Máté: Architektúrák9. előadás1 Pentium 4 (2000. november) Felülről kompatibilis az I8088, …, Pentium III-mal. 29.000, …, 42 → 55 M tranzisztor, 1,5 → 3,2.

Az előadások a következő témára: "Máté: Architektúrák9. előadás1 Pentium 4 (2000. november) Felülről kompatibilis az I8088, …, Pentium III-mal. 29.000, …, 42 → 55 M tranzisztor, 1,5 → 3,2."— Előadás másolata:

1 Máté: Architektúrák9. előadás1 Pentium 4 (2000. november) Felülről kompatibilis az I8088, …, Pentium III-mal. 29.000, …, 42 → 55 M tranzisztor, 1,5 → 3,2 GHz, 63-82W, 478 láb (3. 44. ábra), 32 bites gép, 64 bites adat sín. NetBurst architektúra. 2 fixpontos ALU → többszálúság (hyperthreding): 5% többlet a lapkán ~ két CPU. Mindkét ALU kétszeres órajel sebességgel fut

2 Máté: Architektúrák9. előadás2 Többszálúság (hyperthreding, 8.7. ábra) Többszörözött regiszter készlet esetén valósítható meg némi szervező hardver hozzáadásával. (a)A1A2A3A4A5A6A7A8 (b)B1B2B3B4B5B6B7B8 (c)C1C2C3C4C5C6C7C8 A1B1C1A2B2C2A3B3C3A4B4C4 Óraciklus → Az (a), (b) és (c) processzus külön futtatva az üres négyzeteknél várakozni kényszerül a memóriához fordulások miatt.

3 Máté: Architektúrák9. előadás3 Pentium 4 Gépi utasítások  RISC szerű mikroutasítások, több mikroutasítás futhat egyszerre: szuperskaláris gép, megengedi a sorrenden kívüli végrehajtást is. 2-3 szintű belső gyorsító tár. L1: 8 KB utasítás + nyomkövető akár 12000 dekódolt mikroutasítás tárolására + 16 KB adat. L2: 256 KB – 1 MB, 8 utas halmaz kezelésű, 128 bájtos gyorsító sor. Az Extrem Edition-ban 2 MB (közös) L3 is van. Multiprocesszoros rendszerekhez szimatolás - snoop.

4 Máté: Architektúrák9. előadás4 SCSIUSB Grafikus kártya PCI-híd CPU Gyorsító tár Fő memória NyomtatóHangkártya ISA-híd Monitor PCI sín Memóriasín ISA sín Másodlagos gyorsító tár EgérBillentyűzet Modem Szabad PCI bővítőhely Szabad ISA bővítő helyek Gyorsítótársín IDE diszk Lokális sín Két külső szinkron sín (memória és PCI): 3. 52. ábra.

5 Máté: Architektúrák9. előadás5 Pentium 4 logikai lábkiosztása (3.45. ábra) Pentium 4 CPU táp BPRI# LOCK# BR0# A# ADS# REQ# Paritás# Misc# RS# TRDY# Paritás# BNR# D# DRDY# DBSY# Paritás# Egyéb# Sín ütemezés Kérés Hiba Szimatolás Válasz Adat RESET# Megszakítások Energiaellátás Hőmenedzsment Órajel Diagnosztika Inicializálás Egyéb 33 5 2 5 2 64 7 2 23 5 4 Φ 85 180 2 14 3 13 4

6 Máté: Architektúrák9. előadás6 Pentium 4 logikai lábkiosztása (3.45. ábra) RESET#: a CPU alapállapotba hozatala, Megszakítások: régi vezérlő, és Advanced Programmable Interrupt Controller (APIC) Különböző tápfeszültségek, alvási állapotok, Jelzés 130 0 fölött, … Rendszersín frekvenciája, … Pentium 4 CPU RESET# Megszakítások Energiaellátás Hőmenedzs- ment Órajel Diagnosztika Inicializálás Egyéb 7 2 23 5 4 14 3

7 Máté: Architektúrák9. előadás7 Pentium 4 logikai lábkiosztása (3.45. ábra) Sín ütemezés: BPRI#: magas, BR0#: normál prioritású igény LOCK#: sín foglalás több ciklusra, Kérés: A#: 8 bájtos adat címe (64 GB címezhető), ADS#: a cím érvényes, REQ#: kívánság, Válasz: RS#: státus, TRDY#: a szolga tud adatot fogadni, Adat: D#: 8 bájtos adat, DRDY#: az adat a sínen van, DBSY#: a sín foglalt. Sín ütemezés Kérés Hiba Szimatolás Válasz Adat 33 5 2 5 2 64 2 13 4 BPRI# LOCK# BR0# A# ADS# REQ# Paritás# Misc# RS# TRDY# Paritás# BNR# D# DRDY# DBSY# Paritás# Egyéb# Pentium 4 CPU

8 Máté: Architektúrák9. előadás8 Pentium 4 memória sín A memóriaigények, tranzakciók 6 állapota: 6 fázisú csővezeték (3.45. ábra bal oldal) fázisonként külön vezérlő vonalakkal (amint a mester megkap valamit, elengedi a vonalakat): 0.Sín ütemezés (kiosztás, bus arbitration): eldől, hogy melyik sínmester következik, 1.Kérés: cím a sínre, kérés indítása, 2.Hibajelzés: a szolga hibát jelez(het), 3.Szimatolás: a másik CPU gyorsító tárában, 4.Válasz: kész lesz-e az adat a következő ciklusban, 5.Adat: megvan az adat.

