View
27
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
BPRI# LOCK# BR0# A# ADS# REQ# Paritás# Misc# RS# TRDY# Paritás# BNR# D# DRDY# DBSY# Paritás# Egyéb#. RESET# Megszakítások Energiaellátás Hőmenedzsment Órajel Diagnosztika Inicializálás Egyéb. Sín ütemezés Kérés Hiba Szimatolás Válasz Adat. 3. 33. 14. 5. 2. 4. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Máté: Architektúrák 8. előadás 1
Pentium 4 logikai lábkiosztása (3.45. ábra)
Pentium 4CPU
táp
BPRI#LOCK#
BR0#
A#ADS#REQ#
Paritás#
Misc#
RS#TRDY#Paritás#
BNR#D#
DRDY#DBSY#Paritás#Egyéb#
Sínütemezés
Kérés
HibaSzimatolás
Válasz
Adat
RESET#
Megszakítások
Energiaellátás
Hőmenedzsment
Órajel
Diagnosztika
Inicializálás
Egyéb
33
5
2
5
2
64 7
2
23
5
4
Φ 85 180
2
14
3
134
Máté: Architektúrák 8. előadás 2
Pentium 4 logikai lábkiosztása (3.45. ábra)
RESET#: a CPU alapállapotba hozatala,
Megszakítások: régi vezérlő, és Advanced Programmable Interrupt Controller (APIC)
Különböző tápfeszültségek, alvási állapotok,
Jelzés 1300 fölött, …Rendszersín frekvenciája,…
Pen
tium
4 CP
U
RESET#
Megszakítások
Energiaellátás
Hő- menedzsment
Órajel
Diagnosztika
Inicializálás
Egyéb7
2
23
5
4
14
3
Máté: Architektúrák 8. előadás 3
Pentium 4 logikai lábkiosztása (3.45. ábra)
Sín ütemezés: BPRI#: magas, BR0#: normál prioritású igény LOCK#: sín foglalás több
ciklusra,Kérés: A#: 8 bájtos adat címe
(64 GB címezhető), ADS#: a cím érvényes, REQ#: kívánság,
Válasz: RS#: státus, TRDY#: a szolga tud adatot fogadni,
Adat: D#: 8 bájtos adat, DRDY#: az adat a sínen van, DBSY#: a sín foglalt.
Sínütemezés
Kérés
HibaSzimatolás
Válasz
Adat
33
5
2
5
2
64
2
134
BPRI#LOCK#
BR0#
A#ADS#REQ#
Paritás#
Misc#
Misc#
RS#TRDY#Paritás#
BNR#D#
DRDY#DBSY#Paritás#Egyéb#
Pen
tium
4 CP
U
Máté: Architektúrák 8. előadás 4
Pentium 4 memória sínA memóriaigények, tranzakciók 6 állapota: 6 fázisú
csővezeték (3.45. ábra bal oldal) fázisonként külön vezérlő vonalakkal (amint a mester megkap valamit, elengedi a vonalakat):
0. Sín ütemezés (kiosztás, bus arbitration): eldől, hogy melyik sínmester következik,
1. Kérés: cím a sínre, kérés indítása,2. Hibajelzés: a szolga hibát jelez(het),3. Szimatolás: a másik CPU gyorsító tárában,4. Válasz: kész lesz-e az adat a következő ciklusban,5. Adat: megvan az adat.
Máté: Architektúrák 8. előadás 5
Φ:
tranzakció
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12
1 K H S V A
2 K H S V A
3 K H S V A
4 K H S V A
5 K H S V A
6 K H S V A
7 K H S V A
Pentium 4 memória sín csővezetéke (3.46. ábra)
Ütemezés (nem ábrázoltuk), csak akkor kell, ha másé a sín.
K: kérés, H: hiba, S: szimatolás, V: válasz, A: adat
Máté: Architektúrák 8. előadás 6
Memória alrendszer
Memória sínhez
Végrehajtó egység
Rendszerinterfész
Egész és lebegőpontos végrehajtó egységL2 D+I
L1 D
Betöltő dekódoló
Nyomkövető
ROM
Ütemezők Befejező egység
Elágazás jövendölő
Bemeneti rész Sorrenden kívüliség vezérlő
A Pentium 4 mikroarchitektúrája
4.46. ábra. A Pentium 4 blokkdiagramja
Máté: Architektúrák 8. előadás 7
4.46. ábra. A Pentium 4 memória alrendszere
Memória alrendszer
Memória sínhez
Rendszerinterfész
L2 D+I
L2 256 KB az első,512 KB a második,1 MB a harmadik
generációsPentium 4-ben.
L2 8 utas halmaz kezelésű, késleltetve visszaíró128 bájtos gyorsító sor, minden második ciklusban kezdődhet egy 64 bájtos feltöltés a memóriából.
Előre betöltő: megpróbálja L2-be tölteni azt a gyorsító sort, amelyre majd szükség lesz (nincs az ábrán).
Máté: Architektúrák 8. előadás 8
4.46. ábra. A Pentium 4 bemeneti részL2-ből betölti és dekódolja a programnak megfelelő
sorrendben az utasításokat. Az utasításokat RISC szerű mikroműveletek sorozatára bontja. Ha több, mint 4 mikroművelet szükséges, akkor ROM-ra
L2 D+I
Betöltő dekódoló
Nyomkövető
ROM
Elágazás jövendölő
Bemeneti rész
történik utalás. A dekó-dolt mikroműveletek a Nyomkövetőbe kerülnek (nem kell újra dekódolni).
Elágazás jövendölés.
Máté: Architektúrák 8. előadás 9
A bemeneti rész az utasításokat L2-ből kapja. Ezeket dekódolja, RISC szerű mikroműveletekre bontja, a nyomkövető gyorsító tárban tárolja (akár 12 K mikroműveletet) a programnak megfelelő sorrendben. 6 mikroműveletet csoportosít minden nyomkövető sorban.
