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计算机微结构-流水线的数据通路和逻辑控制
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流水线数据通路和控制逻辑
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流水线数据通路和控制逻辑
Lecture 24: Instruction Pipeline
指令流水线
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流水线数据通路和控制
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° 流水线冒险的概念
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主
主主
主 要
要要
要 内
内内
内 容
容容
容
复习
复习复习
复习:
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:
A Single Cycle Processor
32
ALUctr
Clk
busW
RegWr
32
32
busA
32
busB
55 5
Rw Ra Rb
32 32-bit
Registers
Rs
Rt
Rt
Rd
RegDst
Extender
Mux
Mux
32
16
imm16
ALUSrc
ExtOp
Mux
MemtoReg
Clk
Data In
WrEn
32
Adr
Data
Memory
32
MemWr
ALU
Zero
0
1
0
1
01
Instruction
Fetch Unit
Clk
Instruction<31:0>
Jump
Branch
<21:25>
<16:20>
<11:15>
<0:15>
Imm16
Rd
Main
Control
op
ALU
Control
func
ALUop
3
RegDst
ALUSrc
:
<5:0>
<31:26>
Instr<15:0>
Zero
3
复习
复习复习
复习:
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:
Multiple Cycle Processor
° MCP: 一个功能部件在一个指令周期中可以被使用多次
一个功能部件在一个指令周期中可以被使用多次一个功能部件在一个指令周期中可以被使用多次
一个功能部件在一个指令周期中可以被使用多次。
。。
。
Ideal
Memory
WrAdr
Din
RAdr
32
32
32
Dout
MemWr
32
ALU
32
32
ALUOp
ALU
Control
Instruction Reg
32
IRWr
32
Reg File
Ra
Rw
busW
Rb
5
5
32
busA
32
busB
RegWr
Rs
Rt
Mux
0
1
Rt
Rd
PCWr
ALUSelA
Mux
01
RegDst
Mux
0
1
32
PC
MemtoReg
Extend
ExtOp
Mux
0
1
32
0
1
2
3
4
16
Imm
32
<< 2
ALUSelB
Mux
1
0
Target
32
Zero
Zero
PCWrCond PCSrc BrWr
32
IorD
复习
复习复习
复习:
::
:
Timing Diagram of a Load Instruction
Clk
PC
Rs, Rt, Rd,
Op, Func
Clk-to-Q
ALUctr
Instruction Memory Access Time
Old Value New Value
RegWr Old Value New Value
Delay through Control Logic
busA
Register File Access Time
Old Value New Value
busB
ALU Delay
Old Value New Value
Old Value New Value
New ValueOld Value
ExtOp Old Value New Value
ALUSrc Old Value New Value
Address Old Value New Value
busW Old Value New
Delay through Extender & Mux
Data Memory Access Time
Instruction Fetch
Instr Decode /
Reg. Fetch
Address Reg Wr
Data Memory
Register File Write Time
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3
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来杯清咖_
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