9 Máté: Architektúrák9. előadás9 Φ: tranzakció T1T1 T2T2 T3T3 T4T4 T5T5 T6T6 T7T7 T8T8 T9T9 T 10 T 11 T 12 1 KHSVA 2 KHSVA 3 KHSVA 4 KHSVA 5 KHSVA 6 KHSVA 7 KHSVA Pentium 4 memória sín csővezetéke (3.46. ábra) Ütemezés (nem ábrázoltuk), csak akkor kell, ha másé a sín. K: kérés, H: hiba, S: szimatolás (átkérés), V: válasz, A: adat

10 Máté: Architektúrák9. előadás10 Memória alrendszer Memória sínhez Végrehajtó egység Rendszerinterfész Egész és lebegőpontos végrehajtó egység L2 D+I L1 D Betöltő dekódoló Nyomkövető  ROM Ütemezők Befejező egység Elágazás jövendölő Bemeneti részSorrenden kívüliség vezérlő A Pentium 4 mikroarchitektúrája 4.46. ábra. A Pentium 4 blokkdiagramja

11 Máté: Architektúrák9. előadás11 4.46. ábra. A Pentium 4 memória alrendszere Memória alrendszer Memória sínhez Rendszerinterfész L2 D+I L2256 KB az első, 512 KB a második, 1 MB a harmadik generációs Pentium 4-ben. L2 8 utas halmaz kezelésű, késleltetve visszaíró 128 bájtos gyorsító sor, minden második ciklusban kezdődhet egy 64 bájtos feltöltés a memóriából. Előre betöltő: megpróbálja L2-be tölteni azt a gyorsító sort, amelyre majd szükség lesz (nincs az ábrán).

12 Máté: Architektúrák9. előadás12 4.46. ábra. A Pentium 4 bemeneti rész L2-ből betölti és dekódolja a programnak megfelelő sorrendben az utasításokat. Az utasításokat RISC szerű mikroműveletek sorozatára bontja. Ha több, mint 4 mikroművelet szükséges, akkor  ROM-ra L2 D+I Betöltő dekódoló Nyomkövető  ROM Elágazás jövendölő Bemeneti rész történik utalás. A dekó- dolt mikroműveletek a Nyomkövetőbe kerülnek (nem kell újra dekódol- ni). Elágazás jövendölés.

13 Máté: Architektúrák9. előadás13 A bemeneti rész az utasításokat L2-ből kapja, egyszerre 64 bitet. Ezeket dekódolja, a nyomkövető gyorsító tárban tárolja (akár 12 K mikroműveletet). 6 mikroműveletet csoportosít minden nyomkövető sorban. Feltételes elágazásnál az utolsó 4 K elágazást tartalmazó L1 BTB-ből (Branch Target Buffer – elágazási cél puffer) kikeresi a jövendölt címet, és onnan folytatja a dekódolást. Ha az elágazás nem szerepel L1 BTB-ben, akkor statikus jövendölés történik: visszafelé ugrást végre kell hajtani, előre ugrást nem.

14 Máté: Architektúrák9. előadás14 4.46. ábra. Sorrenden kívüliség vezérlő Az utasítások a programnak megfelelő sorrendben kerülnek az ütemezőbe, eltérő sorrendben kezdődhet a végrehajtásuk (esetleg regiszter átnevezéssel), de a pontos megszakítás követelménye miatt az előírt sorrendben fejeződnek be. Nyomkövető  ROM Ütemezők Befejező egység Elágazás jövendölő Bemeneti részSorrenden kívüliség vezérlő

15 Máté: Architektúrák9. előadás15 Memória alrendszer Memória sínhez Végrehajtó egység Rendszerinterfész Egész és lebegőpontos végrehajtó egység L2 D+I L1 D Betöltő dekódoló Nyomkövető  ROM Ütemezők Befejező egység Elágazás jövendölő Bemeneti részSorrenden kívüliség vezérlő A Pentium 4 mikroarchitektúrája 4.46. ábra. A Pentium 4 blokkdiagramja

16 Máté: Architektúrák9. előadás16 4.47. ábra. A NetBurst csővezeték Branch Target Buffer elágazási cél puffer Dekódoló egység L1 BTB  ROM Nyomkövető Nyomkövető BTB Lefoglaló/átnevező egység MemóriasorNem memóriasor ALU üt. FP regisztergyűjtőEgész regisztergyűjtő Bet. üt.Tár. üt.ALU üt. MozgatóBet/Tár Befejező egység L1 D L2 Memórába/memóriából Sorrenden kívüliség vezérlő Bemeneti rész FP MMX SSE Egész

17 Máté: Architektúrák9. előadás17 Dekódoló egység L1 BTB  ROM Nyomkövető Nyomkövető BTB Lefoglaló/átnevező egység A nyomkövető gyorsítótárból ciklusonként három mikroművelet kerül a lefoglaló/átnevező egység ROB (ReOrder Buffer, átrendező puffer) nevű táblájába. Ez a tábla 128 bejegyzést tartalmazhat. Branch Target Buffer elágazási cél puffer

18 Máté: Architektúrák9. előadás18 Ha egy mikroművelet minden inputja rendelkezésre áll, akkor az esetleges WAR vagy WAW függőséget a 120 firkáló regiszter segítségével kiküszöböli. RAW függőség esetén a mikroműveletet várakoztatja, és a rákövetkező mikroműveleteket kezdi feldolgozni. Egyszerre akár 126 utasítás feldolgozása is folyamatban lehet, köztük 48 betöltés és 24 tárolás. Az utasítások a programnak megfelelő sorrendben kerülnek az ütemezőbe, eltérő sorrendben kezdődhet a végrehajtásuk, de az előírt sorrendben fejeződnek be. Pontos megszakítás: a megszakítás előtti összes utasítás befejeződött, az utána következőkből egy sem kezdődött el.