Feltételes elágazásnál az utolsó 4 K elágazást tartalmazó L1 BTB-ből (Branch Target Buffer – elágazási cél puffer) kikeresi a jövendölt címet, és onnan folytatja a dekódolást. Ha az elágazás nem szerepel L1 BTB-ben, akkor statikus jövendölés történik: visszafelé ugrást végre kell hajtani, előre ugrást nem.
Máté: Architektúrák 8. előadás 10
4.46. ábra. Sorrenden kívüliség vezérlőAz utasítások a programnak megfelelő sorrendben
kerülnek az ütemezőbe, eltérő sorrendben kezdődhet a végrehajtásuk (esetleg regiszter átnevezéssel), de a pontos megszakítás követelménye miatt az előírt sorrendben fejeződnek be.
Nyomkövető
ROM
Ütemezők Befejező egység
Elágazás jövendölő
Bemeneti rész Sorrenden kívüliség vezérlő
Máté: Architektúrák 8. előadás 11
Memória alrendszer
Memória sínhez
Végrehajtó egység
Rendszerinterfész
Egész és lebegőpontos végrehajtó egységL2 D+I
L1 D
Betöltő dekódoló
Nyomkövető
ROM
Ütemezők Befejező egység
Elágazás jövendölő
Bemeneti rész Sorrenden kívüliség vezérlő
A Pentium 4 mikroarchitektúrája
4.46. ábra. A Pentium 4 blokkdiagramja
Máté: Architektúrák 8. előadás 12
4.47. ábra. A NetBurst csővezeték Branch Target Bufferelágazási cél puffer
Dekódoló egység L1 BTB
ROM Nyomkövető Nyomkövető BTB
Lefoglaló/átnevező egység
MemóriasorNem memóriasor
ALU üt.
FP regisztergyűjtő Egész regisztergyűjtő
Bet. üt. Tár. üt.ALU üt.
Mozgató Bet/Tár
Befejező egység
L1 D
L2
Mem
óráb
a/m
emór
iáb
ól
Sor
ren
den
kív
ülis
ég
vezé
rlő
Bem
enet
i ré
sz
FPMMXSSE
Egész
Máté: Architektúrák 8. előadás 13
Dekódoló egység L1 BTB
ROM Nyomkövető Nyomkövető BTB
Lefoglaló/átnevező egység
A nyomkövető gyorsítótárból ciklusonként három mikroművelet kerül a lefoglaló/átnevező egység ROB (ReOrder Buffer, átrendező puffer) nevű táblájába. Ez a tábla 128 bejegyzést tartalmazhat.
Branch Target Bufferelágazási cél puffer
Máté: Architektúrák 8. előadás 14
Ha egy mikroművelet minden inputja rendelkezésre áll, akkor az esetleges WAR vagy WAW függőséget a 120 firkáló regiszter segítségével kiküszöböli. RAW függőség esetén a mikroműveletet várakoztatja, és a rákövetkező mikroműveleteket kezdi feldolgozni. Egyszerre akár 126 utasítás feldolgozása is folyamatban lehet, köztük 48 betöltés és 24 tárolás.
Az utasítások a programnak megfelelő sorrendben kerülnek az ütemezőbe, eltérő sorrendben kezdődhet a végrehajtásuk, de az előírt sorrendben fejeződnek be.
Pontos megszakítás: a megszakítás előtti összes utasítás befejeződött, az utána következőkből egy sem kezdődött el.
Máté: Architektúrák 8. előadás 15
A Lefoglaló/átnevező egység a két várakozási sor megfelelőjébe teszi a mikroutasításokat. Az ALU-k az órajel kétszeres sebességével dolgoznak, nehéz folyamatosan munkát adni nekik.
Lefoglaló/átnevező egység
MemóriasorNem memóriasor
ALU üt. Bet. üt. Tár. üt.ALU üt.
Minden órajel ciklusban egy betöltés és egy tárolás is végrehajtható.
Máté: Architektúrák 8. előadás 16
Az egyik egész aritmetikájú ALU az összes logikai, aritmetikai, és elágazó, a másik csak az összeadó, kivonó, léptető és forgató utasítás végrehajtására képes.
Mindkét regisztergyűjtő 128 regisztert tartalmaz, időben változik, hogy melyikben van EAX, …
ALU üt.
FP regisztergyűjtő Egész regisztergyűjtő
Bet. üt. Tár. üt.ALU üt.
Mozgató Bet/Tár
FPMMXSSE
Egész
Máté: Architektúrák 8. előadás 17
A befejező egység feladata, hogy az utasítások a programnak megfelelő sorrendben fejeződjenek be.
L1 4 utas halmazkezelésű, írás áteresztő gyorsítótár 64 bájtos gyorsító sorral. Nem lehet L1-et módosítani, amíg a tárolást megelőző műveletek be nem fejeződtek (24 bejegyzéses tároló puffer), de ha egy betöltő utasítás onnan akar olvasni, ahova egy korábbi tárolt, akkor a tárolások pufferéből megkaphatja a kért adatot (tárolás utáni betöltés).
FP regisztergyűjtő Egész regisztergyűjtő
Mozgató Bet/Tár
Befejező egység
L1 D
Máté: Architektúrák 8. előadás 18
4.47. ábra. A NetBurst csővezeték Branch Target Bufferelágazási cél puffer
Dekódoló egység L1 BTB
ROM Nyomkövető Nyomkövető BTB
Lefoglaló/átnevező egység
MemóriasorNem memóriasor
ALU üt.
FP regisztergyűjtő Egész regisztergyűjtő
Bet. üt. Tár. üt.ALU üt.
Mozgató Bet/Tár
Befejező egység
L1 D
L2
Mem
óráb
a/m
emór
iáb
ól
Sor
ren
den
kív
ülis
ég
vezé
rlő
Bem
enet
i ré
sz
FPMMXSSE
Egész
Máté: Architektúrák 8. előadás 19
UltraSPARC III (2000)
64 bites RISC gép, felűről kompatibilis a 32 bites SPARC V8 architektúrával és az UltraSPARC I, II-vel. Új a VIS 2.0 utasításkészlet (3D grafikus alkalmazásokhoz, tömörítéshez, hálózat kezeléshez, jelfeldolgozáshoz, stb.).
