プロセッサの構成：データパスと制御 - 九州大学

データパスの 構 築 Ⅰ~シングルサイクル・データパス~( 教 科 書 5.1~5.3 節 )プロセッサの 構 成 :データパスと 制 御• MIPS 命 令 セットを 実 現 するプロセッサを 設 計 する!• ただし, 以 下 の 命 令 セットに 限 定• 算 術 論 理 演 算 命 令 :add,sub,and,or,slt• メモリ 参 照 命 令 :lw,sw• 分 岐 命 令 :beq命 令 区 分命 令 の 内 容例意 味加 算add $s1, $s2, $s3$s1 = $s2 + $s3減 算sub $s1, $s2, $s3$s1 = $s2 – $s3算 術 論 理 演 算論 理 積and $s1, $s2, $s3$s1 = $s2 and $s3 (ビット 毎 の 論 理 積 )論 理 和or $s1, $s2, $s3$s1 = $s2 or $s3 (ビット 毎 の 論 理 和 )比 較 (セット)slt $s1, $s2, $s3もし、$s2=$s3なら$s1=0データ 転 送ロードワードlw $s1, 100($s2)$s1に,メモリの[$s2+100] 番 地 のワードデータを 読 込 みストアワードsw $s1, 100($s2)メモリの[$s2+100] 番 地 に,$s1のワードデータを 書 込 み分 岐条 件 付beq $s1, $s2, Lもし、$s1==$s2ならラベルLへ 分 岐九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科1

命 令 実 行 の 基 本 動 作命 令 取 得命 令 解 読命 令 実 行PCの 指 す 番 地 から 命令 を 取 得 .命 令 語 の 各 フィールドを 検 査 して, 実 行 する命 令 と 必 要 なパラメータを 特 定 する.全 ての 命 令 で 共 通 の 処 理命 令 によって 異 なる 処 理九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科命 令 実 行 の 基 本 動 作 (add 命 令 )(sub, and, or, slt も 同 様 )命 令 取 得命 令 解 読命 令 実 行000000 rs rt rd 00000 100000rs,rt の 指 定 するレジスタの 値を ALU に 転 送ALUで 演 算 実 行結 果 を rd の 指 定 するレジスタに 転 送PC ← PC + 4九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科2

命 令 実 行 の 基 本 動 作 (lw 命 令 )命 令 取 得100011 rs rt 即 値命 令 解 読命 令 実 行rs の 指 定 するレジスタの 値 と 即値 を ALU に 転 送加 算 実 行加 算 結 果 の 番 地 の 値 を rt の 指定 するレジスタに 転 送PC ← PC + 4九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科各 命 令 実 行 で 必 要 な 処 理命 令 の種 類命 令命 令 実 行 で 必 要 となる 処 理Step1Step2Step3Step4Step5算 術 論理 演 算add/sub/and/or/slt•レジスタファイルよりrsとrtを 読 出 し•ALUでの 演 算• 演 算 結 果 をrdへ書 き 込 み•PCの 更 新(+4)データ転 送lw•レジスタファイルよりrsを 読 出 し• 命 令 より 即 値 を 選 択•ALUでのアドレス 計 算 (+)•メモリから 値 を 読出 し(ロード)•ロード 値 をrtへ 書 込 み•PCの 更 新(+4)sw•レジスタファイルよりrsとrtを 読 出 し• 命 令 より 即 値 を 選 択•ALUでのアドレス 計 算 (+)•メモリへrtの 値 を書 込 み•PCの 更 新(+4)分 岐beq•レジスタファイルよりrsとrtを 読 出 し•ALUでの 一 致判 定 (-)•PCの 更 新 ( 分 岐先 の 値 )• 命 令 より 分 岐 先 オフセットを 選 択九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科3

データパスの 概 観PC命 令 メモリアドレス命 令書 込 みデータ読 出 しデータレジスタ 番 号レジスタ 番 号読 出 しデータレジスタ 番 号レジスタファイルALUデータメモリアドレス読 出 しデータ書 込 みデータ命 令 取 得 命 令 解 読命 令 実 行九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科部 品 の 準 備 ( 命 令 メモリ)命 令 メモリ: 実 行 対 象 となる 命 令 (プログラム)を 格 納信 号 の 意 味読 み 出 す 命 令 の 番 地読 み 出 された 命 令入 出 力入 力出 力信 号 名adrsinstビット 幅3232PC命 令 メモリアドレス命 令書 込 みデータ読 出 しデータレジスタ 番 号レジスタ 番 号読 出 しデータレジスタ 番 号レジスタファイルALUデータメモリアドレス読 出 しデータ書 込 みデータadrs命 令 メモリ32 32inst九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科4

