指令集的实现与流水线结构

手工装配流水线结构与生产节拍分析

手工装配流水线结构与生产节拍分析 在目前国内制造业中,手工装配流水线是最基本的生产方式,相当多的产品的装配都在手工装配流水线上进行的,进行产品的装配作业,特别在家电制造行业就是一个典型的例子.这种装配作业中在制造业中发挥重要作用,它适用于产品需求量较大;相同或相似;装配过程中可以分解为多个工序;减少人的疲劳强度,而且节约一些成本.手工装配流水线的基本特点,成本低廉;可以充分利用国内大量廉价劳动力资源,由于产品是有许多零件和部件组成的;需要许多工人完成工序.如果每一个工人长期从事某一工序或多个工序操作;可以达到一定的操作水平和技能;生产组织灵活性很好,不仅能够适应多品种中小批量生产的需要(因厂家的订单数量不多,但是品种多的话,规格需要更换)不适合于自动化生产;有利于提高产品的质量,有许多产品是要靠人工和机器完成的;能够及时发现产品质量问题;在实际情况中也反映,市场竞争相当激烈;,用户和商家对产品的质量要求更高,新产品周期更短,产品价格更低.企业的最终目标也是时间更短;质量要求更高;成本更低;降低成本是企业竞争手段之一,采用手工流水线就可以满足上述要求,同时也是实现自动化的基础;更利于自动化的快速发展.当然这种生产方式有许多不足之处.技术含量低,需要大批量人员进行生产,阻碍产品的技术提高和市场竞争力. 一.手工装配流水线的基本结构;要点;概念. 手工装配流水线就是自动化输送装置基础上由一系列工人按一次序组成的工作站系统;每个工人作为一个工作站后工位完成产品制造装配过程中的不同工序,当产品经过全部工人的装配操作后即完成全部装配操作,并最终成为产品;如果生产线只完成部分工序的装配检测为半成品.产品的输送系统有许多形式如皮带输送线;滚筒输送线;悬挂链输送线等.输送的方式可以是连续的也可以是间歇式的;工作的操作方式也多样.通常有如下几种方式： （１）直接在输送线上的产品上进行装配，产品随输送线一起运动，工人也随之运动；操作完成后再返回原位置； （２）将产品从输送线上取下，在输送线旁边的工作台上完成装配后再将产品送回输送线上； （３）工件通过工装板在输送线上输送，工装板到达装配位置后停下来重新定位装配，装配完成后将工装板及工件随输送线运动；工人的工作既可以坐着进行例如一些零件较小的装配；也可以站立进行例如在生产大型产品（如轿车．空调等）采用悬挂链输送线输送，工人可以在工位的区域内活动；边随输送线上的产品同时移动位置直到完成装配为止．根据工序所需要的时间长短有区别，每个工位的操作工序既可以是工序时间较长的的单个工序也可以是工序时间较短的多个工序；每个工位的排序可根据生产

计算机体系结构试题库—简答题

计算机体系结构试题库 简答题（100题） 1．简述CISC结构计算机的缺点。 答： ●在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。据统计，有20％的指 令使用频率最大，占运行时间的80％。也就是说，有80％的指令在20％的运行时 间内才会用到。 ●CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制 时间和成本，而且还容易造成设计错误。 ●CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 ●CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 ●在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计 算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。 2．RISC结构计算机的设计原则。 答： A.选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令； B.每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成； C.所有指令长度均相同； D.只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行； E.以简单有效的方式支持高级语言。 3．影响现代微处理器主频提升的主要原因由哪些？ 答：线延迟、功耗。 4．指令集格式设计时，有哪三种设计方法？ 答：固定长度编码、可变长编和混合编码）三种设计方法。

5．简述存储程序计算机（冯·诺依曼结构）的特点。 答： （1）机器以运算器为中心。 （2）采用存储程序原理。 （3）存储器是按地址访问的、线性编址的空间。 （4）控制流由指令流产生。 （5）指令由操作码和地址码组成。 （6）数据以二进制编码表示，采用二进制运算。 6．在进行计算机系统设计时，一个设计者应该考虑哪些因素对设计的影响？ 答： 在进行计算机系统设计时，设计者应该考虑到如下三个方面因素的影响： ●技术的发展趋势； ●计算机使用的发展趋势； ●计算机价格的发展趋势。 7．简述程序翻译技术的特点。 答： 翻译技术是先把N+1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。 8．简述程序解释技术的特点。 答： 解释技术是每当一条N+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N+1级的指令，依此重复进行。 9．经典体系结构的定义是什么？ 计算机体系结构是机器级程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。10．“线延迟墙”指的是什么？