Több processzoros alkalmazásokhoz készült. Az összekapcsoláshoz szükséges elemeket is tartalmazza.
2000-ben 0.6, 2001-ben 0.9, 2002-ben 1.2 GHz, órajel ciklusonként 4 utasítást tud elvégezni.
Máté: Architektúrák 8. előadás 20
UPAinterfész
a főmemóriához
UltraSPARC III
központiegység
Első szintűgyorsító tárak
UDB IImemória
puffer
5vezérlés
Sín ütemezés
Memória cím
Cím paritása
Érvényes cím
Várakozás
Válasz
Mem. adatECC
5
35
4
128
16
18
20
25
4
128
16
Másodlagos gyorsító tár
(adatok)
Másodlagos gyorsító tár(címkék -
tags)
Címke cím Érvényes címke
Címke adat Címke paritása
Adat címeÉrvényes adat cím
AdatParitás
UltraSPARC III
Máté: Architektúrák 8. előadás 21
UltraSPARC IIICPU 29 millió tranzisztor, 4 CPU közös memóriával
használható. 1368 láb (3. 47. ábra). 64 (jelenleg csak 43) bites cím és 128 bites adat lehetséges.
Belső gyorsító tár (32 KB utasítás + 64 KB adat).2 KB előre betöltő és tároló gyorsítótár L2 eléréséhez.A gyorsító sor (cache line) mérete 64 (32?) B. Külső 1 - 8 MB (? UltraSPARC II-nek 0.5-16 MB).
8 K - 256 K db 64 B-os gyorsító sor (cache line) lehet. A címzéséhez 13 – 18 bit szükséges. A CPU mindig 18 bites Line címet (Címkeazonosítót) ad át. Csak maximális méret esetén van mind a 18 bit kihasználva.
Máté: Architektúrák 8. előadás 22
A cím 64 bit-es, de egyelőre 44 bit-re korlátozva van
Tag Line
25 bit 18 bit
5 bit átfedés 6 bit bájt cím
Entry Valid Tag Cash line
2L-1
2
1
0
. . .
=?
Máté: Architektúrák 8. előadás 23
512 KB-os gyorsító tár esetén a 44 bites cím felosztása: Tag: 25 bit, Line: 13 bit, bájt cím: 6 bit = 44 bit.
16 MB-os tár esetén 18 bites Line kell, és 20 bites Tag (Címkeadat) is elég lenne, de ilyekor – hogy a CPU egységesen működhessen – a gyorsító tárban tárolt 20 bites Tag-et a gyorsító tár kiegészíti Line 5 legmagasabb helyértékű bitjével.
Az Adat címe a gyorsító sor címén (Címkeazonosító, Line) kívül még 2 bitet tartalmaz, mert egy átvitel során a gyorsító sornak csak negyed része (16 bájt) mozgatható.
Máté: Architektúrák 8. előadás 24
UltraSPARC III
Másodlagos gyorsító tár(címkék -
tags)
Másodlagos gyorsító tár
(adatok)
Címke cím (Line)Érvényes címke
Címke adat (tag)Címke paritása
Adat címeÉrvényes adat cím
AdatParitás
UltraSPARC IIIközpontiegység
Első szintűgyorsító tárak
18
20
254
12816
UDB IImemória
puffer
5vezérlés
Máté: Architektúrák 8. előadás 25
UltraSPARC IIIközpontiegység
Első szintűgyorsító tárak
Sín ütemezés
Memória címCím paritásaÉrvényes cím
Várakozás
Válasz
UPAinterfész
a főmemóriához
5
35
4
UPA (Ultra Port Architecture) sín, hálózati csomópont vagy a kettő kombinációja. Több CPU esetén egy központi vezérlőn keresztül kapcsolódnak a sínhez. Több írást és olvasást tud egyidejűleg kezelni.
Máté: Architektúrák 8. előadás 26
UDB II (UltraSPARC Data Buffer II): ezen keresztül zajlik a memória és a gyorsító tárak közötti adatforgalom. Az adatsín 150 MHz-es 128 bit széles szinkron sín, így a sávszélesség 2.4 GB/s.
UltraSPARC IIICPU
Első szintűgyorsító tárak
UDB IImemória
puffer
5vezérlés
Válasz
Memória adatHiba javító kód
UPAinterfész
a főmemóriához
4
12816
Máté: Architektúrák 8. előadás 27
UPAinterfész
a főmemóriához
UltraSPARC III
központiegység
Első szintűgyorsító tárak
UDB IImemória
puffer
5vezérlés
Sín ütemezés
Memória cím
Cím paritása
Érvényes cím
Várakozás
Válasz
Mem. adatECC
5
35
4
128
16
18
20
25
4
128
16
Másodlagos gyorsító tár
(adatok)
Másodlagos gyorsító tár(címkék -
tags)
Címke cím Érvényes címke
Címke adat Címke paritása
Adat címeÉrvényes adat cím
AdatParitás
UltraSPARC III
Máté: Architektúrák 8. előadás 28
Az UltraSPARC III CPU mikroarchitektúrája
L1 I
UgrótáblaUtasítás kiosztó
Utasítás puffer
Rendszer interfész
L2 vezérlő
Memória vezérlő
L1 D
L2
FP/Gr Egész Betöltő tároló
Tárolási gyorsítótár
Előre betöltő gyorsítótár
128 bit széles
4.48. ábra. Az UltraSPARC III CPU blokkdiagramja
Memóriához
Máté: Architektúrák 8. előadás 29
L1 I 32 KB 4 utas halmazkezelésű,az utasítás kiosztó ciklusonként 4
utasítást tud kiosztani
L1 I
UgrótáblaUtasítás kiosztó
Utasítás puffer
FP/Gr Egész Betöltő tároló
Két egész aritmetikájú ALU + regiszterek + firkáló regiszterek,
Lebegőpontos ALU-k: összeadó/kivonó, szorzó/osztó + 32 regiszter + grafikai utasítások.
