The Processor

• R-type과 Load/Store

  • rd에 무엇이 작성될까?

    • R-type은 ALU 결과가, Load는 메모리로부터 읽은 데이터가 작성됨

  • Memtoreg : control signal로, 값이 1이면 메모리로부터 데이터를 읽어 레지스터에 저장하고, 값이 0이면 ALU의 결과값을 레지스터에 저장한다.

  • 둘을 결합하는 과정

    • ALUSrc : control signal로서, ALU에 쓰일 소스가 레지스터의 값인지 ImmGen인지 결정하는 시그널

    

• ALU Control Bits

• Ins[6:0] = opcode를 의미하고, opcode에 의해 Control에서 ALUop = 00, 01, 10 이 생성되고, 10이라면 ALU Control에서 Ins[30, 14:12]에 해당하는 funct7, funct3의 값을 읽어 ALU control에 해당하는 bit를 생성하여 그에 해당하는 연산을 ALU에서 실행한다.
• 예시

• 잘읽어보면 이해안되는부분은 없다! (빗금친 부분은 control signal에 의해 무시해도 되는 부분)

• Branch 명령어 (Beq, 두 레지스터값이 같다면 점프)

  • SB-format

    • Imm[0] = 0 (Jump해야할 주소와의 거리의 끝자리는 모두 0)

    

    

    • ALU값이 1이라는 것은 sub 결과값이 0이라는 말 → 두값이 같다. → rs1 = rs2 → Branch (PC = PC + imm)
    • ALU값이 0이라는 것은 sub 결과값이 0이 아니라는 말 → 두값이 다르다. → rs1 ≠ rs2 → No Branch (PC = PC + 4)

  • 예시

  

  1시쪽 Add Sum에서 결과가 PC + imm = PC + -24이므로 PC-24로 점프한다. (beq이전에 6개의 명령어 존재, -6*4byte = 24, 6개전으로 돌아가라!)

• Opcode&Control Signals

  

  Instruction[6:0] = opcode 7bit가 Control signal 7개를 결정한다!

  

  • MemtoReg에서 sw, beq는 왜 X(dont care 밸류)일까?
    • sw, beq 둘다 레지스터 파일에 값을 작성하지 않기 때문에!

• Control Unit의 조합

  

  • 그림에서 알 수 있듯이 MemtoReg는 sw, beq가 0이면 lw에만 영향을 받음!
  • RTLcode는 하드웨어 레지스터 간 신호의 흐름을 의미한다.
  • And gate, Invert gate
    • And gate : 입력값이 모두 1이어야 1출력
    • Invert gate : 0 → 1, 1 → 0으로!

• 예외와 방해 Exception & Interrupts

  • Exception : CPU 내부적으로 발생ex)정의되지않은 opcode 등..
  • Interrupt : 외부적인 I/O 통제로 인한것ex) 키보드, 마우스, 타이머
  • 예외 발생시 통제 흐름

  

  • Instruction i에서 interrupt 발생하면 trap 핸들러가 이미 정의되어있던 명령어들의 레이블로 jump시킴!
  • 예외를 핸들링
    • SEPC : Supervisor Exception Program Counter
      • 걸림돌이 되는 명령어 PC값을 저장한다 → 얘가 지켜줌
    • SCAUSE : Supervisor Exception Cause Register
      • 문제를 표시하고 그 값을 저장한다.
    • pre-defined 된 명령어로 점프시켜 핸들링한다.
    • 이 3가지의 일련의 과정을 통해 핸들링한다!
      • 적절한 핸들러에게 원인을 전송 → 조취 결정 → 다시시작하게 되면 SEPC를 이용함 / 다시 시작 불가능하면 → 프로그램 껐다 켜라

• Propagation Delay

• B가 1→0으로 바뀌면 3ns후에 적용됌!
• Pipeline Performance

• Lw : 800ps걸림 / Beq : 500ps걸림
  • clock period는 더 길게 걸린 명령어 따라감 : 800ps!
• 가장 긴 시간 지연이 걸린 datapath가 Critical path!
  • 단일 사이클 프로세서에서는 크리티컬 패스가 load 명령어다! (거쳐가는데가 많음)