Bilgisayar Mimarisi Ek B, Feza BUZLUCA
0 likes962 views
Feza BUZLUCA, Bilgisayar Mimarisi Ders Notları, Bölüm Ek B, RISC işlemciler
![4
Bilgisayar Mimarisi
© 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.7www.akademi.itu.edu.tr/buzluca
www.buzluca.info
2. Saklayıcı – ivedi (Register-immediate mode):
Örnek: ADD R22, #150, R23 R23←R22+150
Bellek erişimi komutlarında, Rs adres saklayıcısı (işaretçi), S2 ise öteleme
miktarı olarak kullanılır. Rs’nin içindeki 32 bitlik adres + S2’nin gösterdiği yere
erişilir.
Örnek: LDL (R10)#5,R5 R5←M[R10 + 5] Load long: 32 bitlik veri aktarımı
Opcode Rd Rs 1 S2
31 24 23 19 18 14 13 12 0
8 5 5 1 13
İvedi veri
Örnek: JMPR EQ,Y
3. Bağıl (PC Relative mode):
Opcode koşul Y
31 24 23 19 18 0
8 5 19
Öteleme (offset)
Bilgisayar Mimarisi
© 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.8www.akademi.itu.edu.tr/buzluca
www.buzluca.info
R0 her zaman sabit 0 (sıfır) değerini taşır.
ADD R0, R21, R22 R22←R21 (Move)
ADD R0, #150, R22 R22←150 (İvedi yükleme)
ADD R22, #1, R22 R22←R22 +1 (Increment)
Bellek erişimi için Load/Store komutları kullanılır.
LDL (R22)#150,R5 R5←M[R22 +150] Load long: 32 bitlik veri aktarımı
LDL (R22)#0,R5 R5←M[R22]
LDL (R0)#500,R5 R5←M[500]
Berkeley RISC I komutlarının kullanılması](https://image.slidesharecdn.com/bmekb-140801020737-phpapp01/85/Bilgisayar-Mimarisi-Ek-B-Feza-BUZLUCA-4-320.jpg)
![5
Bilgisayar Mimarisi
© 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.9www.akademi.itu.edu.tr/buzluca
www.buzluca.info
Berkeley RISC I Komut Tablosu
Veri işleme komutları:
Opcode Operands Register Transfer
ADD Rs,S2,Rd Rd ← Rs + S2
ADDC Rs,S2,Rd Rd ← Rs + S2 + carry
SUB Rs,S2,Rd Rd ← Rs - S2
SUBC Rs,S2,Rd Rd ← Rs - S2 - carry
SUBR Rs,S2,Rd Rd ← S2 - Rs
SUBCR Rs,S2,Rd Rd ← S2 - Rs - carry
AND Rs,S2,Rd Rd ← Rs ∧ S2
OR Rs,S2,Rd Rd ← Rs ∨ S2
XOR Rs,S2,Rd Rd ← Rs ⊕S2
SLL Rs,S2,Rd Rd ← Rs shifted by S2
SRL Rs,S2,Rd Rd ← Rs shifted by S2
SRA Rs,S2,Rd Rd ← Rs shifted by S2
Bilgisayar Mimarisi
© 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.10www.akademi.itu.edu.tr/buzluca
www.buzluca.info
Veri aktarım komutları:
Opcode Operands Register Transfer
LDL (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Long load
LDSU (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Short unsigned
LDSS (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Short signed
LDBU (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Byte unsigned
LDBS (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Byte signed
LDHI Y,Rd Rd←Y Immediate high
STL (Rs)S2, Rm M[Rs + S2] ← Rm Store load
STS (Rs)S2, Rm
STB (Rs)S2, Rm
GETPSW Rd Rd←PSW Load status word
PUTPSW Rd PSW←Rd Set status word](https://image.slidesharecdn.com/bmekb-140801020737-phpapp01/85/Bilgisayar-Mimarisi-Ek-B-Feza-BUZLUCA-5-320.jpg)
![6
Bilgisayar Mimarisi
© 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.11www.akademi.itu.edu.tr/buzluca
www.buzluca.info
Program denetim komutları:
Opcode Operands Register Transfer
JMP COND,S2(Rs) PC←Rs + S2 Mutlak (doğrudan) adresleme
JMPR COND,Y PC←PC + Y Bağıl
CALL S2(Rs),Rd Rd←PC
PC←Rs + S2
CWP ← CWP -1 Current window pointer
CALLR Y,Rd Rd←PC Bağıl
PC←PC + Y
CWP ← CWP -1
RET (Rd)S2 PC←Rd + S2
CWP ← CWP +1
Berkeley RISC I işlemcisinde altprograma gidildiğinde pencere işaretçisi (CWP)
azaltıldığından daha küçük numaralı saklayıcılara doğru gidilir.