Máté: Architektúrák 8. előadás 30
Rendszer interfész
L2 vezérlő
Memória vezérlő
L1 D
L2
Betöltő tároló
Tárolási gyorsítótár 2 KB
Előre betöltő gyorsítótár 2 KB
Memóriához
L1 D 64 KB-os 4 utas halmazkezelésű, írás áteresztő, 32 bájtos gyorsító sor. Feltételezett betöltésre 2 KB előre betöltő gyorsítótár. 2 KB tárolási gyorsítótár.
Memória vezérlő: virtuális → fizikai cím.
128 bit széles L1 I
Utasítás kiosztó
Máté: Architektúrák 8. előadás 31
UltraSPARC III CPU mikroarchitektúrájaA SPARC sorozat RISC elgondoláson alapul. A
legtöbb utasításnak két forrás és egy cél regisztere van.
Előre betöltés:speciális utasításokkal, és a visszafelé kompatibilitás miatt hardveresen is.
2 bites elágazás jövendölő + statikus elágazás jövendölés.
Máté: Architektúrák 8. előadás 32
UltraSPARC III csővezetéke (4.49. ábra)
Címmultiplexor
Utasítás gyorsítótár
Utasítás dekódoló
Ugrótábla
Cél
A
P
F
B
Address generation, cím generáló. Ugrás, csapda, … Az eltolás résben lévő utasítást mindig végrehajtja!
Preliminari Fetch, előzetes betöltő. Legfeljebb 4 utasítást képes betölteni L1 I-ből, nézi, hogy van-e köztük elágazó, elágazás jövendölés.
Branch target, elágazási cél. Ha kell ugrani, → A
Máté: Architektúrák 8. előadás 33
UltraSPARC III csővezetéke
Címmultiplexor
Utasítás gyorsítótár
Utasítás dekódoló
Utasítás csoportosító
Ugrótábla
Cél
A
P
F
B
I
J
Instruction group formation, utasítás csoportosító. Aszerint csoportosítja az utasításokat, hogy melyik működési egységet használják.
Máté: Architektúrák 8. előadás 34
UltraSPARC III csővezetéke
Munka regisztergyűjtő
FP regisztergyűjtő
I
J
R
E
C
L1 D
Bet
öltő
/tár
oló,
spe
ciál
is e
gysé
g
J instruction stage grouping, utasítás kiosztó. Az elérhető működési egységektől függően akár 4 utasítást is továbbít az R szakasznak.
Register, függőség esetén vár, nincs sorrenden kívüli végrehajtás.
Utasítás csoportosító
Máté: Architektúrák 8. előadás 35
UltraSPARC III csővezetéke
Munka regisztergyűjtő
FP regisztergyűjtő
J
R
E
C
L1 D
Utasítás csoportosító
Bet
öltő
/tár
oló,
spe
ciál
is e
gysé
g
Execution, végrehajtó. A legtöbb egész utasítás itt be is fejeződik. Ha egy utasítás készen van, akkor frissül a regisztergyűjtő. Itt dől el, hogy az ugrás feltétele teljesül-e. Hibás jövendölés esetén jelzés az A szakasznak, a csővezeték érvénytelenítése.
Cache, gyorsítótár. Itt zárul L1 D elérése.
Máté: Architektúrák 8. előadás 36
UltraSPARC III csővezetéke
Munka regisztergyűjtő
FP regisztergyűjtő
J
R
E
C
M
W
L1 D
L2
Utasítás csoportosító
Előjel kiterjesztés, igazítás Előre betöltő gy.tár
Bet
öltő
/tár
oló,
spe
ciál
is e
gysé
g
Miss, hiány. L1 hiány esetén L2-höz fordul. Itt történik az előjel kiterjesztés, igazítás, az előre betöltő gyorsítótárból kiszolgálható betöltések.
Write, író. A speciális egység eredményei a munka regisztergyűjtőbe kerülnek.
Máté: Architektúrák 8. előadás 37
UltraSPARC III csővezetéke
FP regisztergyűjtőE
C
M
W
X
T
D
FP
AD
D/S
UB
Gra
fik
us
AL
U
FP
MU
L/D
IVG
rafi
ku
s M
UL
eXtended, kiterjesztett. Itt fejeződik be a legtöbb FP és grafikai utasítás.
Trap, csapda. Ez észleli az egész és FP csapdákat.
Pontos megszakítás.
Máté: Architektúrák 8. előadás 38
UltraSPARC III csővezetéke
Munka regisztergyűjtőR
E
C
M
W
X
T
D
L1 D
L2
Arch. r.gyűjtő
Előjel kiterjesztés, igazítás Tárolási sor Tarolási gy.tár
Bet
öltő
/tár
oló,
spe
ciál
is e
gysé
g
A D szakasz véglegesíti a regiszterek értékét az architektúrális regiszter gyűjtőben. Megszakításkor az itteni adatok érvényesek.
Máté: Architektúrák 8. előadás 39
UltraSPARC III csővezetéke
Munka regisztergyűjtő
FP regisztergyűjtő
J
R
E
C
M
W
X
T
D
L1 D
L2F
P A
DD
/SU
BG
rafi
ku
s A
LU
FP
MU
L/D
IVG
rafi
ku
s M
UL
Arch. r.gyűjtő
Utasítás csoportosító
Előjel kiterjesztés, igazítás Tárolási sor Tarolási gy.tár
Bet
öltő
/tár
oló,
spe
ciál
is e
gysé
g
Máté: Architektúrák 8. előadás 40
I-8051 (1980)Cél: beépített rendszerekben való alkalmazás.Fő szempont: olcsóság (ma már 10-15 ¢), sokoldalú
alkalmazhatóság.A memóriával, be- és kivitellel együtt egyetlen lapkára
integrált számítógép. 40 multiplexelt lábú standard tokban kerül forgalomba. 60 000 tranzisztor. 4 KB ROM, 128 B RAM, max. 64 KB külső memória.16 címvezeték. 8 bites adat sín. 32 K/B vonal 4 db 8 bites csoportba rendezve, ezek mindegyike hozzáköthető nyomógombhoz, kapcsolóhoz, LED-hez, … Időzítők.
