlor em tuliz n ord somente se h= leitur é ominionl : le-, válido vlor estável n h síd pós tempo de esso le- le- es- sel 5:32 $ $ $ $ $2 $3 $3 $3 sel 5:32 $ $ $3 $3 sel 5:32 $ $ $3 $3 $29 $3 $3 UFR I proessdor ilo longo 8 2 o psso: memóri memóri de uções memóri de ddos er er ddo M[] ddoleit I M[] ução ddoesr h M[] ddo Memóri idelizd: leitur ominionl : ereço estável síd estável pós tempo de esso esrit sínron: tuliz posição ereçd n ord do relógio se h= UFR I proessdor ilo longo 9

4 2 o psso: metodologi de ronizção setup hold setup hold T reg minho rítio período [ T reg + minho rítio + setup + skew ] [ T reg + minho mis uo skew ] > hold UFR I proessdor ilo longo 2 2 o psso: metodologi de ronizção setup hold setup hold T reg minho rítio setup entrds dos FFs estáveis ntes d ord hold entrds dos FFs estáveis depois d ord skew diferenç de tempo entre s ords do relógio nos vários pontos do iruito (velo 2m/ns) UFR I proessdor ilo longo 2 o psso: metodologi de ronizção Elementos ominionis Elementos de estdo Metodologi de ronizção ilo longo prâmetros de temporizção: setup, hold, skew reg Q hesr D hesr D Q hesr D Q UFR I proessdor ilo longo

5 Tereiro psso us de uções mud d pulso do relógio do proessdor onteúdo de index memóri de uções pós tempo de esso à memóri, nov ução disponível 5 UFR I proessdor ilo longo 3 3 o psso operções lógis e ritmétis ddu $, $2, $3 # $ <- $2 + $3 rd shm fun $2 $3 $ registrdores operul UL UFR I proessdor ilo longo 3 o psso operção lógi om imedito ori $, $2, im6 # $ <- $2 OR zext(im6) $2 $ OR im6 registrdores UL 6 32 zero-ext UFR I proessdor ilo longo 5

6 3 o psso operção de esso à memóri: LW lw $8, de6($5) # $8 <- M[sExt(de6) + $5] de6 UL operul memddos leddos registrdores esddos 6 32 extsinl desl > : {x,x7nnn} desl < : {xffff,x8nnn} UFR I proessdor ilo longo 6 3 o psso operção de esso à memóri: SW sw $8, de6($5) # M[sExt(de6) + $5] <- $8 de6 UL operul memddos leddos registrdores esddos 6 32 extsinl desl > : {x,x7nnn} desl < : {xffff,x8nnn} UFR I proessdor ilo longo 7 3 o psso desvio ondiionl eq $, $2, de6 # if ($==$2) <- + + sext(de6)<<2 prox 2 2 de6 $ $2 registrdores UL su igul 6 32 extsinl UFR I proessdor ilo longo 8

7 o psso fluxo de ontrole: SW Instr M I regs TsMemI TpropLU sw r, 6(r2) M D TsMD WR TRegs novo novo velho velho esrit em MD UFR I proessdor ilo longo 2 Quo psso fluxo de ontrole: DDU TsMem TpropLU TsRegs dd r, r2, r3 Instr, setup novo velho velho novo M I regs esrit oorre qui UFR I proessdor ilo longo 2 3 o psso iruito de ddos ompleto rd sh fun β δ esddos memddos leddos registr operul lu reg igul sel prox extsinl 6 32 UL UFR I proessdor ilo longo 9

8 o psso fluxo de ontrole: LW Instr TsMemI TRegs M I velho velho TpropLU regs lw r, (r2) novo TsMD RD novo setup esrit em regs M D UFR I proessdor ilo longo 22 o psso: suonjunto do di do MIS tipo R 6 rd shm fun tipo I tipo J imed er 6 26 op : : : rd : shm : fun M[] op : : : imed M[] ddu rd,, R[rd] R[]+R[]; + suu rd,, R[rd] R[] R[]; + ori,,im6 R[] R[] zext(im6); + lw,de6() R[] M[ R[] + sext(de6) ]; + sw,de6() M[ R[] + sext(de6) ] R[]; + eq,,de6 ((R[] R[])? ++{sext(de6),} : +) UFR I proessdor ilo longo 23 o psso iruito de ontrole () us ução & inrement ontdor de progrm INST := Mem[]; / registrdor de ução / + ; 2 Deodifição de ução & esso registrdores Reg[INST[252]]; / entrd d UL / Reg[INST[26]]; / entrd d UL / Destino + (extsinl(inst[5])<<2); UFR I proessdor ilo longo 2

