Upload
behnazhs
View
229
Download
8
Embed Size (px)
Citation preview
پطزاظؾ ذط لل ای ثطزاضی
9فمل
حبخی لبزلی
پطزاظؾ ذط لل ای ثطزاضی
RISCذط لل •
پطزاظؾ ثطزاضی•
پطزاظـگط آضای•
پطزاظؾ هاظی•
ذط لل•
ذط لل حؽبثی•
ذط لل زؼتضالعول•
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 2
پطزاظؾ هاظی
پطزاظؾ هاظی ث هعی ثکبضگیطی تکیک بی •.اؼت پطزاظؾ وعهبى زاز بهتعی زض
ؼیؽتن افعایؿ ؼطعت هحبؼجبتث هظض •بی کبهپیتطی
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 3
پطزاظس ثب احسبی عولیبتی چس گب
ؼیؽتن هوکي اؼت زاضای ز یب چس
ALU ثبـس ثبثطایيهی تاس ز یب چس زؼتض ضا
ثطض وعهبى اخطا . کس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 4
Adder-subtractor
Integer multiply
Floatint-pointadd-subtract
Incrementer
Shift unit
Logic unit
Floatint-pointdivide
Floatint-pointmultiply
Processorregisters
To Memory
ثجبتبی پطزاظس
خوع تفطیك گط
ضطة کس لحیح
احس هطمی
احس ـیفت
افعایؿ گط
خوع تفطیك کس ـبض-هویع
ـبض-ضطة هویع
تمؽین کس هویع ـبض
(:Flynnزؼت ثسی )یکی اظ ضـب ثطای طجم ثسی پطزاظؾ هاظی•
پطزاظؾ هاظی هوکي اؼت ضی ضـت زؼتضات یب ضی ضـت •زاز ب یب ط ز ثبـس
(SISD)ضـت تک زؼتضی، ضـت تک زاز ای •
(SIMD)ضـت تک زؼتضی، ضـت چس زاز ای •
(MISD)ضـت چس زؼتضی، ضـت تک زاز ای •
(MIMD)ضـت چس زؼتضی، ضـت چس زاز ای •
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 5
ضـت تک زؼتضی، ضـت تک زاز ای (SISD)
ؼبظهبی اظ یک کبهپیتط ک زض آى یک احس •کتطل، یک احس پطزاظس یک احس حبفظ
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 6
CU MMPUIS DS
IS
(SIMD)ضـت تک زؼتضی، ضـت چس احسی
هفتطک اؼت یک احس کتطل تحت چس احس پطزاظؾ زاضای •
و پطزاظس ب زؼتضالعول احسی ضا تؼط احس کتطل •.زضیبفت ضی زاز بی هرتلفی عول هی کس
تفکیل ـس تب زض ( ثرؿ)حبفظ اظ چس هبژلاحس هفتطک •یک ظهبى ثتاس ث توبم پطزاظس ب اضتجبط ثطلطاض کس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 7
CU
PU1
PUn
PU2
MM1
MMn
MM2
DS1
DS2
DSn
IS
IS
Shared memmory
(MISD)ضـت چس زؼتضی، ضـت تک زاز ای
فمط اظ ظط تئضی حبئع اویت اؼت
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 8
PU1
PUn
PU2
DS
CU1
CUn
CU2
IS1
IS2
ISn
MM1MMn MM2
IS1
IS2
ISn
DS
Shared memory
(MIMD)ضـت چس زؼتضی، ضـت چس زاز ای
کبهپیتط بیی ک تاى پطزاظؾ چسیي ثطبه ضا •.زض یک ظهبى زاضس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 9
PU1
PUn
PU2
DSCU1
CUn
CU2
IS1
IS2
ISn
IS1
IS2
ISn
MM1
MMn
MM2
Shared memory
vv
پطزاظؾ هاظی
زض آى خعء ظیط اعوبل هحبؼج ب یب فبظبی ؼیکل )پطزاظؾ ذط لل -1
(اخطا هی ـس( وعهبى)زؼتضالعول ثمضت وپؾ
(زضثبض هحبؼجبت ثطزاضب هبتطیػ بی ثعضگ)پطزاظؾ ثطزاضی -2
ثط ضی آضای بی ثعضگی اظ زاز ب عول )پطزاظس بی آضای ای -3
(هی وبیس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 10
ذط لل
ذط لل تکیکی اؼت ک یک پطزاظؾ ؼطی ضا ث عولیبت خعئی •تفکیک هی وبیس ط عول خعئی زض همطع ذبلی وعهبى ثب
.ؼبیط همبطع اخطا هی گطزز
ط لطع اظ یک ثجبت ضزی ثسجبل آى یک هساض تطکیجی ؼبذت •.ـس اؼت