Pl. Rádiós óra: nyomógombok, kapcsolók, kijelző.
Máté: Architektúrák 8. előadás 41
Az I-8051 logikai lábkiosztása (3.50. ábra)
AD
RD#WR#ALE
PSEN#EA#
Időzítők Megszakítások
TXDRXDRST
Port 0
Port 1
Port 2
Port 3
8
8
8
8
8051
168
22
2Φ Táp
AddressDataRD# olvas a memóriábólWR# ír a memóriábaAddress Latch Enable: külső memória esetén: a sínen érvényes a címProgram Store ENable: olvasás a programot tároló memóriábólExternal Access (az értéke
állandó): (1) a 0-4095 címek a belső, (0) a külső memóriára vonatkoznak
Máté: Architektúrák 8. előadás 42
Az I-8051 logikai lábkiosztása (3.50. ábra)
AD
RD#WR#ALE
PSEN#EA#
Időzítők Megszakítások
TXDRXDRST
Port 0
Port 1
Port 2
Port 3
8
8
8
8
8051
168
22
2Φ Táp
A két időzítő külső áramkörről kaphat jeletMegszakításokTXD Transmitted Data, továbbított adatRXD Received Data, érkezett adatReSeT
Port 0-3 32 (4*8) bites B/K soros vonal
Máté: Architektúrák 8. előadás 43
Az I-8051 CPUmikroarchitektúrája
(4.50. ábra)
RAM ADDR
IR
SP
B
ACC
RAM
TMP2
TMP1
PSW
ROM
ROM ADDR
BUFFER
PC növelő
PC
DPTR
Időzítő 0
Időzítő 1
Port 0
Időzítő 2
Port 1
Port 2
Port 3
Lokális sínFő sín
ALU
Máté: Architektúrák 8. előadás 44
Az I-8051 CPU mikroarchitektúrája (4.50. ábra)
RAM 128 bájtA regiszterek a RAM-ban vannak RAM ADDRess a RAM címzéséhezInstruction RegisterStack PointerB szorzásnál, osztásnál van szerepe,
ideiglenes tárolásra is használhatóACCumulator: fő aritmetikai regiszter,
a legtöbb számítás eredménye itt keletkezik
TMP1 – TMP2 az ALU bemenetei, az eredmény a fő sínről akármelyik regiszterbe kerülhet
Program Status Word
RAM ADDR
IR
SP
B
ACC
RAM
TMP2
TMP1
PSW
Fő sínALU
Máté: Architektúrák 8. előadás 45
Az I-8051 CPUmikroarchitektúrája
ROM 4 KB belső, max. 64 KB külső
16 bites regiszterek:ROM ADDRessBUFFERPC, PC növelő PC-t
beírva, majd kiolvasva PC növelődik
DPTR
Időzítő 0 – 2
Port 0 – 3
ROM
ROM ADDR
BUFFER
PC növelő
PC
DPTR
Időzítő 0
Időzítő 1
Port 0
Időzítő 2
Port 1
Port 2
Port 3
Lokális sín
Máté: Architektúrák 8. előadás 46
Az I-8051 CPU mikroarchitektúrája (4.50. ábra)
A legtöbb utasítás egy óraciklust igényel. A ciklus hat állapota:
1. Az utasítás a ROM-ból a fősínre és IR-be kerül.
2. Dekódolás, PC növelése.
3. Operandusok előkészítése.
4. Egyik operandus a fősínre, onnan általában TMP1-be, a másik ACC-ből TMP2-be kerül.
5. Az ALU végrehajtja a műveletet.
6. Az ALU kimenete a fősínre kerül, ROM ADDR felkészül a következő utasítás olvasására.
Máté: Architektúrák 8. előadás 47
Összehasonlítás
Pentium 4 CISC gépegy CISC utasítás → több RISC mikroutasítás
UltraSPARC III RISC gép
I-8051 inkább RISC, mint CISC gép
picoJava II verem gép, sok memória hivatkozástöbb CISC utasítás → egy RISC mikroutasítás
Máté: Architektúrák 8. előadás 48
Assembly programozás
Pszeudo utasítások
A pszeudo utasításokat a fordítóprogram hajtja végre. Ez a végrehajtás fordítás közbeni tevékenységet vagy a fordításhoz szükséges információ gyűjtést jelenthet.
Máté: Architektúrák 8. előadás 49
Adat definíciós utasításokAz adatokat általában külön szegmensben szokás és
javasolt definiálni iniciálással vagy anélkül. Az adat definíciós utasítások elé általában azonosítót
(változó név) írunk, hogy hivatkozhassunk az illető adatra. Egy-egy adat definíciós utasítással – vesszővel elválasztva – több azonos típusú adatot is definiálhatunk. A kezdőérték – megfelelő típusú – tetszőleges konstans (szám, szöveg, cím, ...) és kifejezés lehet. Ha nem akarunk kezdőértéket adni, akkor ? -et kell írnunk.
DUP operátorkifejezés DUP (adat)
Máté: Architektúrák 8. előadás 50
Egyszerű adat definíciós utasítások
Define Byte (DB):
Adat1db 25 ; 1 byte, kezdőértéke decimális 25
Adat2db 25H ; 1 byte, kezdőértéke hexadec. 25
Adat3db 1,2 ; 2 byte (nem egy szó!)
