Организация микропроцессорных систем. Учебное пособие. Могнонов П.Б. - 104 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВСГУТУ | Улан-Удэ

Составители: 

Рубрика: 

С д е л а т ь в ы б о р к
у
к о м а н д ы (С К)
Т и п к о м а н д ы
П о м е с т и т ь в
I – о ч е р е д ь
С К := С К + 1
Е с т ь м е с т о
в I – о ч е р е д и
В ы ч и с л и т ь Е А
Т и п п е р е х о д а
В ы б о р к а :
п а м я т ь (Е А)
п а м я т ь (С К+1)
Ж д а т ь
р е з у л ь т а т а от
E – у с т р о й с т в а
И с п о л ь з о в а т ь
с л о в о С К + 1 :
С К := С К + 1
И с п о л ь з о в а т ь
с л о в о
С К := Е А
Н
е в ы п о л
-
н я т ь
В ы п о л н и т ь
С К := Е А
Б е з у с л о в н ы
й
У с л о в н ы й
П е р е х о д
2
1
3
4
5
д а
н е
т
Н е т п е р е х о д
а
6
7
8
9
10
11
12
Рис.5.21. I-устройство, совмещающее функции предсказания направления переходов
При такой организации I-устройства выборка направлений возможных переходов
возлагается на специальный блок, называемый блоком предсказания направлений переходов.
Этот блок содержит буфер адресов переходов, в который заносятся команды, из
соответствующих ячеек памяти, находящихся по адресу ЕА.
Это позволяет значительно сократить время простоя конвейера. С другой стороны,
если адрес перехода выходит за рамки буфера адресов перехода (блок 6, рис.5.21), то все
операции на конвейере прекращаются, он очищается и начинается исполнение с правильного
адреса. Поэтому весьма важно, чтобы вероятность правильного прогноза была наиболее
высокой. В современных микропроцессорах они лежит в пределах 80-97%.
Рассмотрим пример. Микропроцессор 8086, выполненный в виде однокристальной
БИС, был спроектирован как расширение вверх семейства 8080 и включает в набор команд
много 8- и 16-разрядных операций. Внешние 20 выводов предназначены как для адресов, так
и для данных (16 разрядов на доступ).
В этом МП реализована предварительная выборка и отдельное E-устройство для
повышения быстродействия. Для управления этим устройством используется
микропрограммирование. В этом МП впервые был заложен механизм конвейеризации.
Из всех разработанных структур этого МП с различной степенью конвейеризации
самым оптимальным по степени интеграции и быстродействия была признана структура,
показанная на рис.5.22.
МП представляет собой двухступенчатую конвейерную структуру с
предварительной выборкой (I-устройство) и E-устройством, с I-очередью между I- и E-
устройствами. 
                    1
                         Сд е л а т ь в ыб о р к у
                           к о ма нд ы (СК)

                                                               6
                    2                            Пе р е хо д
                                                                   Выч ис л ит ь ЕА
                            Т и п к о ма н д ы

                                                                                                             10
                    3                Не т пе р е хо д а
                                                               7                            Бе з ус ло в ный
                                                                                                                     С К := Е А
                            По ме с т ит ь в                       Ти п п е р е х о д а
                             I –оче ре дь
                                                               8              Ус ло в ный
                    4
                                                                     Выб о р к а :
                            С К := С К + 1                          па мя т ь (ЕА)
                                                                    па мя т ь (СК+1)


                  да 5
                                                                                                             11
                            Е с т ь ме с т о                                                Не в ы п о л -
                            в I –о че р е ди                   9         Жда т ь               н ять              Ис по л ь з о в а т ь
                                                                   р е з ул ь т а т а от                           с ло в о СК+1 :
                                                                   E– у с т р о й с т в а                          С К := С К + 1
                                        не т

                                                                                                             12
                                                                                                                  Ис по л ь з о в а т ь
                                                                                            Вы по л нит ь              с ло в о
                                                                                                                    С К := Е А




    Рис.5.21. I-устройство, совмещающее функции предсказания направления переходов
       При такой организации I-устройства выборка направлений возможных переходов
возлагается на специальный блок, называемый блоком предсказания направлений переходов.
Этот блок содержит буфер адресов переходов, в который заносятся команды, из
соответствующих ячеек памяти, находящихся по адресу ЕА.
       Это позволяет значительно сократить время простоя конвейера. С другой стороны,
если адрес перехода выходит за рамки буфера адресов перехода (блок 6, рис.5.21), то все
операции на конвейере прекращаются, он очищается и начинается исполнение с правильного
адреса. Поэтому весьма важно, чтобы вероятность правильного прогноза была наиболее
высокой. В современных микропроцессорах они лежит в пределах 80-97%.
       Рассмотрим пример. Микропроцессор 8086, выполненный в виде однокристальной
БИС, был спроектирован как расширение вверх семейства 8080 и включает в набор команд
много 8- и 16-разрядных операций. Внешние 20 выводов предназначены как для адресов, так
и для данных (16 разрядов на доступ).
       В этом МП реализована предварительная выборка и отдельное E-устройство для
повышения быстродействия. Для управления этим устройством используется
микропрограммирование. В этом МП впервые был заложен механизм конвейеризации.
       Из всех разработанных структур этого МП с различной степенью конвейеризации
самым оптимальным по степени интеграции и быстродействия была признана структура,
показанная на рис.5.22.
            МП представляет собой двухступенчатую конвейерную структуру с
предварительной выборкой (I-устройство) и E-устройством, с I-очередью между I- и E-
устройствами.

Страницы