2004 年度コンピュータハードウェアレポート課題
工学部システム創成学科シミュレーションコース
４年
３０７７７
梅城 崇師
以下のプログラムを図 6.14 のプロセッサで実行したときの挙動をクロックごとに記せ
１． mul r1, r2, r3
２． add r4, r1, r5
３． add r5, r6, r7
４． add r4, r8, r9
５．
add r10, r4, r11
６．
add r12, r10, r13
問題を解くために、条件を以下のように設定する。
・ ALU と乗算ユニットが２個並列に配置されている
・ フェッチ等も同時に２命令可能である
・ ALU にかかる時間は１クロック、乗算ユニットにかかる時間は３クロックである
・ レジスタファイルは４出力２入力とする
第１クロック
ＰＣ
命令レジスタ
命令キャッシュ
mul r1, r2, r3
マッピングテーブル
r1
r2
r3
r4
add r4, r1, r5
r5
r6
r7
r8
r9
r10 r11 r12 r13
リネーム後の命令
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
ＡＬＵ
ＭＵＬ
演算器群
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第２クロック
ＰＣ
命令レジスタ
命令キャッシュ
add r5, r6, r7
マッピングテーブル
リネーム後の命令
add r4, r8, r9
r1
r2
r3
r4
r5
R1
R2
R3
R4
R5
mul R1, R2, R3
r6
r7
r8
r9
r10 r11 r12 r13
add R4, R1, R5
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
ＡＬＵ
ＭＵＬ
演算器群
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第３クロック
ＰＣ
命令レジスタ
命令キャッシュ
add r10, r4, r11
マッピングテーブル
リネーム後の命令
add r12, r10, r13
r1
R2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
R9
R1
R2
R3
R15 R14
R6
R7
R8
R9
add R14, R6, R7
r10 r11 r12 r13
add R15, R8, R9
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
MUL
mul R1, R2, R3
ALU
add R4, R1, R5
ＡＬＵ
ＭＵＬ
演算器群
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第４クロック
ＰＣ
命令キャッシュ
命令レジスタ
マッピングテーブル
リネーム後の命令
r1
R2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
R9
r10 r11 r12 r13
R1
R2
R3
R15 R14
R6
R7
R8
R9
R10 R11 R12 R13
add R10, R15, R11
add R12, R10, R13
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
○
MUL
mul R1, R2, R3
×
ALU
add R4, (R1), R5
ALU
add R14, R6, R7
ALU
add R15, R8, R9
ＡＬＵ
ＭＵＬ
演算器群
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第５クロック
ＰＣ
命令キャッシュ
命令レジスタ
マッピングテーブル
r1
R2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
R9
r10 r11 r12 r13
R1
R2
R3
R15 R14
R6
R7
R8
R9
R10 R11 R12 R13
リネーム後の命令
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
×
ALU
add R4, (R1), R5
○
ALU
add R14, R6, R7
○
ALU
add R15, R8, R9
ALU
add R10, R15, R11
ALU
add R12, R10, R13
ＡＬＵ
ＭＵＬ
演算器群
mul R1, R2, R3
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第６クロック
ＰＣ
命令キャッシュ
命令レジスタ
マッピングテーブル
r1
R2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
R9
r10 r11 r12 r13
R1
R2
R3
R15 R14
R6
R7
R8
R9
R10 R11 R12 R13
リネーム後の命令
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
演算器群
タグ
演算器
命令
×
ALU
add R4, (R1), R5
○
ALU
add R10, R15, R11
×
ALU
add R12, (R10), R13
ＡＬＵ
ＭＵＬ
add R14, R6, R7
mul R1, R2, R3
add R15, R8, R9
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第７クロック
ＰＣ
命令キャッシュ
命令レジスタ
マッピングテーブル
r1
R2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
R9
r10 r11 r12 r13
R1
R2
R3
R15 R14
R6
R7
R8
R9
R10 R11 R12 R13
リネーム後の命令
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
○
ALU
add R4, R1, R5
○
ALU
add R12, R10, R13
R14
R15
演算器群
ＡＬＵ
ＭＵＬ
add R10, R15, R11
mul R1, R2, R3
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第８クロック
ＰＣ
命令キャッシュ
命令レジスタ
マッピングテーブル
r1
R2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
R9
r10 r11 r12 r13
R1
R2
R3
R15 R14
R6
R7
R8
R9
R10 R11 R12 R13
リネーム後の命令
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
R10
R1
ＡＬＵ
演算器群
ＭＵＬ
add R4, R1, R5
add R12, R10, R13
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13
第９クロック
ＰＣ
命令キャッシュ
命令レジスタ
マッピングテーブル
r1
R2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
R9
r10 r11 r12 r13
R1
R2
R3
R15 R14
R6
R7
R8
R9
R10 R11 R12 R13
リネーム後の命令
レジスタファイル
集中型命令ウィンドウ
タグ
演算器
命令
R4
R12
ＡＬＵ
ＭＵＬ
演算器群
１． mul r1, r2, r3
F -R -D1-D2-E1-E2-E3-W
２． add r4, r1, r5
F -R -D1-×-×-×-D2-E -W
３． add r5, r6, r7
-F -R -D1-D2-E -W
４． add r4, r8, r9
-F -R -D1-D2-E -W
５．
-
-F -R -D1-D2-E -W
-
-F -R -D1-×-D2-E -W
add r10, r4, r11
６． add r12, r10, r13