Buna göre ana program (A prosesi) en yüksek numaralı saklayıcıları (R116-R137) ve
global saklayıcıları (R0-R9) kullanır.
Bilgisayar Mimarisi
© 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.12www.akademi.itu.edu.tr/buzluca
www.buzluca.info
Örnek Program:
500 ve 504 numaralı bellek gözlerinde bulunan 32 bitlik iki işaretli sayının toplamını
gerçekleştiren ve sonucu 508 numaralı bellek gözüne yazan programı Berkeley RISC-1
simgesel dili ile kesişimli saklayıcı pencereler üzerinde parametre aktarımı
gerçekleştirerek yazınız.
Toplama alt programı, R1 numaralı saklayıcıdaki adresin 20 ilerisinden başlamaktadır.
Çözüm: Program Açıklama
LDL (R0) #500, R10 R10 ← M[500] (1. parametre)
LDL (R0) #504, R11 R11 ← M[504] (2. parametre)
CALL (R1)#20, R15 R15 ← PC
PC ← (R1)+20
CWP ← CWP-1
STL (R0) #508, R12 M[508] ← R12 (geri dönen değer)
…
…
[(R1)+20] ADD R26, R27, R28 R28 ← R27+R26
RET (R31)#0 PC ← (R31)+0
CWP ← CWP+1
Not: Bu program yazılırken 4. bölümde anlatılan iş hattında (pipeline) çıkan
sorunlar dikkate alınmamıştır.](https://image.slidesharecdn.com/bmekb-140801020737-phpapp01/85/Bilgisayar-Mimarisi-Ek-B-Feza-BUZLUCA-6-320.jpg)
Bilgisayar Mimarisi Ek B, Feza BUZLUCA
- 1. 1 Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.1www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Ek B: RISC (Reduced Instruction Set Computer) İşlemciler: • Daha az sayıda komut vardır, komutların işlevleri basittir. • Daha az sayıda , basit adresleme kipi • Sabit uzunlukta komut yapısı (komut çözme işi kolaydır) • Doğrudan bellek üzerinde işlem yapan komutlar yoktur, işlemler iç saklayıcılarda yapılır. • Belleğe sadece yazma/okuma işlemleri için erişilir (load-store architecture). • Tek çevrimde alınıp yürütülebilen komutlar (komut işhattı (pipeline) sayesinde) • Devrelendirilmiş (hardwired) denetim birimi. Diğer Özellikler: Aşağıdaki özelliklerin bazıları tüm RISC’lerde bulunmayabilir, bazısı ise CISC MİB’lerde de bulunabilir. Ancak bunlar RISC’ler için özellikle önemlidir. • Çok sayıda saklayıcı (register File) • Kesişimli (overlapped register window) saklayıcı penceresi • Komutlar için optimize edilebilen iş hattı • Harvard mimarisi • Derleyici desteği RISC Özellikleri: Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.2www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Binişimli (Kesişimli) Saklayıcı Pencereleri (Ovelapped Register Windows): Bu yapı, alt program çağrılarında yığına (bellek erişimine) gerek duymadan • parametre aktarımını sağlamak ve • yerel değişkenleri tutmak için kullanılır. İşlemcinin çok sayıda saklayıcısı olmasına rağmen programcı belli bir anda bunlardan sadece belli bir adetini kullanabilir. Bir anda kullanılabilen saklayıcıların oluşturduğu gruba pencere (window) denir. Alt programa gidildikçe (ve geri dönüldükçe) pencere değişir. Böylece programcı farklı saklayıcılara erişir. İki pencere arasındaki ortak saklayıcılar parametre aktarımı için, ortak olmayanlar ise alt programların yerel değişkenleri için kullanılırlar. Bir pencerede n saklayıcı varsa programlar yazılırken sadece R0 ve Rn-1 numaraları kullanılır. Ancak pencere değiştikçe bu numaralar farklı fiziksel saklayıcılara denk düşerler. Tüm RISC işlemciler bu yapıyı kullanmaz. Örneğin MIPS işlemcisinde yoktur.
