Міністерство освіти і науки України Національний університет „Львівська політехніка” Кафедра електронних обчислювальних машин
КУРСОВА РОБОТА на тему Проектування прототипу скалярного RISC-комп’ютера. Львів – 2004 Анотація Наприкінці 70-х років ідея побудови комп'ютера з обмеженим набором команд виявилася у фокусі уваги фахівців практично всіх найбільших наукових центрів світу, однак найбільшу популярність одержали результати досліджень, проведених Девідом Паттерсоном (David Patterson) і Карло Секуіном (Carlo Sequin) у Каліфорнійському університеті Берклі, Джоном Куком (John Сосke) у Дослідницьких лабораторіях IBM (IBM Research Labs) і групою вчених Стендфордского університету. Спочатку Джон Кук за допомогою експериментального комп'ютера "модель 801" продемонстрував, що використання в програмі тільки найпростіших команд формату "регістр-регістр" (операнди вибираються з оперативних регістрів процесора, і результат операції також записується в регістр) дозволяє підвищити швидкість виконання більшості задач обчислювального типу в 2-3 рази. Потім висновки безлічі груп дослідників були узагальнені у виді правила "80/20", що говорить, що в типовому випадку 80% коду програми використовує всего 20% найпростіших команд "регістр-регістр" повного набору інструкцій CISC. Більш того, Джон Дабберпул (John Dubberpuhl) довів, що видалення із системи команд складних операцій дозволяє зменшити обсяг апаратури процесора (природно, за рахунок скорочення центрального керування) приблизно в 10 разів без відчутного уповільнення виконання задач. Нарешті, Паттерсон і Секуін у проекті RISC, від якого пішло назву всього класу процесорів з подібною архітектурою, сформулювали 4 основних принципи RISC: Будь-яка операція, незалежно від її типу, повинна виконуватися за один такт. Система команд повинна містити мінімальну кількість найбільш часто використовуваних найпростіших інструкцій однакової довжини. Операції обробки даних реалізуються тільки у форматі "регістр-регістр". Обмін між оперативними регістрами і пам'яттю (модифікація перемінних у пам'яті) виконується тільки за допомогою команд завантаження/запису. Склад системи команд повинний бути "зручний" для компіляції операторів мов високого рівня. RISC-процесори обов'язково повинні мати конвеєризовані арифметичні пристрої. Сучасні RISC-процесори реалізують близько 150 інструкцій. Але основний закон RISC був і залишається непорушним: обробка даних виконується тільки в рамках реєстрової структури процесора без звертання до пам'яті "усередині" арифметичних і логічних команд. Зміст  TOC \o "1-2" \h \z \u  HYPERLINK \l "_Toc60428769" 1. Вступ 4 1.1. Завдання на проектування 5 2.Теоретична частина 6 2.1. Структура прототипу скалярного RISC-комп’ютера 6 2.2. Формати інструкцій DLX – машини 7 2.3. Цикл вибирання інструкції 8 2.4. Цикл декодування інструкції/вибирання операндів з регістрового файлу 9 2.5. Цикл виконання/визначення ефективної адреси 9 2.6. Цикл звернення до пам’яті 10 2.7. Цикл зворотнього запису 11 2.8. Опис кеш-пам’яті RISC-комп’ютера 11 2.8.1. Концепція кеш-пам’яті 11 2.8.2 Характеристики і робота кеша 12 2.9. Структура пам’яті 13 2.10. Генеральна структура 13 3. Проектувальний розділ 14 3.1. Розробка мікропрограми роботи DLX машини 14 3.2. Опис мікропрограми на основі граф-схеми 14 4. Визначення реальних керуючих сигналів 17 4.1 Принципи організації пам’яті 19 5. Конвеєризація інформаційного тракту 20 6. Висновки 21 7. Використана література 22  1.Вступ Термін "архітектура системи" часто вживається як у вузькому, так і в широкому розумінні цього слова. У вузькому - під архітектурою розуміється архітектура набору команд. Архітектура набору команд служить границею між апаратурою і програмним забезпеченням і представляє ту частину системи, що видна програмісту чи розробнику компіляторів. У широкому змісті архітектура охоплює поняття організації системи, що включає такі аспекти розробки комп'ютера як систему пам'яті, структуру...