Struktur CPU CPU mesti Mengambil arahan Fetch instructions

Struktur CPU • CPU mesti: – Mengambil arahan (Fetch instructions) – Mentafsir arahan (Interpret instructions) – Mengambil data (Fetch data) – Memproses data (Process data) – Tulis data (Write data)

Pendaftar (Registers) • CPU mesti mempunyai sedikit ruang kerja (storan sementara) • dipanggil pendaftar (registers) • Bil dan fungsi berlainan utk rekabentuk pemproses yg berlainan • Salah satu perbincangan penting dlm membuat keputusan rekabentuk • Aras tertinggi dlm hierarki memori

User Visible Registers • • Kegunaan Am (General purpose) Data Alamat (Address) Kod 2 Keadaaan (Condition codes)

Pendaftar Kegunaan Am (1) • Kemungkinan sememangnya utk kegunaan am • Kemungkinan ada had penggunaan • Kemungkinan digunakan utk data atau pengalamat • Data – Penumpuk (Accumulator) • Pengalamat – Segment

Pendaftar Kegunaan Am (2) • Jadikan ia kegunaan am – Tingkatkan fleksibiliti dan programmer options – Tingkatkan saiz arahan & kekompleksan • Make them specialized – Smaller (faster) instructions – Less flexibility

Berapa banyak pendaftar GP? • • Antara 8 - 32 Sedikit = lbh rujukan memori diperlukan Lbh tidak mengurangkan rujukan memori See also RISC

Berapa besar? • Cukup besar utk memegang alamat penuh • Cukup besar utk memegang full word • Selalunya tak mustahil utk menggabungkan dua pendaftar data – C programming – Double int a; – Long int a;

Pendaftar Kod Keadaan • Set 2 bit 2 individu – Cth. Result of last operation was zero • Boleh dibaca (implicitly) oleh pengaturcara – Cth. Jump if zero • Tidak boleh (selalunya) diset oleh pengaturcara.

Pendaftar Kawalan & Status • • Program counter (PC) Instruction decoding register Memory address register (MAR) Memory buffer register (MBR) • Revision: what do these all do?

Program Status Word • • • Set bit-bit Termasuk kod 2 keadaan Sign of last result Sifar (Zero) Bawaan (Carry) Sama (Equal) Limpahan (Overflow) Sampukan enable/disable Supervisor

Mod Supervisor • • Memory management I/O supervisor Intel ring zero Kernel mode Memboleh arahan khas dilaksanakan Digunakan oleh OS Pengguna atrucara tidak dibolehkan

Pendaftar lain • Kemungkinan ada pendaftar yg bertugas : – Process control blocks (see O/S) – Interrupt vectors (see O/S) • N. B. Rekabentuk CPU design & rekabentuk OS senantiasa berkait rapat

Example Register Organizations

Foreground Reading • Stallings chapter 11 • Manufacturer web sites & specs

Kitaran Tak Terus • Kemungkinan memerlukan capaian memori utk mengambil operan • Pengalamat Tak-terus memerlukan lebih capaian memori • Boleh dikatakan sbg additional instruction subcycle

Instruction Cycle With Indirect

Instruction Cycle State Diagram

Aliran Data (Ambilan Arahan) • Bergantung kpd rekabentuk CPU • Pada amnya: • Ambilan (Fetch) – – – PC mengandungi alamat utk arahan berikutnya Alamat tersebut disalurkan ke MAR Alamat ditempat pada bas alamat Unit kawalan mohon membaca memori Result ditempatkan pada bas data, salin ke MBR, dan kemudian ke IR – Sementara itu PC ditingkat by 1

Aliran Data (Ambilan Data) • IR disemak/diperiksa • Jika pengalamat tak-terus, kitaran tak-terus dilaksanakan – N bit terkanan dlm MBR dipindahkan ke MAR – Unit kawalan mohon membaca memori – Result (alamat operan) disalurkan ke MBR

Data Flow (Fetch Diagram)

Data Flow (Indirect Diagram)

Aliran Data (Perlaksanaan) • Terdiri dari berbagai pola • Bergtg kpd arahan yg dilaksanakan • Mungkin termasuklah: – Baca/tulis memori (Memory read/write) – Input/output – Peralihan pendaftar (Register transfers) – Operasi 2 ALU

Aliran Data (Sampukan) • Ringkas (Simple) • Boleh ramal (Predictable) • Nilai PC semasa disimpan utk membolehkan proses disampung selepas sampukan • Kandungan dlm PC disalin ke MBR • Lokasi memori khas (Cth. Stack pointer) dimuatkan ke MAR • MBR ditulis ke memori • PC dimuatkan dengan alamat ‘interrupt handling routine’ • Arahan berikutnya (yakni arahan pertama dlm ‘interrupt handler’) boleh diambil

Data Flow (Interrupt Diagram)

Pra-Ambilan (Pre-fetch) • Prose ambilan perlu mencapai memori utama • Selalunya ketika perlaksanaan, memori utama tidak dicapai • Oleh itu ketika ini, arahan berikutnya boleh diambil (yakni ketika perlaksanaan) • Ini dikenali sebagai pra-ambilan arahan (instruction prefetch).

Adakah prestasi ditingkatkan? • tetapi tidak berganda: – Proses ambilan selalunya lbh pendek drpd perlaksanaan • Blhkah Pra-Ambilan mengambil lbh drpd 1 arahan? – Sebarang senario jump atau branch, arahan 2 dlm pra-ambilan adlh arahan 2 yg tidak diperlukan • Tambah segmen utk meningkatkan prestasi

Execution of a Complete Instruction Begin No CPU activated DR <= M(AR) Yes AC <= AC + DR AR <= PC DR <= M(AR) IR<= DR(opcode) Increment PC Decode Inst. . Add Inst. . Yes AR <= DR(add) No

Unit Kawalan • Fungsi Unit Kawalan • Menerbitkan isyarat 2 kawalan & arahan • Pilih fungsi yg akan dilaksanakan • Penunjuk jalan data melalui unit fungsi yg betul • Turutan arahan • Kaedah bagaimana arahan dipilih utk perlaksanaan • Kawalan pemproses yg mana dipindahkan drpd satu arahan ke arahan yg lain » arahan 2 bersyarat dan tak bersyarat

Unit Kawalan • Tafsiran Arahan (Instruction interpretation) • Kaedah ig digunakan utk mengaktifkan isyarat 2 kawalan yg menyebabkan unit pemprosesan data melaksanakan arahan • Kaedah 2 perlaksanaan – Unit kawalan dawai-kekal (Hardwired control unit) – Unit kawalan teraturcara-mikro (Micro-programmed control unit)

Unit Kawalan Dawai-Kekal • Keperluan isyarat 2 kawalan yg unik ditentukan oleh perkara berikut: – Kandungan pembilang kawalan – Kandungan daftar arahan – Kandungan kod 2 keadaan dan situasi bendera 2

Hardwired Control Unit Clock CLK IR Control step counter Decoder/ Encoder Control signals Status flags Condition Codes

Unit Kawalan Dawai-Kekal • Status bendera 2 adalah isyarat 2 yg mewakili situasi pelbagai seksyen CPU dan pelbagai talian kawalan disambung kpdnya. • Blok decoder/encoder adalah litar gabungan yg menjanakan kawalan keluaran yg diperlukan. • Step decoder menyediakan talian isyarat yg berasingan utk setiap step, or time slot. • Keluaran drpd instruction decoder terdiri drpd talian berasingan utk setiap arahan mesin.

Unit Kawalan Dawai-Kekal Kebaikan & Keburukan – Meminimum bilangan komponen yg diguna – Memaksimakan kelajuan operasi – Perubahan pelakuan hanya boleh dilaksanakan melalui merekabentuk semula secara fizikal.