Adat4db 5 dup (?); 5 inicializálatlan byte
Kar db ’a’,’b’,’c’ ; 3 ASCII kódú karakter
Szoveg db ”Ez egy szöveg”,13,0AH
; ACSII kódú szöveg és 2 szám
Szov1db ’Ez is ”szöveg”’
Szov2db ”és ez is ’szöveg’”
Máté: Architektúrák 8. előadás 51
Define Word (DW):
Szo dw 0742H,452
Szo_címe dw Szo ; Szo offset címe
Define Double (DD):
Szo_f dd Szo ; Szo távoli ; (segment + offset) címe
Define Quadword (DQ)
Define Ten bytes (DT)
Máté: Architektúrák 8. előadás 52
Összetett adat definíciós utasítások
Struktúra és a rekord.
Először a típust kell definiálni. A típus definíció nem jelent helyfoglalást. A struktúra illetve rekord konkrét példányai struktúra illetve rekord hívással definiálhatók. A struktúra illetve rekord elemi részeit mezőknek (field) nevezzük.
A hardver nem ismeri ezeket az adat típusokat, a kezelésükről szoftveresen kell gondoskodni!
Máté: Architektúrák 8. előadás 53
StruktúraStruktúra definíció: a struktúra típusát definiálja a későbbi
struktúra hívások számára, ezért a memóriában nem jár helyfoglalással.
Str_típus STRUC ; struktúra (típus) definíció ... ; mező (field) definíciók: ... ; egyszerű adat definíciós ... ; utasításokStr_típus ENDS ; struktúra definíció vége
A mező (field) definíció csak egyszerű adat definíciós utasítással történhet, ezért struktúra mező nem lehet másik struktúra vagy rekord.
Máté: Architektúrák 8. előadás 54
A mezők definiálásakor megadott értékek kezdőértékül szolgálnak a későbbiekben történő struktúra hívásokhoz. A definícióban megadott kezdőértékek közül azoknak a mezőknek a kezdőértéke híváskor felülbírálható, amelyek csak egyetlen adatot tartalmaznak (ilyen értelemben a szöveg konstans egyetlen adatnak minősül). Pl.:
S STRUC ; struktúra (típus) definícióF1 db 1,2 ; híváskor nem lehet
felülírniF2 db 10 dup (?) ; nem lehet felülírniF3 db 5 ; felülírhatóF4 db ’a’,’b’,’c’; nem lehet felülírni, deF5 db ’abc’ ; felülírhatóS ENDS
Máté: Architektúrák 8. előadás 55
Struktúra hívás: A struktúra definíciójánál megadott Str_típus névnek a műveleti kód részen történő szerepeltetésével hozhatunk létre a definíciónak megfelelő típusú struktúra változókat. A kezdőértékek fölülbírása a kívánt értékek < > közötti felsorolásával történik
S1 S ; kezdőértékek a definícióbólS2 S <,,7,,’FG’> ; F3 kezdőértéke 7,
; F5-é ’FG ’ S3 S <,,’A’> ; F3 kezdőértéke ’A’ ,
; a többi a definícióból
Struktúrából vektort is előállíthatunk, pl.:S_v S 8 dup (<,,’A’>)
; 8 elemű struktúra vektor
Máté: Architektúrák 8. előadás 56
Struktúra mezőre hivatkozás: A struktúra változó nevéhez tartozó OFFSET cím a struktúra OFFSET címét, míg a mező neve a struktúrán belüli címet jelenti. A struktúra adott mezejére úgy hivatkozhatunk, hogy a struktúra és mező név közé .-ot írunk, pl.:
MOV AL,S1.F3A . bármely oldalán lehet másfajta cím is, pl.
MOV BX, OFFSET S1után az alábbi utasítások mind ekvivalensek az előzővel:
MOV AL,[BX].F3MOV AL,[BX]+F3MOV AL,F3.[BX]MOV AL,F3[BX]
Máté: Architektúrák 8. előadás 57
A fentiekből az is következik, hogy a mező és struktúra név – ellentétben a magasabb szintű programozási nyelvekkel –szükségképpen egyedi név, tehát sem másik struktúra definícióban, sem közönséges változóként nem szerepelhet.
A struktúra vektorokat a hagyományos módon még akkor sem indexezhetjük, ha az index konstans. Pl.
MOV AL,S_v[5].F3
; szintaktikusan helyes, de
[5] nem a vektor ötödik elemére mutató címet fogja eredményezni, csupán 5 byte-tal magasabb címet, mint S_v.F3. Ha i változó, akkor
MOV AL,S_v[i].F3
; szintaktikusan is HIBÁS!
Máté: Architektúrák 8. előadás 58
Mindkét esetben programmal kell kiszámíttatni az elem offset-jét, pl. ha i word:
MOV AX,TYPE S ; S hossza byte-okban
; (l. később)
MUL i ; Az indexet 0-tól számoljuk!
MOV BX,AX ; az adat nem „lóghat ki” a
; szegmensből (DX=0)
MOV AL,S_v.F3[BX] ; AL az i-dik elem F3 mezeje.
Máté: Architektúrák 8. előadás 59
Rekord
Rekord definíció: Csak a rekord típusát definiálja a későbbi rekord hívások számára.
Rec_típus RECORD mező_specifikációk
Az egyes mező specifikációkat ,-vel választjuk el egymástól.
Mező specifikáció:
mező_név:szélesség=kezdőérték
szélesség a mező bit-jeinek száma.
Az =kezdőérték el is maradhat, ha elmarad, az a mező 0-val való inicializálását írja elő.
Máté: Architektúrák 8. előadás 60
Pl.:
R RECORD X:3,Y:4=15,Z:5
Az R rekord szavas (12 bit), a következőképpen helyezkedik el egy szóban:
X X X Y Y Y Y Z Z Z Z Z
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0
Máté: Architektúrák 8. előadás 61
Rekord hívás: A rekord definíciójánál megadott névnek a műveleti kód részen történő szerepeltetésével hozhatunk létre a definíciónak megfelelő típusú rekord változókat. A kezdőértékek fölülbírálása a kívánt értékek < > közötti felsorolásával történik.
