内容提要 ● 多周期设计优势：CSC采用 -时钟周期对性能的影响 一复用功能部件，减少硬件开销 ·多周期实现 一数据通路，控制器（状态机，微程序） COD5,RV Edition 2ed,$4.5 ·唐本
内容提要 • 多周期设计优势：CISC采用 – 时钟周期对性能的影响 – 复用功能部件，减少硬件开销 • 多周期实现 – 数据通路，控制器（状态机，微程序） • COD5，RV Edition_2ed，$4.5 • 唐本
指令周期：single-cycle vs.multicycle Single-cycle Implementation:.定长指令周期，定长CC clock waste waste add sto,st1,st2 beg$t0,$t1,工 Multicycle Implementation:不定长指令周期，定长CC clock add sto,st1,st2 beg $to,$t1,L Multicycle Implementation: less waste higher performance
指令周期：single-cycle vs. multicycle • Multicycle Implementation: less waste = higher performance add $t0,$t1,$t2 beq $t0,$t1,L Single-cycle Implementation：定长指令周期，定长CC Multicycle Implementation：不定长指令周期，定长CC add $t0,$t1,$t2 beq $t0,$t1,L waste waste clock clock
多周期实现(COD5-RV32ed$4.5) ·将指令执行过程划分成多个阶段 -指令周期=n个机器周期 ·每个阶段（机器周期）一个时钟周期 -指令周期=n个机器周期=n个时钟周期 一在一个周期内的各个部件并行工作 ·只有控制信号有效的部件作有用功！ o 时钟周期定长：假设一个时钟周期内可以完成 -一次寄存器读写(2 reads or one write),or -一次ALU操作，or 1.Instruction 2.Decode/3.Execute 4.Memory 5.Reg. Fetch Register Write -一次MEM访问(IF,w,SW)L☐ Read llxx@ustc.edu.cn 4
llxx@ustc.edu.cn 4 多周期实现(COD5-RV32ed$4.5) • 将指令执行过程划分成多个阶段 – 指令周期=n个机器周期 • 每个阶段（机器周期）一个时钟周期 – 指令周期=n个机器周期=n个时钟周期 – 在一个周期内的各个部件并行工作 • 只有控制信号有效的部件作有用功！ • 时钟周期定长：假设一个时钟周期内可以完成 – 一次寄存器读写（2 reads or one write），or – 一次ALU操作，or – 一次MEM访问（IF，lw，sw）
指令执行的阶段划分 ·共5个阶段 1.Instruction 2.Decode/ 3.Execute 4.Memory 5.Reg. Fetch Register Write -取指：取指，PC+1 Read -译码：译码，读opr ·计算beq目标地址 -执行：R-type计算、访存地址计算，分支比较 ·分支更新（或不更新）PC(完成) - 访存：w读，sw写（完成），R-type写回（完成） -写回：w写回（完成） ● 指令周期不定长，分别为3、4、5个CC 当前时钟周期标识：主控制器据此发出所需控制信号 -周期标志触发器：clk gating FE IND EX INT 唐图8.9 -状态机：状态D CLK I→FEI→IND1一EX I一INT llxx@ustc.eau.cn 5
llxx@ustc.edu.cn 5 指令执行的阶段划分 • 共5个阶段 – 取指：取指，PC+1 – 译码：译码，读opr • 计算beq目标地址 – 执行：R-type计算、访存地址计算，分支比较 • 分支更新（或不更新）PC（完成） – 访存：lw读，sw写（完成），R-type写回（完成） – 写回：lw写回（完成） • 指令周期不定长，分别为3、4、5个CC • 当前时钟周期标识：主控制器据此发出所需控制信号 – 周期标志触发器：clk gating – 状态机：状态ID 唐图8.9
多周期DP:IF-D-EX-MM-WB暂存 Data Register PC Address Instruction Registers Address Instruction Register memory Data Register memory Data Data Instruction Register PC Address Instruction Registers ALUOut Address register Instruction Register# Memory memory Data data Register# memory register Data IR:指令暂存；ALUOut:ALU结果暂存 MDR:访存结果暂存。单周期内无法完成“访存+RF写” 复用：功能部件可以在不同周期重复使用
多周期DP：IF-ID-EX-MM-WB暂存 IR：指令暂存；ALUOut：ALU结果暂存 MDR：访存结果暂存。单周期内无法完成“访存+RF写” 复用：功能部件可以在不同周期重复使用