19 Máté: Architektúrák9. előadás19 A Lefoglaló/átnevező egység a két várakozási sor megfelelőjébe teszi a mikroutasításokat. Az ALU-k az órajel kétszeres sebességével dolgoznak, nehéz folyamatosan munkát adni nekik. Lefoglaló/átnevező egység MemóriasorNem memóriasor ALU üt.Bet. üt.Tár. üt.ALU üt. Minden órajel ciklusban egy betöltés és egy tárolás is végrehajtható.

20 Máté: Architektúrák9. előadás20 Az egyik egész aritmetikájú ALU az összes logikai, aritmetikai, és elágazó, a másik csak az összeadó, kivonó, léptető és forgató utasítás végrehajtására képes. Mindkét regisztergyűjtő 128 regisztert tartalmaz, időben változik, hogy melyikben van EAX, … ALU üt. FP regisztergyűjtőEgész regisztergyűjtő Bet. üt.Tár. üt.ALU üt. MozgatóBet/Tár FP MMX SSE Egész

21 Máté: Architektúrák9. előadás21 A befejező egység feladata, hogy az utasítások a programnak megfelelő sorrendben fejeződjenek be. L1 4 utas halmazkezelésű, írás áteresztő gyorsítótár 64 bájtos gyorsító sorral. Nem lehet L1-et módosítani, amíg a tárolást megelőző műveletek be nem fejeződtek (24 bejegyzéses tároló puffer), de ha egy betöltő utasítás onnan akar olvasni, ahova egy korábbi tárolt, akkor a tárolások pufferéből megkaphatja a kért adatot (tárolás utáni betöltés). FP regisztergyűjtőEgész regisztergyűjtő MozgatóBet/Tár Befejező egység L1 D

22 Máté: Architektúrák9. előadás22 UltraSPARC III (2000) 64 bites RISC gép, felűről kompatibilis a 32 bites SPARC V8 architektúrával és az UltraSPARC I, II-vel. Új a VIS 2.0 utasításkészlet (3D grafikus alkalmazásokhoz, tömörítéshez, hálózat kezeléshez, jelfeldolgozáshoz, stb). Több processzoros alkalmazásokhoz készült. Az összekapcsoláshoz szükséges elemeket is tartalmazza. 2000-ben 0.6, 2001-ben 0.9, 2002-ben 1.2 GHz, órajel ciklusonként 4 utasítást tud elvégezni.

23 Máté: Architektúrák9. előadás23 UPA interfész a fő memóriához UltraSPARC III központi egység Első szintű gyorsító tárak UDB II memória puffer 5 vezérlés Sín ütemezés Memória cím Cím paritása Érvényes cím Várakozás Válasz Mem. adat ECC 5 35 4 128 16 18 20 25 4 128 16 Másodlagos gyorsító tár (adatok) Másodlagos gyorsító tár (címkék - tags) Címke cím Érvényes címke Címke adat Címke paritása Adat címe Érvényes adat cím Adat Paritás UltraSPARC III

24 Máté: Architektúrák9. előadás24 UltraSPARC III CPU 29 millió tranzisztor, 4 CPU közös memóriával használható. 1368 láb (3. 47. ábra). 64 (jelenleg csak 43) bites cím és 128 bites adat lehetséges. Belső gyorsító tár (32 KB utasítás + 64 KB adat). 2 KB előre betöltő és tároló gyorsítótár L2 eléréséhez. A gyorsító sor (cache line) mérete 64 (32?) B. Külső 1 - 8 MB (? UltraSPARC II-nek 0.5-16 MB). 8 K - 256 K db 64 B-os gyorsító sor (cache line) lehet. A címzéséhez 13 – 18 bit szükséges. A CPU mindig 18 bites Line címet (Címkeazonosítót) ad át. Csak maximális méret esetén van mind a 18 bit kihasználva.

25 Máté: Architektúrák9. előadás25 A cím 64 bit-es, de egyelőre 44 bit-re korlátozva van Tag Line 25 bit18 bit 5 bit átfedés 6 bit bájt cím EntryValidTagCash line 2 L -1 2 1 0... =?

26 Máté: Architektúrák9. előadás26 512 KB-os gyorsító tár esetén a 44 bites cím felosztása: Tag: 25 bit, Line: 13 bit, bájt cím: 6 bit = 44 bit. 16 MB-os tár esetén 18 bites Line kell, és 20 bites Tag (Címkeadat) is elég lenne, de ilyekor – hogy a CPU egységesen működhessen – a gyorsító tárban tárolt 20 bites Tag-et a gyorsító tár kiegészíti Line 5 legmagasabb helyértékű bitjével. Az Adat címe a gyorsító sor címén (Címkeazonosító, Line) kívül még 2 bitet tartalmaz, mert egy átvitel során a gyorsító sornak csak negyed része (16 bájt) mozgatható.

27 Máté: Architektúrák9. előadás27 UltraSPARC III Másodlagos gyorsító tár (címkék - tags) Másodlagos gyorsító tár (adatok) Címke cím (Line) Érvényes címke Címke adat (tag) Címke paritása Adat címe Érvényes adat cím Adat Paritás UltraSPARC III központi egység Első szintű gyorsító tárak 18 20 25 4 128 16 UDB II memória puffer 5 vezérlés

28 Máté: Architektúrák9. előadás28 UltraSPARC III központi egység Első szintű gyorsító tárak UDB II memória puffer 5 vezérlés Sín ütemezés Memória cím Cím paritása Érvényes cím Várakozás Válasz Memória adat Hiba javító kód UPA interfész a fő memóriához 5 35 4 128 16

29 Máté: Architektúrák9. előadás29 UltraSPARC III UPA (Ultra Port Architecture) sín, hálózati csomópont vagy a kettő kombinációja. Több CPU esetén egy központi vezérlőn keresztül kapcsolódnak a símhez. Több írást és olvasást tud egyidejűleg kezelni. UDB II (UltraSPARC Data Buffer II): ezen keresztül zajlik a memória és a gyorsító tárak közötti adatforgalom. Az adatsín 150 MHz-es 128 bit széles szinkron sín, így a sávszélesség 2.4 GB/s.

