Обработка команд процессоров. Понятие конвейера команд. Виды конвейеров

Основные группы команд процессора

Способы адресации операндов

1. Подразумеваемый операнд. В команде не указывается явно адрес операнда, операнд подразумевается и задаётся фактически кодом операции. Пример: INC r <r> ß <r>+1

2. Подразумеваемый адрес. В команде отсутствует адрес операнда, но он подразумевается. Пример:

Add r (A) ß (A)+<r>

3. Непосредственная адресация. В команде содержится не адрес операнда, а сам операнд.

Пример: mov r,data

4. Прямая адресация. В команде находится адрес операнда.

5. Относительная адресация. Вводится понятие исполнительного адреса A_{эфф.исп}= А_базы + А_ком. Адрес базовый хранится в специальном регистре.

ОП

Целевой адрес

Базовый адрес

Смещение

Различают два способа относительной адресации:

a. ОтнА суммированием. Более универсальный, но сложение выполняется долго (то есть более медленный).

b. ОтнА совмещением. Более быстрый, но не позволяется адресовать всю оперативную память.

6. Укороченная адресация. Адресный код содержит только часть адреса, например, младшие или старшие разряды. Остальные разряды подразумеваются. Используется только совместно с другими видами адресации.

7. Регистровая адресация. Является частным случаем укороченной.

8. Косвенная адресация. Адрес команды указывается на адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда.

9. Автоинкрементная адресация и Автодекрементная адресация.

10. Стековая адресация.

11. Адресация слов переменной длины.

12. И так далее.

В CISC используются обычно все. В RISC два-три.

1. Арифметические операции для чисел с фиксированной и плавающей запятой

2. Логические команды

3. Команды передачи данных

4. Команды ввода-вывода

5. Команды передачи управления (управления порядком исполнения команд)

6. Команды управлением режимом работы (состоянием процессора)

06032012 Лекция 6

Выполнение команды, как правило, выполнение последовательности микроопераций. А выполнение одной микрооперации обычно занимает один такт. Основной задачей процессора является последовательное выполнение команд программы. В алгоритме работы процессора принято выделять основной цикл, который называется цикл выполнения команды.

Типовой цикл команд включает следующие этапы (группа арифметических и логических команд):

1. Выборка команды и анализ кода операции команды (КОП). t1

2. Формирование адресов операндов. t2

3. Выборка операндов. t3

4. Выполнение операции в АЛУ и формирование признаков. t4

5. Сохранение/запись результата. t5

В данном цикле выделяют периоды времени, связанные с важными функциональными действиями процессора. Они совпадают с этапами действия процессора.

Согласно схемы можно определить время последовательного выполнения команды t_посл=t1+t2+t3+t4+t5.

Производительность процессора P_посл= 1/t_посл.

В 1956 году советский учёный Лебедев предложил способ совмещения во времени отдельных этапов рабочего цикла. Суть: если для каждого этапа иметь свой аппаратный блок и соединить эти блоки в обрабатываемую линию, то получиться конвейер.

Этап1

Этап2

Этап N

…

В конвейере результаты с предыдущего блока подаются на следующий блок. Особенность: каждый блок является самостоятельным устройством, выполняет определённые функции и работает по своему алгоритму. Это позволяет обрабатывать одновременно n-е количество команд и тем самым повышает производительность.

Пример: Pentium

Такты/ Этапы	CLK0	CLK1	CLK2	CLK3	CLK4	CLK5	CLK6	CLK7	…
pf	i1,i2	i3,i4	i5,i6	i7,i8		i9,i10	i11,i12	i13,i14
d1		i1,i2	i3,i4	i5,i6	i7,i8		i9,i10	i11,i12
d2			i1,i2	i3,i4	i5,i6	i7,i8		i9,i10
ex				i1,i2	i3,i4	i5,i6	i7,i8
wb					i1,i2	i3,i4	i5,i6

CLK0-CLKn – последовательность процессорный тактов

Pf – стадия предвыборки

D1 - декодирование инструкции

D2 -генерация адреса

Ex - выполнение в АЛУ

Wb -запись результата

i1,i2,…- последовательность команд

Особенность Пентиумов: суперскалярные – то есть в них больше одного конвейера команд. В Pentium два конвейера команд. На одну стадию может быть подано две команды.

Увеличение длины конвейере за счёт разбиения этапов на более мелкие позволяет сократить в среднем длительность выполнения команды и увеличить производительность процессора. Мелкие выполняются быстрее, а это повышает частоту работы процессора.

Примеры:

K5(AMD) – 5 ступеней; Cyrix6x86 – 7 ступеней конвейера; VIACyrixIII – 12; Pentium4 – 20. 20 – максимальное число.

Pentium 4 – гиперконвейерная технология.

Дата добавления: 2014-01-06