部 品 の 準 備 (データメモリ)データメモリ:プログラム 実 行 において 必 要 となるデータを 格 納信 号 の 意 味読 み 書 きする 番 地書 き 込 みデータ読 み 出 しデータ書 き 込 み 要 求 (1のとき 要 求 )読 み 出 し 要 求 (1のとき 要 求 )入 出 力入 力入 力出 力入 力入 力信 号 名adrswdrdMemWriteMemReadビット 幅32323211adrswdMemRead MemWrite32データメモリ3232rdPC命 令 メモリアドレス命 令ALU書 込 みデータ読 出 しデータレジスタ 番 号データメモリアドレスレジスタ 番 号読 出 しデータレジスタ 番 号読 出 しデータレジスタファイル書 込 みデータ九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科部 品 の 準 備 (レジスタファイル 1/2)レジスタファイル: 複 数 のレジスタにより 構 成信 号 の 意 味レジスタの 読 み 出 し 値 1レジスタの 読 み 出 し 値 2レジスタの 書 き 込 み 値rd1 に 値 を 出 力 するレジスタを 選 択rd2 に 値 を 出 力 するレジスタを 選 択wd の 値 を 書 き 込 むレジスタを 選 択レジスタに 書 き 込 みを 行 うとき1RegWrite5rreg15rd1rreg2 レジスタ 325wreg ファイルrd232wd32入 出 力出 力出 力入 力入 力入 力入 力入 力PC命 令 メモリアドレス命 令信 号 名rd1rd2wdrreg1rreg2wregRegWrite書 込 みデータ読 出 しデータレジスタ 番 号レジスタ 番 号読 出 しデータレジスタ 番 号レジスタファイルALUビット 幅3232325551データメモリアドレス読 出 しデータ書 込 みデータ九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科5

eg1rreg2wregwd部 品 の 準 備 (レジスタファイル 2/2)55532RegWriteレジスタファイルwreg3232rd1rd2rreg1RegWriteDecoder0C1Register 0DCRegister 130D31Muxrd1wdrreg2CRegister 30DCRegister 31DMuxrd2九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科部 品 の 準 備 (ALU)ALU: 指 定 された 算 術 論 理 演 算 を 実 行演 算 対 象 となる 入 力 オペランド演 算 対 象 となる 入 力 オペランド演 算 結 果 出 力信 号 の 意 味ゼロ 判 定 ( 結 果 が 0 のときに 1)ALU 制 御 (000: AND,001: OR,010: +,110: –,111: slt)ab3232ALUctrlALU332zeroy入 出 力入 力入 力出 力出 力入 力PC命 令 メモリアドレス命 令信 号 名 ビット 幅a 32b 32y 32zero 1ALUctrl 3ALU書 込 みデータ読 出 しデータレジスタ 番 号データメモリアドレスレジスタ 番 号読 出 しデータレジスタ 番 号読 出 しデータレジスタファイル書 込 みデータ九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科6

Business Track7• Niagara Security Appliance to Enterprise Niagara Based SecurityManagement Solutions. This session will cover the new NiagaraEnterprise Security 2.0, and highlight case studies from partnersimplementing Niagara web based security solutions.– Scott Cochrane, President, Cochrane Supply & Engineering– Andy McMahon, Controlco, Inc.– Steve Lucas, Senior Security Guy, Tridium, Inc.• Niagara Residential Residential applications using the NiagaraFramework. This session includes case study on the eHomeapplication at the Trident luxury condos in Dubai, new Niagara HomeIntegration applications and capabilities, Residential Energy andEnterprise integration in California, and remote monitoring ofvacation and investment residential properties.– Gaylen Atkinson, Founder & President, Atkinson Electronics– Nigel MacKenzie, CTO, Pacific Control Systems, LLC– William Sandoval, Director of Business Development, Tridium, Inc.

算 術 論 理 演 算 命 令 用 データパスの 設 計 (2)4+31 26 25 21 20 1615 1110 6 5 0op rs rt rd shamt functRegWrite25-2120-16P命 令 メモリC adrsinst15-11rreg1rreg2 rd1レジスタファイルwreg rd2abALUywdALUctrl命 令 区 分算 術 論 理 演 算命 令 の 内 容add, sub,and, or, slt例add $s1, $s2, $s3$s1 = $s2 + $s3意 味九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科lw/sw 命 令 用 データパスの 設 計 (1)I 形 式op rs rt address/immediate6bit 5bit 5bit 16bit命 令lw $○, n($△)sw $○, n($△)op100011101011rs$△$△rt$○$○address/immediatenn九 州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科8

lw/sw 命 令 用 データパスの 設 計 (2)4+31 26 25 21 20 1615 0op rs rt OffsetRegWritePCadrs命 令 メモリinst25-2120-16rreg1rreg2 rd1レジスタファイルwreg rd2wdabALUMemReadyadrsMemWriteデータメモリlwの 場 合15-016符 号 拡 張32ALUctrlwdrd命 令 区 分命 令 の 内 容例意 味データ 転 送ロードワードlw $s1, 100($s2)$s1に,メモリの[$s2+100] 番 地 のワードデータを 読 込 九 み州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科lw/sw 命 令 用 データパスの 設 計 (3)4+31 26 25 21 20 1615 0op rs rt OffsetRegWritePCadrs命 令 メモリinstswの 場 合25-2120-16rreg1rreg2 rd1レジスタファイルwreg rd2wd15-0符 号 拡 張16 32abALUALUctrlMemReadyadrsMemWriteデータメモリwdrd命 令 区 分命 令 の 内 容例意 味データ 転 送ストアワードsw $s1, 100($s2)メモリの[$s2+100] 番 地 に,$s1のワードデータを 書 込 九 み州 大 学 工 学 部 電 気 情 報 工 学 科9