1. Fases de la ejecución de una instrucción
1.1. Fetch (F)
1.1.1. Buscar en memoria la instrucccción apuntada por el PC
1.2. Decode (D)
1.2.1. Decodifica la instrucción
1.3. Execute (E)
1.3.1. Ejecución de la operación indicada en el opcode.
1.4. Memory Access (M)
1.4.1. Si es necesario, accede a la memoria para leeer o escribir
1.5. WriteBack (W)
1.5.1. Si es necesario, se vuelca un resultado a un registro
2. Etapas de una instrucción
2.1. Ejemplo
3. Procesador secuencial
3.1. Hasta que no termine de ejecutar una instrucción no comienza a ejecutarse la siguiente
3.2. Procesador monociclo
3.2.1. CPI = 1
3.2.2. La duración de un ciclo de reloj viene fijada por la instrucción de mayor tiempo
3.3. Procesador multiciclo
3.3.1. CPI :: 1
3.3.2. La duración del ciclo de reloj es menor qque para un monociclo
3.3.3. Se establece que la duración de un ciclo = duración de la etapa más larga
3.4. Rendimiento
3.4.1. Fórmula tiempo de CPU = instrucciones por programa * CPI * tiempo de ciclo
3.5. Tratamientos de Excepciones
3.5.1. Excepción
3.5.1.1. evento no planificado que interrumpe la ejecución de un programa
3.5.2. Interrupción
3.5.2.1. Una excepción que proviene de fuera del microprocesador
3.5.3. Tipos de Excepsiones
3.5.4. Componentes de HW
3.5.4.1. Registro exception
3.5.4.2. EPC (Contador de programa de excepción)
3.5.4.3. Restador (PC - 4)
3.5.4.4. cargar en el PC la dirección de memoria donde comienza la RTE
3.5.5. Señales de control
3.5.5.1. ALU_overflow e Illegal_opcode
3.5.5.2. Exception
3.5.5.3. ExceptionWrite y EPCWrite
3.5.5.4. PCWrite
3.5.6. Modificar la máquina de estados con la que se diseña la unidad de control nanoMIPS multiciclo
4. Diseño de un procesador
4.1. Modulos dentro del procesador
4.1.1. Ruta de datos
4.1.2. Unidad de Control
4.2. Es un circuito digital que consta de dos partes
4.2.1. Sistema combinacional
4.2.1.1. Sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas
4.2.2. Sistema secuencial
4.2.2.1. Los valores de la salida también dependen del estado anterior o estado interno
4.3. Metodología
4.3.1. 1. Analizar el repertorio de instrucciones
4.3.2. 2. Establecer la metodología de temporización
4.3.3. 3. Seleccionar el conjunto de módulos
4.3.4. 4. Ensamblar la ruta de datos
4.3.5. 5. Determinar los valores de los puntos de control
4.3.6. 6. Diseñar la lógica de control
5. Procesador monociclo
5.1. Repositorios de Instrucciones
5.2. Ruta de datos
5.2.1. Componentes
5.2.1.1. Memoria de datos
5.2.1.2. Memoria de isntrucciones
5.2.1.3. 32 registros
5.2.1.4. Contador de programa PC
5.2.1.5. Dos sumadores
5.2.1.5.1. Para suma 4 al PC
5.2.1.5.2. Para sumar el desplazamiento relativo al PC
5.2.1.6. ALU
5.2.1.7. Extensor de Signo
5.2.1.8. Desplazar a la izquierda
5.3. Unidad de Control
5.3.1. Global
5.3.1.1. Decodifica global de la ruta de datos
5.3.1.2. Configuración global de la ruta de datos
5.3.1.3. Entrada - Opcode
5.3.1.4. Salidas - Genera los valores adecuados para las diferentes señales de control
5.3.2. Local
5.3.2.1. Decodifica el campo Funct
5.3.2.2. Seleccione la operación que debe realizar la ALU
5.3.2.3. Entradas - ALUOp, Funct
5.3.2.4. Salida - Genera la señal ALUControl
5.4. Puntos de Control
5.4.1. Valores de puntos de control
5.4.1.1. lw
5.4.1.2. sw
5.4.1.3. ALU
5.4.1.4. BEQ
5.5. Rutas de datos + Controlador
6. Procesador multiciclo
6.1. Adaptación del ciclo de reloj para ejecutar la instrucción más larga
6.2. Se reduce el periodo del procesador
6.3. Se utiliza una división del trabajo en etapas
6.4. Ruta de datos
6.4.1. Etapa F
6.4.1.1. Registro de instrucción IR
6.4.2. Etapa D
6.4.2.1. Lectura de operandos A, B
6.4.3. Etapa X
6.4.3.1. Operandos de fuente ALu en A y B
6.4.4. Etapa M
6.4.4.1. De memoria a MDR
6.4.5. Etapa W
6.4.5.1. De ALU Out a registro
6.4.6. No son necesarios sumadores extra
6.4.7. No son necesarias dos memorias separadas
6.5. Puntos de control
6.5.1. No se peuden dar como una tabla de verdad
6.5.2. Las señales se van modificando en los diferentes ciclos de reloj
6.6. Unidad de control
6.6.1. Global
6.6.1.1. Circuito secuencial
6.6.1.2. Entrada - Opcode
6.6.1.3. Se puede diseñar como máquina de estados o mediante microprograma
6.6.1.3.1. Unidad de Control como máquina de estados
6.6.1.3.2. Unidad de control microprogramada
6.6.2. Local
6.6.2.1. de la ALU