R1 R < > ; 01E0H, kezdőértékek a ; definícióból
R2 R <,,7> ; 01E7H, X, Y kezdőértéke a; definícióból, Z-é 7
R3 R <1,2> ; 0240H, X kezdőértéke 1, Y-é 2, ; Z-é a definícióból
Rekordból vektort is előállíthatunk, pl.:R_v R 5 dup (<1,2,3>) ; 0243H,
; 5 elemű rekord vektor
Máté: Architektúrák 8. előadás 62
Rekord mezőre hivatkozás
A mező név olyan konstansként használható, amely azt mondja meg, hány bittel kell jobbra léptetnünk a rekordot, hogy a kérdéses mező az 1-es helyértékre kerüljön.
MASK és NOT MASK operátor
; AX R3 Y mezeje a legalacsonyabb helyértékenMOV AX,R3 ; R3 szavas rekord!AND AX,MASK Y ; Y mezőhöz tartozó bitek
; maszkolásaMOV CL,Y ; léptetés előkészítéseSHR AX,CL ; kész vagyunk.
SAR nem lenne korrekt: nem biztos, hogy az Y mező nem tartalmazza az előjel bitet.
Máté: Architektúrák 8. előadás 63
KifejezésEgy művelet operandusa lehet konstans, szimbólum
vagy kifejezés. KonstansA konstans lehet numerikus vagy szöveg konstans.A numerikus konstansok decimális, hexadecimális,
oktális és bináris számrendszerben adhatók meg. A számrendszert a szám végére írt D, H, O illetve B betűvel választhatjuk ki. .RADIXn ; 2 n 16 , n decimális
A szöveg konstansokat a DB utasításban ” vagy ’ jelek között adhatjuk meg.
Máté: Architektúrák 8. előadás 64
Szimbólum
A szimbólum lehet szimbolikus konstans, változó név vagy címke.
Szimbolikus konstans: Az = vagy az EQU pszeudo utasítással definiálható. Szimbolikus szöveg konstans csak EQU-val definiálható. A szimbolikus konstans a program szövegnek a definíciót követő részében használható, értékét a használat helyét megelőző utolsó definíciója határozza meg.
Ha egy szimbólumot EQU-val definiálunk, akkor ezt a szimbólumot a modulban másutt nem definiálhatjuk!
Máté: Architektúrák 8. előadás 65
S = 1 ; S értéke 1
N EQU 14 ; N értéke 14
MOV CX,N ; CX 14ISM:
S = S+1 ; S értéke ezután 2, függetlenül ; attól, hogy hányadszor fut a ciklus
MOV AX,S ; AX 2 LOOP ISM
N = 5 ; hibás
N EQU 5 ; hibás
S = 5 ; helyes
S EQU 5 ; hibás
Máté: Architektúrák 8. előadás 66
Szimbolikus konstansként használhatjuk a $ jelet (helyszámláló), melynek az értéke mindenkor a program adott sorának megfelelő OFFSET cím. A helyszámláló értékének módosítására az ORG utasítás szolgál, pl.:
ORG $+100H; 100H byte kihagyása
; a memóriában
Máté: Architektúrák 8. előadás 67
Címke: Leggyakoribb definíciója, hogy valamelyik utasítás előtt a sor első pozíciójától : -tal lezárt azonosítót írunk. Az így definiált címke NEAR típusú. Címke definícióra további lehetőséget nyújt a LABEL és a PROC pszeudo utasítás:
ALFA: ... ; NEAR típusú
BETA LABEL FAR; FAR típusú
GAMMA: ... ; BETA is ezt az utasítást
; címkézi, de GAMMA NEAR típusú
Máté: Architektúrák 8. előadás 68
Az eljárás deklarációt a PROC pszeudo utasítással nyitjuk meg. A címke rovatba írt azonosító az eljárás neve és egyben a belépési pontjának címkéje. Az eljárás végén az eljárás végét jelző ENDP pszeudo utasítás előtt meg kell ismételnünk ezt az azonosítót, de az ismétlés nem minősül címkének. Az eljárás címkéje aszerint NEAR vagy FAR típusú, hogy maga az eljárás NEAR vagy FAR. Pl.:
A PROC ; NEAR típusú
...
B PROC NEAR ; NEAR típusú
...
C PROC FAR ; FAR típusú
...
Máté: Architektúrák 8. előadás 69
Címkére vezérlés átadó utasítással hivatkozhatunk, NEAR típusúra csak az adott szegmensből, FAR típusúra más szegmensekből is.
Változó: Definíciója adat definíciós utasításokkal történik. Néha (adat) címkének is nevezik.
Máté: Architektúrák 8. előadás 70
Általában a mikroarchitektúra nem tartozik hozzá.
ISA szintISA szint végrehajtásamicroprogram vagy hardver által
Hardver
FORTRAN program C program
Fordítás
hardverszoftver
Utasításrendszer-architektúra szintje (ISA)
Amit a fordító program készítőjének tudnia kell: memóriamodell, regiszterek, adattípusok, utasítások.
A hardver és szoftver között helyezkedik el, 5.1 ábra.
Máté: Architektúrák 8. előadás 71
Utasítások szintje (ISA)
A jóság két kritériuma: • hatékony hardver megvalósítási lehetőség,• jó médium a fordítóknak.
Továbbfejlesztéseknél ügyelni kell a kompatibilitásra!
Nyilvános definíció: van: SPARC, JVM (tervezők); nincs: Pentium 4 (gyártók).
kernelmód (user) felhasználói mód
Máté: Architektúrák 8. előadás 72
Memória modellek
ASCII kód 7 bit + paritás → Byte (bájt)
Szó: 4 vagy 8 byte.
Igazítás (alignment), 5.2. ábra: hatékonyabb, de probléma a kompatibilitás (a Pentium 4-nek két ciklusra is szüksége lehet egy szó beolvasásához).
cím 8 bájt08
1624
8 bájtos szó8 határra igazítva
cím 8 bájt08
1624
Nem igazított 8 bájtos szóa 12-es címtől
Néha (pl. 8051) külön memória az adatoknak és az utasításoknak (nem ugyanaz, mint az osztott gyorsítótár!).
