5. Разработка конвейера

При разработке конвейера необходимо выписать все операции, выполняемые машиной.

1. Загрузка РА

2. Инициация чтения (выборка команд)

3. Дешифрация КОП (кода операции)

4. Определение исполнительного адреса и вычисление его

5. Выборка операнда

6. Инициация выполнения команды

7. Выполнение команды

8. Сохранение результата

9. Модификация СЧАК (счетчика адреса команд)

10. Инициация обработки прерываний

11. Загрузка буфера (порта)

12. Пересылка из буфера

13. Аварийный ОСТАНОВ.

Количество конвейерных ступеней зависит от распределения операций по ступеням. Ниже рассмотрен пример трехступенчатого конвейера.

6. Обобщенная структура конвейера

ОП – оперативная память;

БВК – блок выборки команд;

БФИА – блок формирования исполнительного адреса;

БИК – блок исполнения команды;

БОПр – блок обработки прерываний.

Каждая ступень имеет на выходе так называемый фиксатор Ф, который служит для сохранения данных и обеспечивает передачу данных в следующую ступень. В качестве фиксаторов используются регистры или другие запоминающие блоки (например, стеки). Ф1 – это стек размерностью 4 длинных команды.

Существует два типа конвейера:

- синхронный;

- асинхронный.

В синхронном конвейере передача информации от ступени к ступени осуществляется через период времени Т, который равен максимальной длительности работы ступени.

T = max (t_i); i = 1….3

Пример: если t₁ = 3, t₂ = 4, t₃ = 2; то Т = 4

В асинхронном конвейере передача данных от ступени к ступени осуществляется по готовности данных и по готовности блока принять эти данные. С этой целью предшествующий блок информирует последующий о готовности данных, а предшествующий - о том, что данные приняты.

Распределение функций между ступенями:

Ряд операций из списка будет однозначно закреплен за некоторым блоком, а ряд операций может быть размещен в различных блоках.

1) БВК – блок выборки команд обеспеч. выборку команд и размещает их в Ф1.

а) Загрузка РА;

б) Выборка команды;

в) Частичная дешифрация команды;

г) Инициация обработки прерываний;

д) Модификация СЧАК (не просто увеличение СЧАК, а, возможно, его

перезагрузка);

е) Аварийный ОСТАНОВ.

2) БФИА – блок формирования исполнительного адреса.

а) Определение исполнительного адреса;

б) Инициация обработки прерываний;

в) Выборка операнда;

г) Инициация выполнения команды;

д) Загрузка буфера (порта);

е) Пересылка из буфера.

3) БИК – блок исполнения команды.

а) Исполнение команды;

б) Инициация обработки прерываний;

в) Сохранение результата;

г) Окончательная дешифрация кода операций.

7. Адресная организация памяти

РА – регистр адреса;

БАВ – блок адресации выборки;

ЗМ – запоминающий массив;

БУС – блок усилителей считывания;

БУЗ – блок усилителей записи;

БУП – блок управления памятью;

РИ – регистр информации (регистр данных);

ПрА – прием адреса.

Запоминание и считывание информации основывается на использовании адреса хранения слова. Под адресом понимается номер ячейки, где будет храниться данная информация. Адрес поступает в регистр адреса, и одновременно поступает сигнал обращения и код операции. БУП является некоторым устройством, которое обеспечивает не только сохранение слова в ЗМ и считывание его, но и согласование работы памяти с другими устройствами. БУП, проанализировав обращение и операцию, должен либо разрешить, либо запретить какому-либо устройству доступ к памяти. Затем БУП инициирует выборку и выполнение записи или считывания. Если считывание происходит с разрушением информации, то БУП обеспечивает цикл регенерации.