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 11
هثبلی اظ پطزاظؾ لل اییک عول تطکیجی ضطة خوع وطا ثب
ضـت ای اظ اعساز
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 12
R4
Ai
R1 R2
ضطة کس
R3
خوع کس
R5
MemoryBi Ci
1قطعو
2قطعو
3قطعو
Ai * Bi + Ci for i = 1, 2, 3, ... , 7
R1 Ai, R2 Bi Load Ai , Bi
R3 R1 * R2, R4 Ci Ci ضرب و دریافت
R5 R3 + R4 جمع
هحتیبت ثجبت زض هثبل ذط لل
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 13
شوارهپالص
ضاعت
1لطع 2لطع 3لطع
R1 R2 R3 R4 R5 1 A1 B1 - - - - 2 A2 B2 A1 * B1 C1 - - 3 A3 B3 A2 * B2 C2 A1 * B1 + C14 A4 B4 A3 * B3 C3 A2 * B2 + C25 A5 B5 A4 * B4 C4 A3 * B3 + C36 A6 B6 A5 * B5 C5 A4 * B4 + C47 A7 B7 A6 * B6 C6 A5 * B5 + C58 A7 * B7 C7 A6 * B6 + C69 A7 * B7 + C7
ط عولی ک ثتاس ث ضـت ای اظ خعء عولب ثب پیچیسگی یکؽبی تدعی ـز هی تاس تؼط یک پطزاظس ذط لل ای پیبز ؼبظی ـز
ایي تکیک ثطای آى زؼت اظ کبضثطزب هفیس اؼت ک یبظ ث تکطاض عولیبت یکؽبی ثط ضی هدوع ای اظ زاز بی هرتلف زاضس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 14
ؼبذتبض عوهی یک ذط لل چبض لطع ایعولسب اظ توبم لطع ب ثب تطتیت ثبثتی عجض هی کس-
ک تبیح هیبی لطعبت ضا گ هی Riلطعبت تؼط ثجبت بی -زاضز اظ ن خسا ـس اس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 15
Clock
Input R11 2 R2 3 R3 4
1 8765432 9
1
4
3
2
Clock cycles
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
Segm
ent
R4
ؽجت یک پطزاظؾ غیط ذط لل ای ث پطزاظؾ ذط لل:ؼطعت پطزاظؾ
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 16
p
n
tnK
ntS
)1(
1 8765432 9
1
4
3
2
Clock cycles
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
Seg
men
t
(task)تعساز تکلیف
ظهبى ثطای تکویل ط تکلیف 6tp= زض غیط ذط لل ای
ؽجت یک پطزاظؾ غیط ذط لل ای ث پطزاظؾ ذط لل:ؼطعت پطزاظؾ
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 17
p
n
tnK
ntS
)1(
1 8765432 9
1
4
3
2
Clock cycles
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
Seg
men
t
تعساز لطع
پبلػ ؼبعت
ؽجت یک پطزاظؾ غیط ذط لل ای ث پطزاظؾ :ؼطعت پطزاظؾ ذط لل
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 18
49
36
)164(
6.6
)1(
p
p
p
p
p
n
t
t
t
t
tnK
ntS
1 8765432 9
1
4
3
2
Clock cycles
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
T1 T6T3 T5T2 T4
Seg
men
t
پبلػ ؼبعت 9= ذط لل
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 19
p
n
tnK
ntS
)1(
p
n
t
tSIfn ط چ تعساز تکلیف ب اضبف ـس
اگط فطن کین ک ظهبى الظم ثطای غیط ذط لل وبى ظهبى زض ذط
لل ثبـس k
t
ktSktt
p
p
pn
ثبـس kتئضی زض ذط لل هی تاس حساکثط ؽجت ؼطعتضاثط فق فبى هی زس اؼتتعساز لطع زض ذط لل kک زض آى
هثبل
(k+n-1)tp=(4+99)x20=2060nsثطای تکویل پطزاظؾ یبظ زاضز 2060nsؼیؽتن ذط لل، ظهبی ثطاثط
tn=ktp=4x20=80ns ثب ایي فطن ک
nktp=100x80=8000ns تکلیف یبظ ذاس ـس 100ثطای تکویل 8000nsؼیؽتن غیط ذط لل ظهبی ثطاثط ثب
ؽجت ؼطعت ثطاثط اؼت ثب
8000/2060=3.88
هیل هی کس4ثب افعایؿ تعساز تکلیف ب، افعایؿ ؼطعت ثؽوت