吉林大学 计算机系统结构题库 第二章

第二章计算机指令集结构 知识点汇总： 指令集设计、堆栈型机器、累加器型机器、通用寄存器型机器、CISC、RISC、寻址方式、数据表示 简答题 1.增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手？（CISC） (1) 面向目标程序增强指令功能。 (2) 面向高级语言和编译程序改进指令系统。 (3) 面向操作系统的优化实现改进指令系统。 2.简述CISC存在的主要问题。（知识点：CISC） 答：（1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。 （2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。 （3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 （4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 （5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。 3.简述RISC的优缺点及设计RISC机器的一般原则。（知识点：RISC） 答：（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。 （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。 （3）所有指令长度均相同。 （4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。 （5）以简单、有效的方式支持高级语言。 4.根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类？（知识点：堆栈型机器、累加器型机器、通用寄存器型机器） 答：堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构。 5.常见的三种通用寄存器型指令集结构是什么？（知识点：通用寄存器型机器） 答：（1）寄存器－寄存器型。 (2)寄存器－存储器型。 (3)存储器－存储器型。

计算机系统结构课后题.

[例题1.1] 假设将某一部件的处理速度加快到10倍,该部件的原处理时间仅为整个运行时间的40%,则采用加快措施后能使整个系统的性能提高多少? [解答] 由题意可知:Fe=0.4, Se=10,根据Amdahl 定律,加速比 为:Sn=1/(0.6+0.4/10=1.56 [例题1.2] 采用哪种实现技术来求浮点数平方根FPSQR 的操作对系统的性能影响较大。假设FPSQR 操作占整个测试程序执行时间的20%。一种实现方法是采用FPSQR 硬件,使FPSQR 操作的速度加快到10倍。另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快,使FP 指令的速度加快到2倍,还假设FP 指令占整个执行时间的50%。请比较这两种设计方案。 [解答] 分别计算出这两种设计方案所能得到的加速比: [例题1.2] [解答] =(4*25%+(1.33*75%=2.0 方案1:CPI 1=CPI 原-2%*(CPI 老1-CPI 新1=2.0-2%*(20-2=1.64 方案2:CPI 2=CPI 原-25%*(CPI 老2-CPI 新2=2.0-25%*(4-2=1.5 方案2的加速比=CPU 时间原/CPU 时间2=IC*时钟周期*CPI 原 / IC*时钟周期*CPI 2=2/1.5=1.33

[习题1.17] 假设高速缓存Cache 工作速度为主存的5倍,且Cache 被访问命中的概率为90%,则采用Cache 后,能使整个存储系统获得多高的加速比Sp ? [解答] 我们首先对新的存储系统的性能做以下的假设:在Cache 不命中的情况下,对Cache 的访问不会额外损失时间,即:首先,决定Cache 是否命中所用的时间可以忽略;其次,在从主存向Cache 传输的同时,数据也被传输给使用部件(不需要再从Cache 中读取。这样,新的存储系统中,平均存取时间分为两个部分: hit Cache miss main hit hit miss miss average new R T R T R T R T T ?+?=?+?=_ 其中,R 表示各种情况所占的比例。 根据加速比的计算公式, 57.39.051.011__=?+?=?+?== hit Cache miss main main average new average old p R T R T T T T S [习题1.19]

