CSSE132 Introduc0on to Computer Systems 12 : Computa,onal - - PowerPoint PPT Presentation

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Adapted from Carnegie Mellon 15-213 CSSE132 Introduc0on to Computer Systems 12 : Computa,onal model March 21, 2013 1 Today: Computa0onal Model Basic structures

SLIDE 1

CSSE132 ¡ Introduc0on ¡to ¡Computer ¡Systems ¡

12 ¡: ¡Computa,onal ¡model ¡ March ¡21, ¡2013 ¡

Adapted from Carnegie Mellon 15-213

SLIDE 2

Today: ¡Computa0onal ¡Model ¡

¢ Basic ¡structures ¡ ¢ Computa0onal ¡model ¡

§ Instruc,ons ¡ § Execu,on ¡ § Save ¡

SLIDE 3

Basic ¡structures ¡

¢ Clock ¡

§ Regular ¡signal, ¡clock ¡edges ¡can ¡trigger ¡events ¡

¢ Register ¡

§ Stores ¡value, ¡can ¡change ¡each ¡clock ¡cycle ¡

¢ Register ¡File ¡

§ Several ¡addressable ¡read/write ¡registers ¡

¢ ALU ¡

§ Performs ¡math/logic ¡opera,ons ¡on ¡inputs ¡

¢ Memory ¡

§ Stores ¡data ¡and ¡instruc,ons ¡ § Abstracted ¡as ¡large ¡array ¡of ¡byte ¡storage ¡ § Convenient ¡to ¡split ¡into ¡instruc,on ¡and ¡data ¡

SLIDE 4

Computa0onal ¡model ¡

¢ Processor ¡

§ CPU ¡: ¡Central ¡Processing ¡Unit ¡

§ Large, ¡fast ¡chip ¡that ¡drives ¡most ¡computer ¡opera,ons ¡

§ GPU ¡: ¡Graphics ¡Processing ¡Unit

¡ ¡

§ Large ¡chip, ¡made ¡of ¡many ¡simple, ¡slow ¡CPUs ¡ § Operates ¡on ¡vector ¡data ¡

¢ For ¡all ¡processors ¡

§ Instruc,on ¡directs ¡processor ¡opera,on ¡ § Instruc,ons ¡& ¡data ¡fetched ¡from ¡memory ¡ § Registers ¡store ¡intermediate ¡results ¡ § ALU ¡combines ¡data ¡into ¡new ¡results ¡ § New ¡results ¡can ¡be ¡wriOen ¡back ¡to ¡memory ¡

SLIDE 5

Processor ¡layout ¡

¢ Combine ¡basic ¡logic ¡structures ¡into ¡datapath ¡

§ Input ¡from ¡memory ¡

§ Instruc,ons ¡ § Data ¡

§ Track ¡current ¡instruc,on ¡with ¡Program ¡Counter ¡(PC) ¡register ¡ § Temporary ¡storage ¡in ¡register ¡file ¡ § Instruc,ons ¡direct ¡ALU ¡to ¡operate ¡on ¡data ¡ § Output ¡result ¡to ¡memory ¡

¢ Most ¡datapaths ¡are ¡clock ¡driven ¡

§ All ¡the ¡exci,ng ¡things ¡happen ¡on ¡a ¡clock ¡edge ¡

SLIDE 6

Y86 ¡datapath ¡

¢ Simplified ¡x86 ¡

implemen- instruction the

A B M E

PC Write back Memory Execute newPC valE, valM valM Data memory Addr, Data valE CC ALU Cnd aluA, aluB valA, valB srcA, srcB dstE, dstM Register file valP Decode icode, ifun rA, rB valC Fetch Instruction memory PC increment PC

SLIDE 7

MIPS ¡datapath ¡

Data PC Address Instruction Instruction memory Registers ALU Address Data Data memory Add Add 4 Register # Register # Register #