常见的CPU的结构和功能..ppt

小结： 各类信息的传送路径 指令：M-----DR-----DBUS-----IR 地址：PC----ABUS----AR-----（取决于寻址方式） 数据： 寄存器----寄存器 总线直接传送 寄存器----存储器 Ri----DBUS----DR-----M 存储器----寄存器 M----DR-----BUS-----Ri IR PC AR DR R0 R1 R2 R3 M A B ALU IRi IRo PCi PCi ARi DRi DRo R0i R0o R3i R3o Xi Yi A总线 B总线 G + - R/W PC→AR M→DR DR→IR R2→Y R0→X R0+R2→R0 ~ PC→AR M→DR DR→IR R3→Y R1→X R3-R1→R3 ~ PC0，G，ARi DR0，G，IRi R2o，G，Yi R00，G，Xi +，G，R0I R/W=R R3o，G，Yi R1o，G，Xi -，G，R3i 1 并行的概念 并行 并发 同时 两个或两个以上事件在同一时间段发生 两个或两个以上事件在同一时刻发生 时间上互相重叠 2 并行性的等级 过程级（程序、进程） 指令级（指令之间） 粗粒度 细粒度 软件实现 硬件实现 1 指令的串行执行 2 指令的二级流水 执行指令1 取指令1 取指令 取指令部件 完成 执行指令 执行指令部件 完成 总有一个部件空闲 取指令1 执行指令1 执行指令2 取指令2 执行指令3 取指令3 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3 取指令3 … 执行指令2 取指令2 （1）执行时间取指时间 执行指令 部件 取指令 部件 执行部件 缓冲区 （2）条件转移指令 对指令流水的影响 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 猜测法 解决办法？ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 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 t FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO 完成 一条指令 串行执行 六级流水 6 个单位时间 14 个单位时间 54 单位时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 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 t FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO 1 访存冲突 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 …… 解决办法 指令存储器和数据存储器分开 指令预取技术（适用于访存周期短的情况） 程序的相近指令之间出现某种关联 使指令流水出现停顿 影响流水线效率 （1）控制相关 LDA #0 LDX #0 ADD X, D INX CPX #N BNE M DIV #N STA ANS BNE 指令必须等 CPX 指令必须等 才能判断出 是转移 还是顺序执行 M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 指令1 指令2 指令3 指令4 指令5 指令6 指令7 指令15 指令16 t FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO FI DI CO FI DI FI FI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WO （1）控制相关 设 指令3 是转移指令 转移损失 几条相近的指令间，共用 同一存储单元 或 同一寄存器 时， 会出现 数据相关 如： ADD R1, R2 SUB R1, R3 解决办法 采用 旁路技术 寄存器组 锁存器 锁存器 ALU 1 指令流水线结构 完成一条指令分 7段，每段需一个时钟周期 修改指令指针部件 回写结果部件 操作执行部件 取操作数部件 地址形成部件 指令译码部件 取指令部件 锁 存 锁 存