计算机组成原理第2版-002.ppt

第６章 计算机的运算方法 6.1 无符号数和有符号数 6.2 数的定点表示和浮点表示 6.3 定 点 运 算 6.4 浮点四则运算 6.5 算术逻辑单元 第７章 指 令 系 统 7.1 机 器 指 令 7.2 操作数类型和操作种类 7.3 寻 址 方 式 7.3 寻 址 方 式 7.4 指令格式举例 7.5 RISC 技 术 第８章 CPU 的结构和功能 8.1 CPU 的结构 8.2 指 令 周 期 8.3 指 令 流 水 8.4 中断系统 2. 每条指令的指令周期不同 取指周期 指令周期 取指周期 执行周期 指令周期 NOP ADD mem MUL mem 8.2 取指周期 执行周期 指令周期 … 3. 具有间接寻址的指令周期 4. 带有中断周期的指令周期 取指周期 间址周期 指令周期 执行周期 取指周期 间址周期 指令周期 执行周期 中断周期 8.2 5. 指令周期流程 取指周期 执行周期 有间址吗？ 有中断吗？ 间址周期 中断周期 是 是 否 否 8.2 6. CPU 工作周期的标志 CPU 访存有四种性质 取 指令 取 地址 取 操作数 存 程序断点 取指周期 间址周期 执行周期 中断周期 FE D IND D INT D CLK 1 FE 1 IND 1 EX 1 INT EX D CPU 的 4个工作周期 8.2 1. 取指周期数据流 二、 指令周期的数据流 MDR CU MAR PC IR 存储器 CPU 地址总线 数据总线 控制总线 IR +1 8.2 2. 间址周期数据流 MDR CU MAR CPU 地址总线 数据总线 控制总线 PC IR 存储器 MDR 8.2 3. 执行周期数据流 4 . 中断周期数据流 不同指令的执行周期数据流不同 MDR CU MAR CPU 地址总线 数据总线 控制总线 PC 存储器 8.2 一、如何提高机器速度 1. 提高访存速度 2. 提高 I/O 和主机之间的传送速度 提高整机处理能力 高速芯片 Cache 多体并行 I/O 处理机 DMA 多总线 通道 高速器件 改进系统结构 ，开发系统的并行性 中断 3. 提高运算器速度 高速芯片 改进算法 快速进位链 二、系统的并行性 时间上互相重叠 2. 并行性的等级 指令级（指令之间） 　　　（指令内部） 过程级（程序、进程） 两个或两个以上事件在 同一时刻 发生 两个或两个以上事件在 同一时间段 发生 并行 1. 并行的概念 粗粒度 软件实现 细粒度 硬件实现 并发 同时 8.3 取指令 3 执行指令 3 三、指令流水原理 2. 指令的二级流水 1. 指令的串行执行 取指令 取指令部件 完成 总有一个部件 空闲 指令预取 若 取指 和 执行 阶段时间上 完全重叠 指令周期 减半 速度提高 1 倍 … 执行指令 执行指令部件 完成 取指令 1 执行指令 1 取指令 2 执行指令 2 取指令 3 执行指令 3 取指令 2 执行指令 2 取指令 1 执行指令 1 8.3 必须等 上条 指令执行结束，才能确定 下条 指令的地址， 造成时间损失 3. 影响指令流水效率加倍的因素 (1) 执行时间 取指时间 (2) 条件转移指令 对指令流水的影响 解决办法 ？ 取指令 部件 指令部件 缓冲区 执行指令 部件 猜测法 8.3 4. 指令的六级流水 六级流水 14 个时间单位 串行执行 6 × 9 ＝ 54　个时间单位 完成 一条指令 6 个时间单位 CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 8.3 指令 1 与指令 4 冲突 指令 2 与指令 5 冲突 指令1、指令3、指令 6 冲突 … CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO