Princípios de Projeto em Arquitetura

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1 rinípios de rojeto em rquitetur rinípio : simpliidde fvoree regulridde rinípio 2: menor é mis rápido (quse sempre) rinípio 3: um om projeto demnd ompromissos rinípio : o so omum deve ser o mis rápido UFR Depto de Informáti Modelo do proessdor er memóri de uções regs memóri de ddos er ddos roessdor: ) us n memóri ução pontd por us 2) deodifi ução deodifição 3) exeut operção exeução: + ) esso à memóri memóri: mem[ + desl] 5) rmzen resultdo d operção resultdo: regs[] UFR Depto de Informáti 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 Depto de Informáti 3

2 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 Depto de Informáti rinípios de rojeto de novo, outr vez rinípio : simpliidde fvoree regulridde rinípio 3: um om projeto demnd ompromissos rinípio : o so omum deve ser o mis rápido Quis são os sos omuns? Quis são os ompromissos? UFR Depto de Informáti 5 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 monte 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 onstru lógi de ontrole UFR Depto de Informáti 6

3 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 + R[] é o no de registrdores UFR Depto de Informáti 7 o sso: semânti dos modos de ereçmento modo er efetivo exemplo registrdor R dd r,r3,r2 imedito imed dd r,r5,8 deslomento M[R+imed] dd r,(r) indireto registrdor [R] jr r soluto er j er UFR Depto de Informáti 8 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 (sext) e pr zero (zext) pr imeditos +,, reg O reg, reg O imedito extido som ou imedito extido o UFR Depto de Informáti 9

4 Segundo psso: omponentes do proessdor Elementos ominionis unidde de lógi e ritméti somdor seletor, multiplexdor Elementos de estdo Metodologi de ronizção ul som mux S Y fun sel UFR Depto de Informáti 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 Depto de Informáti 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 síd pós tempo de esso h le- le- es- sel 5:32 $ $ $ $ $2 $3 $3 $3 sel 5:32 $ $ $3 $3 sel 5:32 $ $ $3 $3 $29 $3 $3 UFR Depto de Informáti 2

5 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 Depto de Informáti 3 2 o psso: metodologi de ronizção D reg hesr Q Elementos ominionis Elementos de estdo Metodologi de ronizção ilo longo prâmetros de temporizção: setup, hold, skew hesr D Q hesr D Q UFR Depto de Informáti 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 dos its 2m/ns) UFR Depto de Informáti 5

6 2 o psso: metodologi de ronizção setup hold setup hold T reg minho rítio período [ T reg + minhomislongo + setup + skew ] [ T reg + minhomisuo skew ] > hold UFR Depto de Informáti 6 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 Depto de Informáti 7 3 o psso operções lógis e ritmétis ddu $, $2, $3 # $ <- $2 + $3 rd shm fun $2 $3 $ registrdores operul UL UFR Depto de Informáti 8

7 3 o psso operção lógi om imedito ori $, $2, im6 # $ <- $2 OR zext(im6) $2 $ OR im6 registrdores UL 6 32 zero-ext UFR Depto de Informáti 9 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 Depto de Informáti 2 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 Depto de Informáti 2

8 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 Depto de Informáti 22 3 o psso iruito de ddos ompleto prox sel operul rd sh fun registr β UL δ igul memddos leddos esddos 6 32 extsinl lu reg UFR Depto de Informáti 23 Quo psso fluxo de ddos: DDU Instr, TsMem velho velho dd r, r2, r3 TsRegs novo TpropLU novo setup M I regs esrit oorre qui UFR Depto de Informáti 2

9 o psso fluxo de ddos: SW Instr TsMemI velho velho TRegs M I TpropLU novo regs sw r, 6(r2) novo TsMD WR esrit em MD M D UFR Depto de Informáti 25 o psso fluxo de ddos: LW Instr TsMemI TRegs M I velho velho TpropLU regs lw r, (r2) novo TsMD RD novo setup esrit em regs M D UFR Depto de Informáti 26 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 Depto de Informáti 27

10 o psso iruito de ontrole () us ução & inrement ontdor de progrm INST := Mem[]; / registrdor de ução / + ; 2 Deodifição de ução & esso registrdores R[INST(252)]; / entrd d UL / R[INST(26)]; / entrd d UL / Destino + (extsinl(inst(5))<<2); UFR Depto de Informáti 28 o psso iruito de ontrole () Destino prox INST registrdores extsinl lu UL operul LUout igul esddos memddos leddos reg temp UFR Depto de Informáti 29 o psso iruito de ontrole (β) 3 Exeução / 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 Depto de Informáti 3

11 o psso iruito de ontrole (β) Destino prox INST registrdores extsinl lu UL operul LUout igul memddos leddos esddos reg temp UFR Depto de Informáti 3 o psso iruito de ontrole (γ) esso à memóri / Efetu esso à memóri / lw: temp Mem[LUout]; sw: Mem[LUout] := ; 5 Resultdo / esreve resultdo d exeução n LU / R[INST(5)] := LUout; / esreve resultdo d us em memóri / R[INST(26)] := temp; / só em lw / UFR Depto de Informáti 32 o psso iruito de ontrole (γ) Destino prox INST registrdores extsinl lu UL operul LUout igul esddos memddos leddos reg temp UFR Depto de Informáti 33

12 o psso sinis de ontrole prox sel operul registrdores extsinl UL δ β lu igul memddos leddos esddos reg UFR Depto de Informáti 3 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? 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 Depto de Informáti 35 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, função UFR Depto de Informáti 36

13 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 Depto de Informáti 37 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 rinípio : simpliidde fvoree regulridde rinípio 3: um om projeto demnd ompromissos rinípio : o so omum deve ser o mis rápido Quis são os sos omuns? Quis são os ompromissos? UFR Depto de Informáti 38 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 Depto de Informáti 39

14 iruito de ddos ompleto rd sh fun β δ esddos memddos leddos registr operul lu reg igul sel prox extsinl 6 32 UL UFR Depto de Informáti 2 iruito de ddos ompleto rd sh fun β δ esddos memddos leddos registr operul lu reg igul sel prox extsinl 6 32 UL UFR Depto de Informáti iruito de ddos ompleto rd sh fun β δ esddos memddos leddos registr operul lu reg igul sel prox extsinl 6 32 UL UFR Depto de Informáti