30 Máté: Architektúrák9. előadás30 Az UltraSPARC III CPU mikroarchitektúrája L1 I Ugrótábla Utasítás kiosztó Utasítás puffer Rendszer interfész L2 vezérlő Memória vezérlő L1 D L2 FP/GrEgészBetöltő tároló Tárolási gyorsítótár Előre betöltő gyorsítótár 128 bit széles 4.48. ábra. Az UltraSPARC III CPU blokkdiagramja Memóriához

31 Máté: Architektúrák9. előadás31 L1 I 32 KB 4 utas halmazkezelésű, az utasítás kiosztó ciklusonként 4 utasítást tud kiosztani L1 I Ugrótábla Utasítás kiosztó Utasítás puffer FP/GrEgészBetöltő tároló Két egész aritmetikájú ALU + regiszterek + firkáló regiszterek, Lebegőpontos ALU-k: összeadó/kivonó, szorzó/osztó + 32 regiszter + grafikai utasítások.

32 Máté: Architektúrák9. előadás32 Rendszer interfész L2 vezérlő Memória vezérlő L1 D L2 Betöltő tároló Tárolási gyorsítótár Előre betöltő gyorsítótár Memóriához L1 D 64 KB-os 4 utas halmazkezelésű, írás áteresztő, 32 bájtos gyorsító sor. Feltételezett betöltésre 2 KB előre betöltő gyorsítótár. 2 KB tárolási gyorsítótár. Memória vezérlő: virtuális → fizikai cím. 128 bit széles L1 I Utasítás kiosztó

33 Máté: Architektúrák9. előadás33 UltraSPARC III CPU mikroarchitektúrája A SPARC sorozat RISC elgondoláson alapul. A legtöbb utasításnak két forrás és egy cél regisztere van. Előre betöltés speciális utasításokkal, és a visszafelé kompatibilitás miatt hardveresen is. 2 bites elágazás jövendölő + statikus elágazás jövendölés.

34 Máté: Architektúrák9. előadás34 UltraSPARC III csővezetéke (4.49. ábra) Címmultiplexor Utasítás gyorsítótár Utasítás dekódoló Ugrótábla Cél APFBAPFB Address generation, cím generáló. Ugrás, csapda, … Az eltolás résben lévő utasítást mindig végrehajtja! Preliminari Fetch, előzetes betöltő. Legfeljebb 4 utasítást képes betölteni L1 I-ből, nézi, hogy van-e köztük elágazó, elágazás jövendölés. Branch target, elágazási cél. Ha kell ugrani, → A

35 Máté: Architektúrák9. előadás35 UltraSPARC III csővezetéke Címmultiplexor Utasítás gyorsítótár Utasítás dekódoló Utasítás csoportosító Munka regisztergyűjtő FP regisztergyűjtő Ugrótábla Cél APFBIJREAPFBIJRE

36 Máté: Architektúrák9. előadás36 UltraSPARC III csővezetéke Munka regisztergyűjtő FP regisztergyűjtő JRECJREC L1 D Utasítás csoportosító Betöltő/tároló, speciális egység Instruction group formation, utasítás csoportosító. Aszerint csoportosítja az utasításokat, hogy melyik működési egységet használják. J instruction stage grouping, utasítás kiosztó. Az elérhető működési egységektől függően akár 4 utasítást is továbbít az R szakasznak. Register, függőség esetén vár, nincs sorrenden kívüli végrehajtás.

37 Máté: Architektúrák9. előadás37 UltraSPARC III csővezetéke Munka regisztergyűjtő FP regisztergyűjtő JRECJREC L1 D Utasítás csoportosító Betöltő/tároló, speciális egység Execution, végrehajtó. A legtöbb egész utasítás itt be is fejeződik. Ha egy utasítás készen van, akkor frissül a regisztergyűjtő. Itt dől el, hogy az ugrás feltétele teljesül-e. Hibás jövendölés esetén jelzés az A szakasznak, a csővezeték érvénytelenítése. Cache, gyorsítótár. Itt zárul L1 D elérése.

38 Máté: Architektúrák9. előadás38 UltraSPARC III csővezetéke Munka regisztergyűjtő FP regisztergyűjtő JRECMWJRECMW L1 D L2 Utasítás csoportosító Előjel kiterjesztés, igazítás Előre betöltő gy.tár Betöltő/tároló, speciális egység Miss, hiány. L1 hiány esetén L2-höz fordul. Itt történik az előjel kiterjesztés, igazítás, az előre betöltő gyorsítótárból kiszolgálható betöltések. Write, író. A speciális egység eredményei a munka regisztergyűjtőbe kerülnek.

39 Máté: Architektúrák9. előadás39 UltraSPARC III csővezetéke FP regisztergyűjtő ECMWXTDECMWXTD FP ADD/SUB Grafikus ALU FP MUL/DIV Grafikus MUL eXtended, kiterjesztett. Itt fejeződik be a legtöbb FP és grafikai utasítás. Trap, csapda. Ez észleli az egész és FP csapdákat. Pontos megszakítás.

