Cpu Multiciclo

CPUCPUImplementaImplementao o MulticicloMulticiclo

Prof. Carlos [email protected]

AtAt ento, tento, tnhamos ...nhamos ...

Problemas comProblemas comImplementaImplementao Monocicloo Monociclo

Ciclo de clock tem o mesmo tamanho para todas as instrues implementadas;

Este ciclo definido pela instruo de maior durao (lw load word);

Cada unidade funcional s pode ser usada 1 vez por ciclo;

Com isso, algumas unidades funcionais so duplicadas, aumentando consideravelmente o custo do hardware.

ImplementaImplementao o MulticicloMulticiclo

A execuo de cada instruo quebrada em passos;

Cada passo gasta 1 ciclo de clock; Com isso, uma unidade funcional pode ser

utilizada + de 1 vez por instruo, desde que em diferentes ciclos.

ImplementaImplementao o MulticicloMulticiclo

Diferenas: nica memria; nica UAL; Registradores aps unidades funcionais.

ImplementaImplementao o MulticicloMulticicloCaminho de DadosCaminho de Dados

Incluses: Registradores (IR, MDR, A, B, UALSada),

Multiplexadores (End. Memria, UAL)

ImplementaImplementao o MulticicloMulticicloLinhas de ControleLinhas de Controle

ImplementaImplementao o MulticicloMulticicloCaminho CompletoCaminho Completo

Trecho da MTrecho da Mquinaquinade Estadosde Estados

Passos na execuPassos na execuoode uma instrude uma instruo (1/5)o (1/5)

Busca da instruo e clculo do endereo seguinte:

IR = Memria[PC]PC = PC + 4


Decodificao da instruo e busca do registrador:

A = Reg[IR[25-21]]B = Reg[IR[20-16]]

UALSada = PC + extenso_sinal(IR[15-0]


Execuo, clculo do endereo de memria ou desvio condicional: Referncia a memria:

UALSada = A + extenso_sinal(IR[15-0]) Instruo aritmtica ou lgica:

UALSada = A op B Desvio condicional:

Se (A == B) PC = UALSada Desvio incondicional:

PC = PC[31-28] || (IR[25-0]


Final de execuo das instrues de escrita em memria e do tipo R: Referncia a memria (load):

MDR = Memria [UALSada] Referncia a memria (store):

Memria [UALSada] = B Instrues aritmticas ou lgicas:

Reg[IR[15-11]] = UALSada


Final de execuo das instrues de leitura memria: Referncia a memria (load):

Reg[IR[20-16]] = MDR

ImplementaImplementao doo doControleControle

No monociclo utilizamos um conjunto de tabelas-verdade;

Na implementao de controle no projeto multiciclo veremos 2 abordagens: Mquina de estados finitos; Microprogramao.

ControleControleMMquina de Estados quina de Estados

Finitos (1/6)Finitos (1/6)

MMquina de Estados quina de Estados Finitos Completa (6/6)Finitos Completa (6/6)

ImplementaImplementao doo doControleControle

MicroprogramaMicroprogramaoo A implementao real do MIPS possui um

conjunto com cerca de 100 instrues; Cada gasta de 1 a 20 ciclos de clock para

ser executada; Naturalmente, a funo de controle ser

bem mais complexa, o que dificulta a sua especificao de forma grfica;

Microprogramao o projeto de controle como um programa que implementa instrues de mquina em termos de estruturas mas simples (microinstrues).

MicroprogramaMicroprogramaoo Na microprogramao temos a

representao simblica dos valores das linhas de controle;

Assim, um microprograma est para os sinais de controle (microinstrues) assim como a linguagem de montagem estpara as instrues de mquina.

ArmazenamentoArmazenamentode um de um MicrocMicrocdigodigo

Formato da Formato da microinstrumicroinstruoo

Deve seguir padres de projeto de linguagens de programao;

Cada campo deve ser responsvel por um conjunto de sinais que no se sobreponham;

Do formato apresentado no livro, temos 6 campos que controlam o caminho de dados e 1 que controla o seqenciamentodas microinstrues.

Formato da Formato da microinstrumicroinstruoo (1/4)(1/4)

Controle da UAL (operao da UAL) Valores:

Soma: faz com o que a UAL some Subtrao: idem para subtrao Cdigo de funo: usa o campo de funo da

instruo SRC1 (entrada 1 da UAL)

Valores: PC: PC como primeira entrada da UAL A: A como primeira entrada da UAL


SRC2 (entrada 2 da ual) Valores:

B: B como segunda entrada da UAL 4: B constante 4 como segunda entrada da UAL Estendido: sada da extenso de sinal Estendido/deslocado: sada da extenso com deslocamento

de 2 bits Controle de Registrador (leitura/escrita)

Valores: Leitura: atualiza A e B com campos do IR Escrita da UAL: Escreve no banco com campo do IR (rd) e

UALSaida como dado Escrita do MDR: Escreve no banco com campo do IR (rt) e

MDR como dado


Memria (leitura/escrita na memria) Valores:

Leitura partir do PC: L da memria usando o PC e escreve resultado no IR

Leitura partir do UAL: L da memria usando o UALSaidae escreve resultado no MDR

Escrita partir da UAL: Escreve na memria usando UALSaida como endereo e B como dado

Controle PCEsc (Escrita no PC) Valores:

UAL: Escreve a sada da UAL no PC UALOut-cond: Se sada Z da UAL ativa, atualiza PC com

UALSaida End. Desvio Incondicional: Atualiza PC com endereo

incondicional da instruo


Seqenciamento (Como escolher a prxima microinstruo) Valores:

Seq: Escolhe a prxima microinstruosequencialmente

Busca: Desvia para a primeira microinstruo Despacho i: Despacha de acordo com o tipo de

instruo (opcode)

Arquitetura Arquitetura MulticicloMulticiclo

MicroprogramaMicroprograma

BuscaUalOutBASubBeq1BuscaIncondJump1

BuscaEscUalSeqBAFuncRform1

BuscaEscUalSW2BuscaEscMdrSeqLerUalLW2

Desp2ExtASomaMem1Desp1LeituraExtDesPCSoma

SeqUalPC4PCSomaBuscaSeqPcEscMemRegsSrc2Src1UalIdent

BibliografiaBibliografia Organizao e projeto de computadores

David A. Patterson & John L. HennessyLTC

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