Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Отметим, что в йосо4 вместо МВК мы используем регистр МВКП, поскольку нам не требуется знаковое расширение второго байта. 16-разрядное смещение строится путем логического сложения (операция ИЛИ) двух половинок. Наконец, поскольку программа перед переходом к Ма(п1 требует, чтобы в МВК был помещен код следующей операции, мы должны вызвать этот код. Последний цикл, йотоб, нужен для того, чтобы вовремя поместить данные из памяти в регистр МВК.
Память — 1 байт— п+3 и+2 и+1 Регистры — 1 байт— РС ОРС Мвй б в в д Рис. 4.17. Ситуация в начале выполнения различных микрокомвнд: Мв)п1 (в); рс(с1 (б); рс1с2 (в); рс(сз (г); Вс1с4 (В) Смещения, которые используются в команде сосо, представляют собой 16-разрядные значения со знаком в промежутке от — 32 768 до +32 767.
Это значит, что переходы на более дальние расстояния невозможны. Это свойство можно рассматривать либо как дефект, либо как особенность машины 1)ЧМ (а также ) ьгМ). Те, кто считает это дефектом, скажут, что машина ) ЧМ не должна ограничивать программиста. Те, кто считает это особенностью, скажут, что работа многих программистов продвинулась бы кардинальным образом, если бы им в ночных кошмарах приснилось следующее сообщение компилятора: Программа слишком длинная и сложная.
Вы должны переписать ее. Компиляг(ил прекраи(ена. Пример реализации микроархитектуры 305 К сожалению (это наша точка зрения), это сообщение появится только в том случае, если объем предложения е1 зе или Фел превысит 32 Кбайт, что составляет по крайней мере 50 страниц текста на языке 3ауа. А теперь рассмотрим три команды условного перехода: ?ГЕТ, 1ГЕО и ? Г 1СИРЕО. Первые две выталкивают верхнее слово из стека и совершают переход в том случае, если это слово меньше 0 или равно 0 соответственно.
Команда 1Г 1СИРЕО берет два верхних слова из стека и совершает переход, если они равны. Во всех трех случаях необходимо считывать новое верхнее слово стека и помещать его в регистр ТО8. Эти три команды сходны. Сначала операнд или операнды помещаются в регистры, затем в ТО8 записывается новое верхнее слово стека, наконец, происходит сравнение и осуществляется переход. Сначала рассмотрим ?ГЕТ. Слово, которое нужно проверить, уже находится в регистре ТОВ, но поскольку команда ?ГЕТ выталкивает слово из стека, нужно считать из памяти новую вершину стека и сохранить ее в регистре ТО8. Процесс считывания начинается в микрокоманде 11111.
Во время 11112 проверяемое слово сохраняется в регистре ОРС, поэтому новое значение можно сразу поместить в регистр ТО8, и при этом предыдущее значение не пропадет. В цикле ?й?13 новое верхнее слово стека, которое уже находится в М1Ж, копируется в регистр ТО8. Наконец, в цикле 111 т4 проверяемое слово (оно находится в регистре ОРС) пропускается через АЛУ без сохранения результата, после чего проверяется бит Х. Если после проверки условие подтверждается, микрокоманда осуществляет переход к Т, а если не подтверждается — к Р. Если условие подтверждается, то происходят те же действия, что и в начале команды 60ТО, и далее осуществляется переход к до1о2.
Если условие не подтверлсдается, необходима короткая последовательность микрокоманд (Г, Г2 и Г3), чтобы пропустить оставшуюся часть команды (смещение), возвратиться к Иа?л1 и перейти к следующей команде. Команда 1ГЕО аналогична команде ?ГЕТ, только вместо бита Х используется бит Х. В обоих случаях ассемблер должен убедиться, что адреса микрокоманд Г и Т различаются только крайним левым битом.