9 o psso iruito de ontrole () Destino prox INST registrdores extsinl lu UL operul LUout igul memddos leddos esddos reg temp UFR I proessdor ilo longo 25 3 Exeução o psso iruito de ontrole (β) / exeução n UL / LUout op ; / operção om onstnte ori / LUout + extzero(inst[5]); / álulo de ereço efetivo lw ou sw / LUout + extsinl(inst[5]); / Efetu desvio eq / if (igul) := Destino; / igul=(==) / else := ; UFR I proessdor ilo longo 26 o psso iruito de ontrole (β) Destino prox INST registrdores extsinl lu UL operul LUout igul esddos memddos leddos reg temp UFR I proessdor ilo longo 27

10 esso à memóri o psso iruito de ontrole (γ) / Efetu esso à memóri / lw: temp Mem[LUout]; sw: Mem[LUout] := ; 5 Resultdo / esreve resultdo d exeução n LU / Reg[INST[5]] := LUout; / esreve resultdo d us em memóri / Reg[INST[26]] := temp;/ só em lw / UFR I proessdor ilo longo 28 o psso iruito de ontrole (γ) Destino prox INST registrdores extsinl lu UL operul LUout igul memddos leddos esddos reg temp UFR I proessdor ilo longo 29 o psso sinis de ontrole prox sel operul registrdores extsinl UL δ β lu igul memddos leddos esddos reg UFR I proessdor ilo longo 3

11 Quinto psso implementção do iruito de ontrole om se nos odes ger sinis de ontrole ilo longo: todos os sinis tivos durnte todo o ilo implementção: tel? ROM? L? sinl prox lu reg opul us / x x x ddu rd,, x fun suu rd,, x fun ori,,im6 x lw,de6() x + sw,de6() x x + eq,,de6 igul x UFR I proessdor ilo longo 3 5 o psso implementção de operul ução fun operção ddu rd,, 2 som suu rd,, 23 sutrção ori,,im6 d x disjunção lw,de6() 23 x som sw,de6() 2 x som eq,,de6 x sutrção implementção? tel, ROM, L, função UFR I proessdor ilo longo 32 vlição de desempenho tempo de propgção dos iruitos memóri 2ps ps = pio s = 2 s UL, somdor ps registrdores 5ps ução uniddes funionis oupds totl ddu rd,, mem RD regs RD LU regs WR ps suu rd,, mem RD regs RD LU regs WR ps ori,,im6 mem RD regs RD LU regs WR ps lw,de6() mem RD regs RD LU mem RD regs WR 6 ps sw,de6() mem RD regs RD LU mem WR 55 ps eq,,de6 mem RD regs RD LU 35 ps durção mínim do ilo: 6 ps I = = 6 ns UFR I proessdor ilo longo 33

12 Resumo ino pssos de projeto: nálise do onjunto de uções r fluxo de ddos 2 seleção de omponentes e metodologi de ronizção 3 projeto/onstrução do iruito de ddos nálise do iruito de ddos r fluxo de ontrole 5 projeto/onstrução do iruito de ontrole regulridde do di MIS filit/simplifi projeto reuos replidos pr ter requisitos uso do ilo longo de relógio é pouo efiiente UFR I proessdor ilo longo 3 Exeríios ) Fç o projeto do iruito de ddos pr ução jump; 2) Repit pr ução eq; 3) Repit pr ução jr; ) Repit pr ução jl; 5) r todos s uções im, ompute o período mínimo do relógio UFR I proessdor ilo longo 35 iruito de ddos ompleto prox sel operul rd sh fun registr β UL igul δ memddos leddos esddos 6 32 extsinl lu reg UFR I proessdor ilo longo 36

13 iruito de ddos ompleto rd sh fun β δ esddos memddos leddos registr operul lu reg igul sel prox extsinl 6 32 UL UFR I proessdor ilo longo 39 iruito de ddos ompleto rd sh fun β δ esddos memddos leddos registr operul lu reg igul sel prox extsinl 6 32 UL UFR I proessdor ilo longo 38 iruito de ddos ompleto rd sh fun β δ esddos memddos leddos registr operul lu reg igul sel prox extsinl 6 32 UL UFR I proessdor ilo longo 37

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