40 Máté: Architektúrák9. előadás40 UltraSPARC III csővezetéke Munka regisztergyűjtő RECMWXTDRECMWXTD L1 D L2 Arch. r.gyűjtő Előjel kiterjesztés, igazítás Tárolási sor Tarolási gy.tár Betöltő/tároló, speciális egység A D szakasz véglegesíti a regiszterek értékét az architektúrális regiszter gyűjtőben. Megszakításkor az itteni adatok érvényesek.

41 Máté: Architektúrák9. előadás41 UltraSPARC III csővezetéke Munka regisztergyűjtő FP regisztergyűjtő JRECMWXTDJRECMWXTD L1 D L2 FP ADD/SUB Grafikus ALU FP MUL/DIV Grafikus MUL Arch. r.gyűjtő Utasítás csoportosító Előjel kiterjesztés, igazítás Tárolási sor Tarolási gy.tár Betöltő/tároló, speciális egység

42 Máté: Architektúrák9. előadás42 I-8051 (1980) Cél: beépített rendszerekben való alkalmazás. Fő szempont: olcsóság (ma már 10-15 ¢), sokoldalú alkalmazhatóság. A memóriával, be- és kivitellel együtt egyetlen lapkára integrált számítógép. 40 multiplexelt lábú standard tokban kerül forgalomba. 60 000 tranzisztor. 4 KB ROM, 128 B RAM, max. 64 KB külső memória. 16 címvezeték. 8 bites adat sín. 32 K/B vonal 4 db 8 bites csoportba rendezve, ezek mindegyike hozzáköthető nyomógombhoz, kapcsolóhoz, LED- hez, … Időzítők. Pl. Rádiós óra: nyomógombok, kapcsolók, kijelző.

43 Máté: Architektúrák9. előadás43 Az I-8051 logikai lábkiosztása (3.50. ábra) A D RD# WR# ALE PSEN# EA# Időzítők Megszakítások TXD RXD RST Port 0 Port 1 Port 2 Port 3 88888888 8051 16 8 2 2 2 Φ Táp Address Data RD# olvas a memóriából WR# ír a memóriába Address Latch Enable: külső memória esetén: a sínen érvényes a cím Program Store ENable: olvasás a programot tároló memóriából External Access (az értéke állandó): (1) a 0-4095 címek a belső, (0) a külső memóriára vonatkoznak

44 Máté: Architektúrák9. előadás44 Az I-8051 logikai lábkiosztása (3.50. ábra) A D RD# WR# ALE PSEN# EA# Időzítők Megszakítások TXD RXD RST Port 0 Port 1 Port 2 Port 3 88888888 8051 16 8 2 2 2 Φ Táp A két időzítő külső áramkörről kaphat jelet Megszakítások TXD Transmitted Data, továbbított adat RXD Received Data, érkezett adat ReSeT Port 0-3 32 (4*8) bites B/K soros vonal

45 Máté: Architektúrák9. előadás45 Az I-8051 CPU mikroarchitektúrája (4.50. ábra) RAM ADDR IR SP B ACC RAM TMP2 TMP1 PSW ROM ROM ADDR BUFFER PC növelő PC DPTR Időzítő 0 Időzítő 1 Port 0 Időzítő 2 Port 1 Port 2 Port 3 Lokális sín Fő sín ALU

46 Máté: Architektúrák9. előadás46 Az I-8051 CPU mikroarchitektúrája (4.50. ábra) RAM 128 bájt A regiszterek a RAM-ban vannak RAM ADDRess a RAM címzéséhez Instruction Register Stack Pointer B szorzásnál, osztásnál van szerepe, ideiglenes tárolásra is használható ACCumulator: fő aritmetikai regiszter, a legtöbb számítás eredménye itt keletkezik TMP1 – TMP2 az ALU bemenetei, az eredmény a fő sínről akármelyik regiszterbe kerülhet Program Status Word RAM ADDR IR SP B ACC RAM TMP2 TMP1 PSW Fő sín ALU

47 Máté: Architektúrák9. előadás47 Az I-8051 CPU mikroarchitektúrája (4.50. ábra) ROM 4 KB belső, max. 64 KB külső 16 bites regiszterek: ROM ADDRess BUFFER PC, PC növelő PC-t beírva, majd kiolvasva PC növelődik Időzítő 0 – 2 Port 0 – 3 ROM ROM ADDR BUFFER PC növelő PC DPTR Időzítő 0 Időzítő 1 Port 0 Időzítő 2 Port 1 Port 2 Port 3 Lokális sín

48 Máté: Architektúrák9. előadás48 Az I-8051 CPU mikroarchitektúrája (4.50. ábra) A legtöbb utasítás egy óraciklust igényel. A ciklus hat állapota: 1.Az utasítás a ROM-ból a fősínre és IR-be kerül. 2.Dekódolás, PC növelése. 3.Operandusok előkészítése. 4.Egyik operandus a fősínre, onnan általában TMP1-be, a másik ACC-ből TMP2-be kerül. 5.Az ALU végrehajtja a műveletet. 6.Az ALU kimenete a fősínre kerül, ROM ADDR felkészül a következő utasítás olvasására.

49 Máté: Architektúrák9. előadás49 Összehasonlítás Pentium 4CISC gép egy CISC utasítás → több RISC mikroutasítás UltraSPARC IIIRISC gép I-8051inkább RISC, mint CISC gép picoJava IIverem gép, sok memória hivatkozás több CISC utasítás → egy RISC mikroutasítás

50 Máté: Architektúrák9. előadás50 Assembly programozás Pszeudo utasítások A pszeudo utasításokat a fordítóprogram hajtja végre. Ez a végrehajtás fordítás közbeni tevékenységet vagy a fordításhoz szükséges információ gyűjtést jelenthet.

