8. Diseño del Procesador Fundamentos de los Computadores Grado en Ingeniería Informática Objetivos



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8. Diseño del Procesador

  • Fundamentos de los Computadores
  • Grado en Ingeniería Informática

Objetivos

  • Plantear y modificar una ruta de datos para un repertorio de instrucciones simple en un procesador básico
  • Especificar y modificar una unidad de control con una máquina de estados finitos para una ruta de datos y un repertorio de instrucciones simples
  • Implementar una unidad de control especificada mediante una máquina de estados finitos
  • Especificar y modificar una unidad de control microprogramada para una ruta de datos y un repertorio de instrucciones simple
  • Implementar una unidad de control microprogramada.
  • Escribir una rutina de tratamiento de excepción para interrupciones o excepciones básicas

Estructura del tema

  • Diseño del procesador

Metodología de Sincronización

  • La metodología de sincronización define cuándo pueden leerse y escribirse las diferentes señales
  • Características de la metodología de sincronización por nivel
    • Un elemento de estado puede ser actualizado sólo en el flanco de reloj
    • Un elemento de estado puede ser leído y modificado en un mismo ciclo
    • Señales de habilitación de escritura explícitas
  • Diseño del procesador

Estructura del tema

  • Metodología de sincronización
  • Diseño de un procesador MIPS R3000 reducido
    • Rutas de datos individuales
    • Diseño monociclo
      • Diseño de la ruta de datos
      • Diseño de la unidad de control de la ALU
      • Diseño de la unidad de control
      • Ventajas y desventajas
    • Diseño multiciclo
      • Diseño de la ruta de datos
      • Diseño de la unidad de control
        • Control cableado
        • Control microprogramado
    • Excepciones e interrupciones
  • Resumen y bibliografía
  • Diseño del procesador

Conocimientos previos: Arquitectura MIPS

  • Registros
    • 32 registros de propósito general, de 32 bits cada uno. ($0, $1, ..., $31)
  • Memoria
    • Direccionable por bytes en modo “big endian”
    • Direcciones de 32 bits
  • Modo de direccionamiento
    • registro base + desplazamiento [100($1)]
  • Diseño del procesador

Conocimientos previos: Arquitectura MIPS

  • Repertorio de instrucciones
    • longitud fija de 32 bits.
    • 3 tipos de instrucciones
      • aritmético-lógicas: add, sub, and, or, slt add $1, $2, $3
      • de referencia a memoria: lw, sw lw $1, 100($2)
      • Saltos (condicionales o no): beq, j beq $1, $2, 48
    • 3 formatos
      • formato R
      • formato I
      • formato J
  • op
  • rs
  • rt
  • rd
  • funct
  • op
  • rs
  • rt
  • desplazamiento
  • op
  • dirección
  • shamt
  • Diseño del procesador

Estructura del tema

  • Metodología de sincronización
  • Diseño de un procesador MIPS R3000 reducido
    • Rutas de datos individuales
    • Diseño monociclo
      • Diseño de la ruta de datos
      • Diseño de la unidad de control de la ALU
      • Diseño de la unidad de control
      • Ventajas y desventajas
    • Diseño multiciclo
      • Diseño de la ruta de datos
      • Diseño de la unidad de control
        • Control cableado
        • Control microprogramado
    • Excepciones e interrupciones
  • Resumen y bibliografía
  • Diseño del procesador

Ciclo de instrucción

  • Ciclo de instrucción
  • Ejecución de instrucciones: Pasos
    • Común
      • Leer instrucción de la memoria con el PC
      • Leer registros especificados en la instrucción
    • Similar
      • Utilizar la ALU
    • Diferente
      • Terminación de ejecución de instrucción
  • Diseño del procesador

Ruta de datos individuales – Búsqueda de la instrucción

  • Lectura de la memoria de instrucciones
  • Actualización del PC a la siguiente instrucción
  • Diseño del procesador

Ruta de datos individuales – Decodificación

  • Diseño del procesador
  • Envío de los campos de código de operación y función a la unidad de control
  • Lectura del banco de registro de los registros $rs y $rt

Ruta de datos individuales – Aritmético-lógicas

  • add, sub, and, or y slt
  • add rd, rs, rt
    • Ejemplo: add $8, $9, $10$8=$9+$10
  • Formato tipo R: op y funct especifican la operación aritmético-lógica
  • Diseño del procesador
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