- 2. 2 Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.3www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Örnek: R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 AR0 AR1 AR2 AR3 AR4 A alt programı (ana program) penceresi (çağıran program) A’da programcı R0’a eriştiğinde işlemcinin R0’ına erişmiş olur. Aşağıdaki örnekte işlemcinin 8 adet saklayıcısı vardır. Ancak bir pencerede 5 saklayıcı olduğundan belli bir anda bunlardan sadece 5 tanesi kullanılabilmektedir. Ortak saklayıcılar B alt programı penceresi (çağırılan program) B’de programcı R0’a eriştiğinde işlemcinin R3’üne erişmiş olur. BR2 BR3 BR4 BR0 BR1 B’nin Yerel Saklayıcıları A’nın Yerel saklayıcıları Tüm alt programların eriştiği ve numaraları değişmeyen global saklayıcılar da bulunur. Programlarda sadece R0-R4 kullanılır ancak pencere değiştikçe bunlar farklı saklayıcılara denk düşerler. Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.4www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info G: Global saklayıcı sayısı L: Yerel saklayıcı sayısı C: İki pencere arasındaki ortak saklayıcı sayısı W: Pencere Sayısı Pencere boyu = L+2C+G (2*C çünkü hem alttaki hem de üstteki pencere ile ortak saklayıcılar vardır.) Saklayıcı sayısı = (L+C)W + G Pencere sistemi çevrel (circular) olarak tasarlanır. Eğer işlemcinin 4 adet penceresi varsa, iç içe 5nci alt program çağırıldığında en eski programın 1nci pencerede yer alan bilgileri belleğe yazılır. Bundan sonra 1nci pencere 5nci alt program tarafından kullanılır. Geri dönüşte bellekteki bilgiler tekrar ilgili pencereye taşınır. Saklayıcı sayılarının belirlenmesi: Sonraki örnekte, toplam 74 adet saklayıcısı bulunan, 32 saklayıcılı pencerelere sahip ve 4 derinliğinde alt program çağrılarına destek veren bir işlemcinin saklayıcı yapısı gösterilmiştir. Bu örnekte alt programa gidildikçe pencerelerin artan numaralı saklayıcılara doğru ilerlediği var sayılmıştır. Gerçek işlemcilerde (RISC 1, SPARC) pencereler azalan adreslere doğru ilerlemektedir. Örnek:
- 3. 3 Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.5www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Örnek: Toplam 74 saklayıcı Global saklayıcılar G=10 R0-R9 Yerel saklayıcı: L=10 adet Ortak saklayıcı 2*C= 6+6=12 adet Pencere boyu 32 saklayıcı R10 R15 R16 R25 R31 R26 R32 R41 R47 R42 R48 R57 R63 R58 R64 R73 R10 R15 A-D ortak A Yerel A – B Ortak B- C ortak C Yerel C – D Ortak B Yerel D Yerel A – D Ortak R0 R9 Global Proc. A Proc. B Proc. C Proc. D Bu sistemde, bir pencerede 32 adet saklayıcı olduğundan, simgesel dilde program yazılırken her alt programda R0 – R31 numaraları kullanılır. Pencerenin konumuna göre bu numaralar farklı fiziksel saklayıcılara karşı gelirler. Bkz. 3.14’teki örnek program Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.6www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info RISC İşlemci Örneği: Berkeley RISC I 1. Saklayıcı kipi: (Register mode) Örnek: ADD R22, R21, R23 R23←R22+R21 Opcode Rd Rs 0 Not used S2 31 24 23 19 18 14 13 12 5 4 0 Kolay çözülür Komut Yapısı: 8 5 5 1 8 5 İkinci kaynak saklayıcı • 32 bit adres yolu • von Neumann mimarisi: Komut ve veri belleği ortaktır. • 8, 16, 32 bitlik veriler • Komutlar sabit uzunlukta ve 32 bit • Toplam 31 komutu var • Toplam 138 saklayıcı (R0-R137), 8 pencere her pencerede 32 saklayıcı, 10 adet global saklayıcı (R0-R9) Yerel saklayıcı: 10 adet, Ortak saklayıcı 6+6=12 adet • 3 adet adresleme kipi: saklayıcı adresleme, ivedi adresleme, bağıl adresleme Destination Source