51 Máté: Architektúrák9. előadás51 Adat definíciós utasítások Az adatokat általában külön szegmensben szokás és javasolt definiálni iniciálással vagy anélkül. Az adat definíciós utasítások elé általában azonosítót (változó név) írunk, hogy hivatkozhassunk az illető adatra. Egy-egy adat definíciós utasítással – vesszővel elválasztva – több azonos típusú adatot is definiálhatunk. A kezdőérték – megfelelő típusú – tetszőleges konstans (szám, szöveg, cím,...) és kifejezés lehet. Ha nem akarunk kezdőértéket adni, akkor ? -et kell írnunk. DUP operátor kifejezés DUP (adat)

52 Máté: Architektúrák9. előadás52 Egyszerű adat definíciós utasítások Define Byte (DB): Adat1db25; 1 byte, kezdőértéke decimális 25 Adat2db25H; 1 byte, kezdőértéke hexadec. 25 Adat3db1,2; 2 byte (nem egy szó!) Adat4db5 dup (?); 5 inicializálatlan byte Kardb’a’,’b’,’c’ ; 3 ASCII kódú karakter Szovegdb”Ez egy szöveg”,13,0AH ; ACSII kódú szöveg és 2 szám Szov1db ’Ez is ”szöveg”’ Szov2db”és ez is ’szöveg’”

53 Máté: Architektúrák9. előadás53 Define Word (DW): Szodw0742H,452 Szo_címedwSzo; Szo offset címe Define Double (DD): Szo_fddSzo; Szo távoli ; (segment + offset) címe Define Quadword(DQ) Define Ten bytes(DT)

54 Máté: Architektúrák9. előadás54 Összetett adat definíciós utasítások Struktúra és a rekord. Először a típust kell definiálni. A típus definíció nem jelent helyfoglalást. A struktúra illetve rekord konkrét példányai struktúra illetve rekord hívással definiálhatók. A struktúra illetve rekord elemi részeit mezőknek (field) nevezzük. A hardver nem ismeri ezeket az adat típusokat, a kezelésükről szoftveresen kell gondoskodni!

55 Máté: Architektúrák9. előadás55 Struktúra Struktúra definíció: a struktúra típusát definiálja a későbbi struktúra hívások számára, ezért a memóriában nem jár helyfoglalással. Str_típusSTRUC; struktúra (típus) definíció...; mező (field) definíciók:...; egyszerű adat definíciós...; utasítások Str_típusENDS; struktúra definíció vége A mező (field) definíció csak egyszerű adat definíciós utasítással történhet, ezért struktúra mező nem lehet másik struktúra vagy rekord.

56 Máté: Architektúrák9. előadás56 A mezők definiálásakor megadott értékek kezdőértékül szolgálnak a későbbiekben történő struktúra hívásokhoz. A definícióban megadott kezdőértékek közül azoknak a mezőknek a kezdőértéke híváskor felülbírálható, amelyek csak egyetlen adatot tartalmaznak (ilyen értelemben a szöveg konstans egyetlen adatnak minősül). Pl.: SSTRUC; struktúra (típus) definíció F1db1,2; híváskor nem lehet felülírni F2db10 dup (?); nem lehet felülírni F3db5; felülírható F4db’a’,’b’,’c’; nem lehet felülírni, de F5db’abc’; felülírható SENDS

57 Máté: Architektúrák9. előadás57 Struktúra hívás: A struktúra definíciójánál megadott Str_típus névnek a műveleti kód részen történő szerepeltetésével hozhatunk létre a definíciónak megfelelő típusú struktúra változókat. A kezdőértékek fölülbírása a kívánt értékek közötti felsorolásával történik S1 S; kezdőértékek a definícióból S2 S ; F3 kezdőértéke 7, ; F5 -é ’FG ’ S3 S ; F3 kezdőértéke ’A’, ; a többi a definícióból Struktúrából vektort is előállíthatunk, pl.: S_v S 8 dup ( ) ; 8 elemű struktúra vektor

58 Máté: Architektúrák9. előadás58 Struktúra mezőre hivatkozás: A struktúra változó nevéhez tartozó OFFSET cím a struktúra OFFSET címét, míg a mező neve a struktúrán belüli címet jelenti. A struktúra adott mezejére úgy hivatkozhatunk, hogy a struktúra és mező név közé. -ot írunk, pl.: MOVAL,S1.F3 A. bármely oldalán lehet másfajta cím is, pl. MOVBX, OFFSET S1 után az alábbi utasítások mind ekvivalensek az előzővel: MOVAL,[BX].F3 MOVAL,[BX]+F3 MOVAL,F3.[BX] MOVAL,F3[BX]

59 Máté: Architektúrák9. előadás59 A fentiekből az is következik, hogy a mező és struktúra név – ellentétben a magasabb szintű programozási nyelvekkel – szükségképpen egyedi név, tehát sem másik struktúra definícióban, sem közönséges változóként nem szerepelhet. A struktúra vektorokat a hagyományos módon még akkor sem indexezhetjük, ha az index konstans. Pl. MOVAL,S_v[5].F3 ; szintaktikusan helyes, de [5] nem a vektor ötödik elemére mutató címet fogja eredményezni, csupán 5 byte-tal magasabb címet, mint S_v.F3. Ha i változó, akkor MOVAL,S_v[i].F3 ; szintaktikusan is HIBÁS!

60 Máté: Architektúrák9. előadás60 Mindkét esetben programmal kell kiszámíttatni az elem offset-jét, pl. ha i word: MOVAX,TYPE S; S hossza byte-okban ; (l. később) MULi; Az indexet 0-tól számoljuk! MOVBX,AX; az adat nem „lóghat ki” a ; szegmensből ( DX=0 ) MOVAL,S_v.F3[BX] ; AL  az i -dik elem F3 mezeje.