Máté: Architektúrák 8. előadás 73
FeladatokMi a többszálúság lényege, haszna?Mik a többszálúság megvalósításának feltételei?Hogy érvényesül a RISC elv a Pentium 4 esetén?Mi a szuperskaláris gép lényege?Mit jelent a sorrenden kívüli végrehajtás?Milyen gyorsítótárakat használ a Pentium 4?Jellemezze a Pentium 4 L2 gyorsítótárát!Mire szolgál az előre betöltő?Mit jelent a szimatolás?Hogy működik a Pentium 4 memória sín csővezetéke?Milyen sorrendben dekódolja a Pentium 4 az
utasításokat?Mire szolgál a ROM?
Máté: Architektúrák 8. előadás 74
FeladatokMire szolgál a nyomkövető gyorsítótár?Milyen elágazás jövendölést használ a Pentium 4?Mire szolgál az L1 BTB?Mire szolgál a nyomkövető BTB? Milyen sorrendben kezdődik az utasítások
végrehajtása a Pentium 4-en?Mire szolgál a lefoglaló/átnevező egység?Mire szolgálnak a regiszter gyűjtők?Milyen sorrendben fejeződik be az utasítások
végrehajtása a Pentium 4-en?Mi a különbség a Pentium 4 két egész aritmetikájú
ALU-ja között?Miért nem tárolható azonnal az eredmény L2-be?
Máté: Architektúrák 8. előadás 75
FeladatokMit jelent a pontos megszakítás kifejezés?Milyen problémát okozhat a tárolás utáni betöltés?Hogy működik az UltraSPARC III másodlagos
gyorsítótára?Mire szolgál az UPA (Ultra Port Architecture)?Mire szolgál az UDB II (UltraSPARC Data Buffer II)?Milyen szervezésű az UltraSPARC III L1 I
gyorsítótára?Mire szolgál a munka regisztergyűjtő?Mire szolgál az architektúrális regisztergyűjtő?Mire szolgál az előre betöltő gyorsítótár?Mire szolgál a tárolási sor?Mire szolgál a tárolási gyorsítótár?
Máté: Architektúrák 8. előadás 76
FeladatokMire szolgál az UltraSPARC III ugrótáblája?Milyen elágazás jövendölést használ az
UltraSPARC III? Mit nevezünk eltolás résnek?Hogy kezeli az UltraSPARC III az eltolás rést? Mire szolgál az utasítás csoportosító egység?Mire szolgál a munka regisztergyűjtő?Mire szolgál az architektúrális regisztergyűjtő?Hány ALU van az UltraSPARC III-ban? Mire szolgál az előre betöltő gyorsítótár?Mire szolgál a tárolási sor?Mire szolgál a tárolási gyorsítótár? Hogy kezeli az UltraSPARC III a függőségeket?
Máté: Architektúrák 8. előadás 77
FeladatokMi az I-8051 fő alkalmazási területe?Nagyságrendileg milyen árú egy I-8051?Jellemezze az I-8051-et!Mi a RAM?Mi a ROM?Hány bites a RAM ADDR regiszter?Hány bites a ROM ADDR regiszter?Mekkora az I-8051 RAM-ja?Mekkora az I-8051 ROM-ja?Hol helyezkednek el az I-8051 regiszterei?Mire szolgál az IR, SP, B, ACC, TMP1-2 regiszter?Mi a PSW?Hogy történik PC növelése?
Máté: Architektúrák 8. előadás 78
FeladatokMilyen és hány be/kimenete van az I-8051-nek?Mire használhatók az I-8051 be/kimenetei?Hány időzítője van az I-8051-nak?Mire használhatók az I-8051 időzítői?Mik az I-8051 ALU-jának bemenetei?Milyen állapotai vannak az óraciklusának?Jellemezze a CISC gépeket!Jellemezze a RISC gépeket!CISC vagy RISC gép a Pentium 4?CISC vagy RISC gép az UltraSPARC III?CISC vagy RISC gép az I-8051?Hasonlítsa össze a Pentium 4-et, az UltraSPARC
III-at és az I-8051-ez!
Máté: Architektúrák 8. előadás 79
FeladatokMilyen adat definíciós utasítást ismer?Hogy használható a DUP operátor?Milyen adatok definiálhatók a DB operátorral?Hogy definiálható ASCII kódú szöveg konstans?Milyen adatok definiálhatók a DW operátorral?Milyen operátor segítségével adhatunk meg távoli cím
konstanst?Milyen összetett adat definíciós utasítást ismer?Hogy definiálhatunk struktúrát?Hogy hozhatunk létre struktúra példányt?Hogy hozhatunk létre struktúra vektort?
Máté: Architektúrák 8. előadás 80
FeladatokHogy inicializálhatjuk egy struktúra valamely
mezejét?Struktúra híváskor mely mezőket inicializálhatjuk?Mit kell tudni a struktúra és mező névről?Hogy hivatkozhatunk egy struktúra valamely
mezejére?Hogy hivatkozhatunk egy struktúra vektor valamely
mezejére?Mi a rekord?Hogy definiálhatunk rekordot?Hogy adhatunk kezdőértéket egy rekordnak?Mit kell tudni a rekord és mező névről?Hogy hivatkozhatunk egy rekord valamely mezejére?
Máté: Architektúrák 8. előadás 81
FeladatokHogy hivatkozhatunk egy rekord vektor valamely
mezejére?Mi a szimbólum?Mi a címke?Hogy definiálhatunk címkét?Mi a változó?Hogy definiálhatunk változót?Hogy definiálhatunk szimbolikus konstanst?Hogy definiálhatunk szimbolikus szöveg konstanst?Mi a különbség az EQU-val és az = jellel történt
konstans definíció között?Mi egy szimbolikus konstans értéke?Mi a $ szimbolikus konstans értéke?
Recommended