Команда 1Г ?СИРЕО в целом похожа на команду ?ГЕТ, только здесь нужно считывать еще и второй операнд. Второй операнд сохраняется в регистре Н во время цикла тГ ?сарео3, где начинается чтение нового верхнего слова стека. Текущее верхнее слово стека сохраняется в ОРС, а новое загружается в регистр ТО8. Наконец, микрокоманда 11 ?сарецб аналогична ?Гец4. Теперь рассмотрим команды ?ИЧОКЕЧ?ИТОЯЕ и ?ИЕТОИИ.
Как отмечалось в подразделе «Набор 1)'т'М-команд» раздела «Пример архитектуры набора команд — 1?Ъ'М», они служат для вызова процедуры и выхода из нее. Команда ?ИЧОКЕЧ?КТОЯЕ представляет собой последовательность из 22 микрокоманд. Это самая сложная команда машины 1) ЧМ. Последовательность действий при выполнении этой команды иллюстрирует рис. 4.10. 16-разрядное смещение используется для того, чтобы определить адрес вызываемой процедуры. Номер адреса процедуры находится в наборе констант. Следует помнить, что первые 4 байта каждой процедуры — не команды, а два 16-разрядных указателя. Первый из них позволяет узнать число параметров (включая ОВ?КЕР— см.
рис. 4.10), второй — размер области локальных переменных (в словах). Эти поля вызываются через 8-раз- 306 Глава 4. Уровень микроархитектуры рядный порт и объединяются таким же образом, как 1б-разрядное смещение в одной команде. Затем требуется специальная информация для восстановления предыдущего состояния машины — адрес начала прежней области локальных переменных и старое значение регистра РС.
Они сохранены непосредственно над областью локальных переменных под новым стеком. Наконец, вызывается следующий код операции, значение регистра РС увеличивается, происходит переход к циклу Ма1в1, и начинается выполнение следующей команды. !кЕТойМ вЂ” простая команда без операндов. Эта команда просто обращается к первому слову области локальных переменных, чтобы извлечь информацию для возвращения к прежнему состоянию. Затем она восстанавливает предыдущие значения регистров ВР, ЕЪ' и РС и копирует результат выполнения процедуры из нового стека в предыдущий стек, как показано на рис.
4.11. Разработка уровня микроархитектуры При разработке уровня микроархитектуры (как и при разработке других уровней) постоянно приходится идти на компромисс. У компьютера есть много важных характеристик: быстродействие, стоимость, надежность, простота использования, объем потребляемой энергии, физические размеры. При разработке центрального процессора очень важную роль играет правильный выбор между быстродействием и стоимостью. В этом разделе мы подробно рассмотрим данную дилемму, покажем преимущества и недостатки каждого из вариантов, а также узнаем, какой производительности можно достичь, какова при этом будет стоимость компьютера и насколько сложным окажется аппаратное обеспечение.
Быстродействие и стоимость С развитием технологий быстродействие компьютеров стремительно растет. В основном этот процесс проходит благодаря увеличению скорости работы микросхем, хотя архитектурный фактор также оказывает на него определенное влияние. Существует три основных подхода, которые позволя1от увеличить скорость выполнения операций: 1. Сокращение количества циклов, необходимых для выполнения команды. 2. Упрощение организации машины таким образом, чтобы можно было сделать цикл короче. 3. Одновременное выполнение нескольких операций.
Первые два подхода очевидны, но существует огромное количество различных вариантов разработки, которые могут значительно повлиять на число циклов, период или (что бывает чаще всего) на то и другое вместе. В этом разделе мы приведем пример того, как кодирование и декодирование операции могут действовать на цикл.
Число циклов, необходимых для выполнения набора операций, называется длиной пути. Иногда длину пути можно уменьшить с помощью дополнительного аппаратного обеспечения. Например, если к регистру РС добавить схему инкре- Разработка уровня микроархитектуры 307 мента (по сути, сумматор, у которого один из входов постоянно связан с единицей), то нам больше не придется использовать для увеличения значения РС на единицу АЛУ и, следовательно, количество циклов сократится. Однако такой подход не настолько эффективен, как хотелось бы. Часто в том же цикле, в котором значение РС увеличивается на 1, происходит еще и операция чтения, и следующая команда в любом случае не может начаться раньше, поскольку она зависит от данных, которые должны поступить из памяти.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