61 Máté: Architektúrák9. előadás61 Rekord Rekord definíció: Csak a rekord típusát definiálja a későbbi rekord hívások számára. Rec_típusRECORDmező_specifikációk Az egyes mező specifikációkat, -vel választjuk el egymástól. Mező specifikáció: mező_név:szélesség=kezdőérték szélesség a mező bit-jeinek száma. Az =kezdőérték el is maradhat, ha elmarad, az a mező 0 -val való inicializálását írja elő.

62 Máté: Architektúrák9. előadás62 Pl.: RRECORDX:3,Y:4=15,Z:5 Az R rekord szavas (12 bit), a következőképpen helyezkedik el egy szóban: XXXYYYYZZZZZ 000111100000

63 Máté: Architektúrák9. előadás63 Rekord hívás: A rekord definíciójánál megadott névnek a műveleti kód részen történő szerepeltetésével hozhatunk létre a definíciónak megfelelő típusú rekord változókat. A kezdőértékek fölülbírálása a kívánt értékek közötti felsorolásával történik. R1R ; 01E0H, kezdőértékek a ; definícióból R2R ; 01E7H, X, Y kezdőértéke a ; definícióból, Z -é 7 R3R ; 0240H, X kezdőértéke 1, Y -é 2, ; Z -é a definícióból Rekordból vektort is előállíthatunk, pl.: R_vR 5 dup ( ) ; 0243H, ; 5 elemű rekord vektor

64 Máté: Architektúrák9. előadás64 Rekord mezőre hivatkozás A mező név olyan konstansként használható, amely azt mondja meg, hány bittel kell jobbra léptetnünk a rekordot, hogy a kérdéses mező az 1-es helyértékre kerüljön. MASK és NOT MASK operátor ; AX  R3 Y mezeje a legalacsonyabb helyértéken MOVAX,R3; R3 szavas rekord! ANDAX,MASK Y; Y mezőhöz tartozó bitek ; maszkolása MOVCL,Y; léptetés előkészítése SHRAX,CL; kész vagyunk. SAR nem lenne korrekt: nem biztos, hogy az Y mező nem tartalmazza az előjel bitet.

65 Máté: Architektúrák9. előadás65 Kifejezés Egy művelet operandusa lehet konstans, szimbólum vagy kifejezés. Konstans A konstans lehet numerikus vagy szöveg konstans. A numerikus konstansok decimális, hexadecimális, oktális és bináris számrendszerben adhatók meg. A számrendszert a szám végére írt D, H, O illetve B betűvel választhatjuk ki..RADIXn; 2  n  16, n decimális A szöveg konstansokat a DB utasításban ” vagy ’ jelek között adhatjuk meg.

66 Máté: Architektúrák9. előadás66 Szimbólum A szimbólum lehet szimbolikus konstans, változó név vagy címke. Szimbolikus konstans: Az = vagy az EQU pszeudo utasítással definiálható. Szimbolikus szöveg konstans csak EQU -val definiálható. A szimbolikus konstans a program szövegnek a definíciót követő részében használható, értékét a használat helyét megelőző utolsó definíciója határozza meg. Ha egy szimbólumot EQU -val definiálunk, akkor ezt a szimbólumot a modulban másutt nem definiálhatjuk!

67 Máté: Architektúrák9. előadás67 S=1; S értéke 1 NEQU14; N értéke 14 MOVCX,N; CX  14 ISM: S=S+1; S értéke ezután 2, függetlenül ; attól, hogy hányadszor fut a ciklus MOVAX,S; AX  2 LOOPISM N=5; hibás NEQU5; hibás S=5; helyes SEQU5; hibás

68 Máté: Architektúrák9. előadás68 Szimbolikus konstansként használhatjuk a $ jelet (helyszámláló), melynek az értéke mindenkor a program adott sorának megfelelő OFFSET cím. A helyszámláló értékének módosítására az ORG utasítás szolgál, pl.: ORG$+100H; 100H byte kihagyása ; a memóriában

69 Máté: Architektúrák9. előadás69 Címke: Leggyakoribb definíciója, hogy valamelyik utasítás előtt a sor első pozíciójától : -tal lezárt azonosítót írunk. Az így definiált címke NEAR típusú. Címke definícióra további lehetőséget nyújt a LABEL és a PROC pszeudo utasítás: ALFA:...; NEAR típusú BETALABELFAR; FAR típusú GAMMA:...; BETA is ezt az utasítást ; címkézi, de GAMMA NEAR típusú

70 Máté: Architektúrák9. előadás70 Az eljárás deklarációt a PROC pszeudo utasítással nyitjuk meg. A címke rovatba írt azonosító az eljárás neve és egyben a belépési pontjának címkéje. Az eljárás végén az eljárás végét jelző ENDP pszeudo utasítás előtt meg kell ismételnünk ezt az azonosítót, de az ismétlés nem minősül címkének. Az eljárás címkéje aszerint NEAR vagy FAR típusú, hogy maga az eljárás NEAR vagy FAR. Pl.: APROC; NEAR típusú... BPROCNEAR; NEAR típusú... CPROCFAR; FAR típusú...

71 Máté: Architektúrák9. előadás71 Címkére vezérlés átadó utasítással hivatkozhatunk, NEAR típusúra csak az adott szegmensből, FAR típusúra más szegmensekből is. Változó: Definíciója adat definíciós utasításokkal történik. Néha (adat) címkének is nevezik.

