计算机组织与糸统结枸 技术工艺与延迟模型 Techno logy add De layModeling (第六讲) 程旭 2000.3.23 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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上讲总结:|SA ·使用通用寄存器的oad- store结构; ·支持如下寻址方式: displacement( with an address offset size of12to bits小、 immediate(size8to16bits),以及 register deferred; 支持如下简单指令(因为它们决定执行的指令总数):load、 store、add、 subtract、 move register-register、and、 shift、 compare equal、 compare not equal branch with a Pc-relative address at least 8-bits long)、jump、cal以及 return; ·支持如下数据大小和类型:8位、16位、32位整数;以及 32位和64位EEE754浮点数 如果看重性能,就使用固定指令编码方案 如果看重代码大小,就使用可变指令编码方案 提供至少16个通用寄存器,以及单独的浮点寄存器; 确信所有的寻址方式都可以用于所有的数据传输指令 ·瞄准最低限要求的指令系统 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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本讲提纲 °上一讲复习、本讲介绍 °性能和技术工艺发展趋势 °延迟模型( Delay Modeling),以及门电路的特性 描述 时钟同步方法( Clocking Methodologies)和 定时方面的考虑( timing consideration) 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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性能和技术工艺发展趋势 100 Microprocessors 1985 Year 特征尺寸( Feature size):缩小10%/年 ·开关速度 改进1.2/年 °密度( Density): 改进12x/年 晶模面积( Die area): 12x/年 °技术工艺推动( Technology Power):1.2x12x12=1,7X/年 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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性能和技术工艺发展趋势(续) 100 10 Microprocessors 0.1 19651970197519801985199019952000 Year °计算机性能: 1985年之前:17x/年 °RSc的经验是尽量使SA简单: 更短的设计周期=>充分利用不断发展的先进技术工艺 先进的流水线技术 更大、更复杂的片载 caches 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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基本技术工艺:CMoS CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor NMOS(N-Type Metal Oxide Semiconductor) transistors PMOS (P-Type Metal Oxide Semiconductor) transistors °NMoS晶体管 ·向逻辑门施加高电平(HIGH、Vdd、5V) Ⅴdd=5V 将该晶体管变成导体 向逻辑门施加低电平(LoW、GND,0v) 关闭导通路径 GND=Ov Ⅴdd=5V °PMOS晶体管 向逻辑门施加高电平(HGH、Vdd、5V) 关闭导通路径 GND=Ov 向逻辑门施加低电平(LoW、GND,0v 将该晶体管变成导体 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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基本部件:CMOS反向器 Vdd 符号 电路 PMOS 入 出 入 出 NMOS 反向器工作过程 Vout Ⅴdd Vdd Vdd 充电 o开 出 开 放电 Vdd vin 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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基本部件:CMOS逻辑门 与非门( NAND Gate) 或非门( NOR Gate) A BlOut A blO Out 00 Out 001 011 10 10 B 00 10 Ⅴdd Ⅴdd Out Out 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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门比较 Ⅴdd Ⅴdd NAND Gate NOR Gate 如果PMoS晶体管较快,那么 就选用PMOS晶体管系列 首选或非门( NOR gate) °同样,如果H→L比L→H更关键,也首选或非门( NoR gate) °如果NMOS晶体管较快,那么 ·就选用NMos晶体管系列 首选与非门( NAND gate °同样,如果L→H比H→L更关键,也首选与非门( NAND gate 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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设计风格的选择范围 定制设计( Custom Design) 标准单元( Standard cel) 门阵列( Gate Array)/ PGA/PLD 门电路 门电路 定制 ALU 路由选择信道 标准 ALU 门电路 路由选择信道 定制 标准寄存器 寄存器堆 门电路 时间就是金钱! 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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