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 20
tp=20ns:ظهبى پطزاظؾ زض ط لطع k=4: تعساز لطع n=100: تعساز تکلیف
زض ططاحی کبهپیتط ز ظهی ثطای ذط لل خز زاضز
اعوبل حؽبثی ضا ثمضت : ذط لل حؽبثی -1خعء عول ب ثطای اخطا زض لطعبت ذط لل
تمؽین هی کس
ضی ضـت ای اظ : ذط لل زؼتضالعول -2زؼتضات عول هی کس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 21
(ذط لل ثطای خوع تفطیك هویع ـبض)ذط لل حؽبثی
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 22
R
هقایطو نواىابا تفریق
a b
R
انتخاب نما
نوا ىا
R
A B
ردیف کردى هانتیص ىا
هانتیص ىا
تفاضل
R
جوع یا تفریق هانتیص
R
نرهالیسه کردى نواىا
R
R
ىن ریف کردى نواىا
R
1قطعو :
2قطعو :
3قطعو :
4قطعو :
همبیؽ وبب -13-2=1 X=0.9504 x 103
Y = 0.8200 x 102
وطزیف کطزى هبتیػ ب -2X = 0.9504 x 103
Y = 0.08200 x 103
خوع یب تفطیك هبتیػ ب -3
Z = 1.0324 x 103
طهبلیع کطزى تید -4
Z = 0.1324 x 104
ذط لل زؼتضالعول
چطذ زؼتضالعول
ثطزاـت زؼتض اظ حبفظ -1
زیکس زؼتض -2
هحبؼج آزضغ هؤثط -3
ثطزاـت عولس اظ حبفظ -4
اخطای زؼتض -5
شذیط تید زض هکبى هبؼت-6
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 23
Segment 1 :
Segment 4 :
Segment 3 :
Segment 2 :
Fetch instructionfrom memory
Decode instructionand calculate
effective address
Fetch operandfrom memory
Execute instruction
Branch ?
Interrupt ?Interrupthandling
Update PC
Empty pipe
برداشت دضترالعول از حافظو
کذ گشایی دضترالعول هحاضبو آدرش هؤثر
برداشت عولنذ از حافظو
اجرای دضترالعول
برداشت در قبال قفو
PCبينگام ضازی
تخلیو خط للو
افعبة؟
لف؟
1قطعو :
2قطعو :
3قطعو :
4قطعو :
ذط لل زؼتضالعول
لطع ای 4ذط لل زؼتضالعول : هثبل
CPUلطع ذط لل 4
(1FI :زؼتضالعول ثطزاـت
(2DA : زیکس زؼتضالعول هحبؼجآزضغ هؤثط
(3FO :ثطزاـت عولس
(4EX :اخطا
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 24
Segment 1 :
Segment 4 :
Segment 3 :
Segment 2 :
Fetch instructionfrom memory
Decode instructionand calculate
effective address
Fetch operandfrom memory
Execute instruction
Branch ?
Interrupt ?Interrupthandling
Update PC
Empty pipe
برداشت دضترالعول از حافظو
کذ گشایی دضترالعول هحاضبو آدرش هؤثر
برداشت عولنذ از حافظو
اجرای دضترالعول
برداشت در قبال قفو
بينگام ضازی PC
تخلیو خط للو
افعبة؟
لف؟
1قطعو :
2قطعو :
3قطعو :
4قطعو :
1 32
1
4
3
2
7
6
5
87654 9 121110 13
FI EXFODA
FI EXFODA
FI EXFODA
FI EXFODA
FI EXFODA
FI EXFODA
FI EXFODA
FI
Instruction :
(Branch)
Step :
BranchNo Branch
انشعاب: 3دضترالعول
(:هفکل عوس 3)احطاف زؼتض ذط لل اظ ضس هعولی
هفکالت هبثع اطالعبت1)
زؼتیبثی وعهبى ز لطع ث حبفظ
اثؽتگی زاز ب( 2
ظهبی ضخ هی زس ک زؼتضی ث تید زؼتض لجلی زیگطی اثؽتگی زاـت ثبـس آى تید ظ ثسؼت یبهس ثبـس
هفکالت افعبة( 3
لف، ثبظگفت اظ )اظ زؼتض افعبة زیگط زؼتضالعولب ضا تغییط هی زس PCک اضظؾ ...( ظیطضال،
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 25
اثؽتگی ث زاز ب
اثؽتگی زاز گبهی ضخ هی زس ک زؼتضی، زاز ای ضا ک ظ .آهبز یؽت الظم زاضز