- 4. 4 Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.7www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info 2. Saklayıcı – ivedi (Register-immediate mode): Örnek: ADD R22, #150, R23 R23←R22+150 Bellek erişimi komutlarında, Rs adres saklayıcısı (işaretçi), S2 ise öteleme miktarı olarak kullanılır. Rs’nin içindeki 32 bitlik adres + S2’nin gösterdiği yere erişilir. Örnek: LDL (R10)#5,R5 R5←M[R10 + 5] Load long: 32 bitlik veri aktarımı Opcode Rd Rs 1 S2 31 24 23 19 18 14 13 12 0 8 5 5 1 13 İvedi veri Örnek: JMPR EQ,Y 3. Bağıl (PC Relative mode): Opcode koşul Y 31 24 23 19 18 0 8 5 19 Öteleme (offset) Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.8www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info R0 her zaman sabit 0 (sıfır) değerini taşır. ADD R0, R21, R22 R22←R21 (Move) ADD R0, #150, R22 R22←150 (İvedi yükleme) ADD R22, #1, R22 R22←R22 +1 (Increment) Bellek erişimi için Load/Store komutları kullanılır. LDL (R22)#150,R5 R5←M[R22 +150] Load long: 32 bitlik veri aktarımı LDL (R22)#0,R5 R5←M[R22] LDL (R0)#500,R5 R5←M[500] Berkeley RISC I komutlarının kullanılması
- 5. 5 Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.9www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Berkeley RISC I Komut Tablosu Veri işleme komutları: Opcode Operands Register Transfer ADD Rs,S2,Rd Rd ← Rs + S2 ADDC Rs,S2,Rd Rd ← Rs + S2 + carry SUB Rs,S2,Rd Rd ← Rs - S2 SUBC Rs,S2,Rd Rd ← Rs - S2 - carry SUBR Rs,S2,Rd Rd ← S2 - Rs SUBCR Rs,S2,Rd Rd ← S2 - Rs - carry AND Rs,S2,Rd Rd ← Rs ∧ S2 OR Rs,S2,Rd Rd ← Rs ∨ S2 XOR Rs,S2,Rd Rd ← Rs ⊕S2 SLL Rs,S2,Rd Rd ← Rs shifted by S2 SRL Rs,S2,Rd Rd ← Rs shifted by S2 SRA Rs,S2,Rd Rd ← Rs shifted by S2 Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.10www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Veri aktarım komutları: Opcode Operands Register Transfer LDL (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Long load LDSU (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Short unsigned LDSS (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Short signed LDBU (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Byte unsigned LDBS (Rs)S2,Rd Rd←M[Rs + S2] Byte signed LDHI Y,Rd Rd←Y Immediate high STL (Rs)S2, Rm M[Rs + S2] ← Rm Store load STS (Rs)S2, Rm STB (Rs)S2, Rm GETPSW Rd Rd←PSW Load status word PUTPSW Rd PSW←Rd Set status word
- 6. 6 Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.11www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Program denetim komutları: Opcode Operands Register Transfer JMP COND,S2(Rs) PC←Rs + S2 Mutlak (doğrudan) adresleme JMPR COND,Y PC←PC + Y Bağıl CALL S2(Rs),Rd Rd←PC PC←Rs + S2 CWP ← CWP -1 Current window pointer CALLR Y,Rd Rd←PC Bağıl PC←PC + Y CWP ← CWP -1 RET (Rd)S2 PC←Rd + S2 CWP ← CWP +1 Berkeley RISC I işlemcisinde altprograma gidildiğinde pencere işaretçisi (CWP) azaltıldığından daha küçük numaralı saklayıcılara doğru gidilir. Buna göre ana program (A prosesi) en yüksek numaralı saklayıcıları (R116-R137) ve global saklayıcıları (R0-R9) kullanır. Bilgisayar Mimarisi © 2005-2011 Dr. Feza BUZLUCA Ek B.12www.akademi.itu.edu.tr/buzluca www.buzluca.info Örnek Program: 500 ve 504 numaralı bellek gözlerinde bulunan 32 bitlik iki işaretli sayının toplamını gerçekleştiren ve sonucu 508 numaralı bellek gözüne yazan programı Berkeley RISC-1 simgesel dili ile kesişimli saklayıcı pencereler üzerinde parametre aktarımı gerçekleştirerek yazınız. Toplama alt programı, R1 numaralı saklayıcıdaki adresin 20 ilerisinden başlamaktadır. Çözüm: Program Açıklama LDL (R0) #500, R10 R10 ← M[500] (1. parametre) LDL (R0) #504, R11 R11 ← M[504] (2. parametre) CALL (R1)#20, R15 R15 ← PC PC ← (R1)+20 CWP ← CWP-1 STL (R0) #508, R12 M[508] ← R12 (geri dönen değer) … … [(R1)+20] ADD R26, R27, R28 R28 ← R27+R26 RET (R31)#0 PC ← (R31)+0 CWP ← CWP+1 Not: Bu program yazılırken 4. bölümde anlatılan iş hattında (pipeline) çıkan sorunlar dikkate alınmamıştır.