72 Máté: Architektúrák9. előadás72 Feladatok Mi a többszálúság lényege, haszna? Mik a többszálúság megvalósításának feltételei? Hogy érvényesül a RISC elv a Pentium 4 esetén? Mi a szuperskaláris gép lényege? Mit jelent a sorrenden kívüli végrehajtás? Milyen gyorsítótárakat használ a Pentium 4? Jellemezze a Pentium 4 L2 gyorsítótárát! Mire szolgál az előre betöltő? Mit jelent a szimatolás? Hogy működik a Pentium 4 memória sín csővezetéke? Milyen sorrendben dekódolja a Pentium 4 az utasításokat? Mire szolgál a  ROM?

73 Máté: Architektúrák9. előadás73 Feladatok Mire szolgál a nyomkövető gyorsítótár? Milyen elágazás jövendölést használ a Pentium 4? Mire szolgál az L1 BTB? Mire szolgál a nyomkövető BTB? Milyen sorrendben kezdődik az utasítások végrehajtása a Pentium 4-en? Mire szolgál a lefoglaló/átnevező egység? Mire szolgálnak a regiszter gyűjtők? Milyen sorrendben fejeződik be az utasítások végrehajtása a Pentium 4-en? Mi a különbség a Pentium 4 két egész aritmetikájú ALU-ja között? Miért nem tárolható azonnal az eredmény L2-be?

74 Máté: Architektúrák9. előadás74 Feladatok Mit jelent a pontos megszakítás kifejezés? Milyen problémát okozhat a tárolás utáni betöltés? Hogy működik az UltraSPARC III másodlagos gyorsítótára? Mire szolgál az UPA (Ultra Port Architecture)? Mire szolgál az UDB II (UltraSPARC Data Buffer II)? Milyen szervezésű az UltraSPARC III L1 I gyorsítótára? Mire szolgál a munka regisztergyűjtő? Mire szolgál az architektúrális regisztergyűjtő? Mire szolgál az előre betöltő gyorsítótár? Mire szolgál a tárolási sor? Mire szolgál a tárolási gyorsítótár?

75 Máté: Architektúrák9. előadás75 Feladatok Mire szolgál az UltraSPARC III ugrótáblája? Milyen elágazás jövendölést használ az UltraSPARC III? Mit nevezünk eltolás résnek? Hogy kezeli az UltraSPARC III az eltolás rést? Mire szolgál az utasítás csoportosító egység? Mire szolgál a munka regisztergyűjtő? Mire szolgál az architektúrális regisztergyűjtő? Hány ALU van az UltraSPARC III-ban? Mire szolgál az előre betöltő gyorsítótár? Mire szolgál a tárolási sor? Mire szolgál a tárolási gyorsítótár? Hogy kezeli az UltraSPARC III a függőségeket?

76 Máté: Architektúrák9. előadás76 Feladatok Mi az I-8051 fő alkalmazási területe? Nagyságrendileg milyen árú egy I-8051? Jellemezze az I-8051-et! Mi a RAM? Mi a ROM? Hány bites a RAM ADDR regiszter? Hány bites a ROM ADDR regiszter? Mekkora az I-8051 RAM-ja? Mekkora az I-8051 ROM-ja? Hol helyezkednek el az I-8051 regiszterei? Mire szolgál az IR, SP, B, ACC, TMP1-2 regiszter? Mi a PSW? Hogy történik PC növelése?

77 Máté: Architektúrák9. előadás77 Feladatok Milyen és hány be/kimenete van az I-8051-nak? Mire használhatók az I-8051 be/kimenetei? Hány időzítője van az I-8051-nak? Mire használhatók az I-8051 időzítői? Mik az I-8051 ALU-jának bemenetei? Milyen állapotai vannak az óraciklusának? Jellemezze a CISC gépeket! Jellemezze a RISC gépeket! CISC vagy RISC gép a Pentium 4? CISC vagy RISC gép az UltraSPARC III? CISC vagy RISC gép az I-8051? Hasonlítsa össze a Pentium 4-et, az UltraSPARC III- at és az I-8051-ez!

78 Máté: Architektúrák9. előadás78 Feladatok Milyen adat definíciós utasítást ismer? Hogy használható a DUP operátor? Milyen adatok definiálhatók a DB operátorral? Hogy definiálható ASCII kódú szöveg konstans? Milyen adatok definiálhatók a DW operátorral? Milyen operátor segítségével adhatunk meg távoli cím konstanst? Milyen összetett adat definíciós utasítást ismer? Hogy definiálhatunk struktúrát? Hogy hozhatunk létre struktúra példányt? Hogy hozhatunk létre struktúra vektort?

79 Máté: Architektúrák9. előadás79 Feladatok Hogy inicializálhatjuk egy struktúra valamely mezejét? Struktúra híváskor mely mezőket inicializálhatjuk? Mit kell tudni a struktúra és mező névről? Hogy hivatkozhatunk egy struktúra valamely mezejére? Hogy hivatkozhatunk egy struktúra vektor valamely mezejére? Mi a rekord? Hogy definiálhatunk rekordot? Hogy adhatunk kezdőértéket egy rekordnak? Mit kell tudni a rekord és mező névről? Hogy hivatkozhatunk egy rekord valamely mezejére?

80 Máté: Architektúrák9. előadás80 Feladatok Hogy hivatkozhatunk egy rekord vektor valamely mezejére? Mi a szimbólum? Mi a címke? Hogy definiálhatunk címkét? Mi a változó? Hogy definiálhatunk változót? Hogy definiálhatunk szimbolikus konstanst? Hogy definiálhatunk szimbolikus szöveg konstanst? Mi a különbség az EQU-val és az = jellel történt konstans definíció között? Mi egy szimbolikus konstans értéke? Mi a $ szimbolikus konstans értéke?