:ضـبی ثطذضز ثب چیي هفکالتی
ؼرت افعاضی•هساضی ک ظیف اؾ ـبؼبیی زؼتضاتی اؼت ک :وجسبی ؼرت افعاضی
.عولسبی هجسا آب هممس عولسبی زؼتضات ثعسی زض ذط لل اؼت
ثب تبذیط کبفی اظ پبلػ بی ؼبعت هفکل ضا هطتفع هی ؼبظس
اؼتفبز اظ ؼرت افعاض ذبلی ثطای ـبؼبیی هفکل ؼپػ : اضؼبل عولستید، ثجبت، ALU)خت زی ث زاز اظ ططیك هؽیطبی ذبلی ثیي لطعبت
( ث لضت هؽتمین ALUضزی
(ؼپطزى هؽئلیت ضفع هفکل ث کبهپبیلط)طم افعاضی •
(ثب اخطای زؼتضات یچ کبض تغییط تطتیت اخطای زؼتضالعول ب)ثبض کطزى ثب تبذیط
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 26
زؼتکبضی زؼتضالعول بی افعبة
زؼتضات افعبة تطتیت اخطای ضـت زؼتضات•
ضا ـکؽت هفکالتی ضا زض ذط لل ایدبز هی وبیس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 27
RISCذط لل
RISCاحس پطزاظؾ
ذط لل زؼتضالعول
اخطای زؼتضالعول زض یک ؼیکل ؼبعت
(زض ـبذت حسالل کطزى تبذیطات)پفتیجبی کبهپبیلط
ذط لل زؼتضالعول ؼ لطع ای: هثبل
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 28
زؼتکبضی زؼتضالعول بی افعبة
RISCاحس پطزاظؾ
(ؼ عول خعئی زض ؼ لطع)ؼیکل زؼتض
I- ثطزاـت زؼتض
A- عولALU
E- اخطای زؼتض
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 29
عولی ثطای زؼتضالعولبی زؼتکبضی-1هحبؼج آزضغ هؤثط یک زؼتض ثبضکطزى یب شذیط -2هحبؼج آزضغ افعبة ثطای زؼتضالعول کتطل ثطبه-3
ثجبت هممس-1حبفظ زاز -2افعبة-3
RISCذط لل
ثبض کطزى ثب تبذیط•
کبهپبیلط یک زؼتض•
یچ کبض زض ثطبه هی گدبس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 30
1 32 654
1. Load R1
4. Store R3
3. Add R1+R2
2. Load R2
I EA
I EA
I EA
I EA
(a) Pipeline timing with data conflict
1 32 654
1. Load R1
4. Add R1+R2
2. Load R2
I EA
I EA
I EA
I EA
(b) Pipeline timing with delayed load
5. Store R3
3. No-operation
7
I EA
Clock cycles :
Clock cycles :
3
213
2
1
3:4
:3
2:2
1:1
RaddressMSTORE
RRRADD
addressMRLOAD
addressMRLOAD
RISCذط لل
افعبة ثب تبذیط•
:هثبل• R1ثبض کطزى حبفظ زض
R2افعایؿ
R4ثب R3خوع
R6اظ R5تفطیك
Xافعبة ث آزضغ
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 31
1 32 654
1. Load
4. Subtract
3. Add
2. Increment
I EA
I EA
I EA
I EA
(a) Using no-operation instructions
Clock cycles :
1 32 654
I EA
I EA
I EA
I EA
(b) Rearranging the instructions
7
I EA
Clock cycles :
5. Branch to X
8. Instruction in X
6. No-operation
7. No-operation
7 1098
I EA
I EA
I EA
I EA
1. Load
5. Subtract
4. Add
2. Increment
3. Branch to X
6. Instruction in X
8
I EA
PC ثبض هی ـز
پطزاظؾ ثطزاضی
کبهپیتط بیی ک لبثلیت پطزاظؾ ثطزاضی ضا •کبضثطز زاضسکبضبی ترممی زاضس زض
و بیی اظ ظهی بی کبضثطزی زض پطزاظؾ ثطزاضی
پیؿ ثیی زضاظهست ضع ا•
اکتفبفبت فت•
تحلیل زاز بی ظلعل گبضی•
تفریك پعـکی•
غیط•
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 32
عولیبت ثطزاضی
DO 20 I = 1, 10020 C(I) = B(I) + A(I)
پطزاظس هعولیInitialize I = 0
20 Read A(I)Read B(I)Store C(I) = A(I) + B(I)Increment I = i + 1If I 100 goto 20
پطزاظس ثطزاضی
C(1:100) = A(1:100) + B(1:100)
اتالف کبهپیتطی ک لبزض ث پطزاظؾ ثطزاضی اؼت • لت هطثط ث ثطزاـت اخطای زؼتضالعول ب
ضا زض حلم ثطبه حصف هی کس
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 34
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 35
لبلت زؼتض ثطای پطزاظس ثطزاضی
Operation code
Base address source 1
Base address source 2
Base address destination
Vector length
ضطة هبتطیؽی
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 36
333231
232221
131211
333231
232221
131211
333231
232221
131211
ccc
ccc
ccc
bbb
bbb
bbb
aaa
aaa
aaa
31132112111111 bababac
Source A
Source B
Multiplier pipeline
Adder pipeline
خط لوله ضرب
(قطعه 4)کننده
خط لوله جمع
(قطعه 4)کننده
ذط لل ثطای هحبؼج یک ضطة زاذلی(لطع 4)ذط لل ضطة کس •(لطع 4)ذط لل خوع کس •
–after 8th clock input
–Four section summation
kkBABABABAC 332211
SourceA
SourceB
Multiplierpipeline
Adderpipeline
» پالس ساعت 4بعد از
A1B1
SourceA
SourceB
Multiplierpipeline
Adderpipeline
A4B4 A3B3 A2B2 A1B1
SourceA
SourceB
Multiplierpipeline
Adderpipeline
SourceA
SourceB
Multiplierpipeline
Adderpipeline
» پالس ساعت...و11، 10، 9بعد از
A8B8 A7B7 A6B6 A5B5 A4B4 A3B3 A2B2 A1B1 A8B8 A7B7 A6B6 A5B5 A4B4 A3B3 A2B2 A1B1
5511 BABA
, , ,
6622 BABA
161612128844
151511117733
141410106622
1313995511
BABABABA
BABABABA
BABABABA
BABABABAC
» بعد از یک پالس ساعت
» پالس ساعت 8بعد از
ثطگی کطزى حبفظپطزاظس بی ذط لل ثطزاضی اغلت یبظ ث زؼتیبثی وعهبى ث ز یب ؼ هجع زاضس–
ثبثطایي حبفظ ضا هی تاى ث تعسازی هبژل ک ث گصضگب بی آزضغ زاز للس .تمؽین کطز
وبس ـکل–، ز ثیت کن اضظـتط آزضغ ثطای AR DRحبفظ زاضای ثجبت چبض هبژل، ط آضای –
هبژل 4تفکیک
(هثال ز هبژل ثطای حبفظ آزضؼبی ظج فطز ثطای ط یک)اهکبى ثطگی کطزى حبفظ–
AR
Memoryarray
DR
AR
Memoryarray
DR
AR
Memoryarray
DR
AR
Memoryarray
DR
Address bus
Data bus
:هعیت حبفظ هبژلییک پطزاظس ثطزاضی زاضای
ثطگی هی nیک حبفظ nعولس ضا اظ nتاس
هبژل هرتلف ثطزاضز
ؼپط کبهپیتط
عولیبت حؽبثی + زؼتضالعولبی ثطزاضی = ؼپط کبهپیتطهویع ـبض ذط لل ای
پطزاظس آضای ای•هحبؼجبت ضا ثط ضی آضای بی ثعضگی اظ زاز ب ادبم هی زس
آضای پطزاظ الحبلی•عی پطزاظس کوکی اؼت ث یک کبهپیتط و هظض هتمل –
.هی گطزز
سف اظ ثکبضگیطی ایگ پطزاظس ب ثبال ثطزى عولکطز کبهپیتط –.اللی زض هحبؼجبت عسزی ذبق اؼت
General-purposecomputer
Input-Outputinterface
Attached arrayProcessor
Main memory Local memoryHigh-speed memory to-
memory bus
(ؼبظهبى تک زؼتضالعول چس زاز ای)SIMDآضای پطزاظ
ایي پطزاظس زؼتضالعولبی ثطزاضی ضا ثب اؼتفبز اظ احسبی –عولیبتی هتعسزی زض پبؼد ث یک زؼتض ادبم هی زس
»C = A + B ci = ai + bi
یک احس حؽبة هویع ،ALUیک )PEiعمط پطزاظؾ ، (ـبض،تعسازی ثجبت عولیبتی
Mi طPE یک حبفظ هحلیM ضا زاضاؼت
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 41
PE1
PE3
PE2
M1
M3
M2
PEn Mn
Master controlunit
Main memory
9پبیبى فمل
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 42
حاجی صادقی 9معماری کامپیوتر فصل 43