自动化机械加工生产线结构组成形式

自动化机械加工生产线结构组成形式 根据制造行业及工艺上的区别，自动化生产线具有很多类型，例如自动化机械加工生产线、自动化装配生产线、自动化喷涂生产线、自动化焊接生产线、自动化电镀生产线等。其中最典型的是以下两种：一种为自动化机械加工生产线，用于机械零件加工行业；另一种为自动化装配生产线，用于各种产品的后期装配生产。 自动化机械加工生产线主要从事零件的铣削、钻孔及其他类似的回转切削加工工序，主要应用与以下零件加工场合： ·零件大批量生产 ·零件设计成熟 ·长期生产 ·需要多种加工工序 在上述场合，才有用自动化机械加工生产线就可以显示出它的巨大优越性。例如：很低的人工成本、很低的制造成本、零件制造周期短、占用场地最少等。 在自动化机械加工生产线中，根据生产线结构形式的区别可以分为以下两种类型： ·未设置内部零件存储缓存区的自动化机械加工生产线 ·设置内部零件存储缓存区的自动化机械加工生产线 上述两类自动化机械加工生产线的节拍原理存在较大的区别，本文主要介绍未设置内部零件存储缓冲区的自动化机械加工生产线结构组成及节拍原理。 (1)结构组成 这种自动化机械加工生产线的基本结构原理如图1所示。 图1 典型的自动化机械加工生产线结构原理示意图 这种自动化机械加工生产线在机械结构上主要有以下三部分组成： ·零件自动输送系统 ·单个的机械加工工作站（如自动机床） ·控制系统 通过输送系统将各台机械加工工作站连接在一起，原始零件（未加工的零件）从生产线的一端进入，在一台工作站上完成加工后再由输送系统输送到相邻的下一台工作站，没一台工作站完成不同的加工工序，经过最后一台工作站后得到完成全部加工工序的零件。 在生产线上可能还有部分检测工作站，用于对工件加工过程中的加工质量进行自动检测。此外还可能有部分人工操作的工作站，用于代替技术上极难实现自动化加工活在成本上不经济的自动化加工工序。 由于零件的机械加工通常都要求较高的加工精度，对零件的定位精度自然要求较高，因此零件的自动输送采用一种专用的夹具——随行夹具来输送。随行夹具不仅可以对待加工的零件进行准确的定位，还可

手机处理器和结构指令集

手机处理器/结构指令集目前，市场上有Xscale、arm、OMAP等手机微处理器，其中Xscale微处理器的系列有PXA210(代号Sabinal)/PXA25x(代号Cotulla), PXA26x 与PXA27x(代号Bulverde)等，arm的系列有ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10等系列，OMAP有OMAP730、OMAP3630等。

OMAP系列 结构指令集: 1、定义： 指令集也称为复杂指令集，英文名是CISC，（Complex Instruction Set Computer的缩写）。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。其实它是英特尔生产的x86系列（也就是IA-32架构）CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是现在新起的X86-64（也被成AMD64）都是属于CISC的范畴。 要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。X86指令集是Intel 为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界第一台PC 机中的CPU—i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加了X87芯片，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。 虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到过去的PII至强、PIII至强、Pentium 3，最后到今天的Pentium 4系列、至强（不包括至强Nocona），但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍属于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容

-计算机系统结构(有详细答案)

(仅供参考，不作为考试标准)， 选择题(30分，每题2分) 计算机系统结构设计者所关心的是________所看到的的计算机结构。 A)硬件设计人员B)逻辑设计人员 C)机器语言或汇编语言程序员D)高级语言程序员 在计算机系统设计时，为了提高系统性能，应当注意________。 A)加快经常性使用指令的执行速度 B)要特别精心设计少量功能强大的指令 C)要减少在数量上占很小比例的指令的条数 D)要加快少量指令的速度 重叠寄存器技术主要用于解决在RISC系统中因________而导致的问题。 A)JMP指令影响流水线 B)CALL指令的现场保护 C)只有LOAD和STORE指令带来的访问存储器不便 D)存储器访问速度 为使流水计算机运行效率高________ A)各过程段时间要不同B)连续处理的任务类型应该不同 C)连续处理的任务类型应该相同D)连续处理的任务数尽可能少不属于堆栈型替换算法的是________。 A)近期最少使用法B)近期最久未用法 C)先进先出法D)页面失效频率法 与全相联映象相比，组相联映象的优点是________。 A)目录表小B)块冲突概率低C)命中率高D)主存利用率高"一次重叠"中消除"指令相关"最好的方法是________。 A)不准修改指令B)设相关专用通路 C)推后分析下条指令D)推后执行下条指令 流水操作中，遇到数据相关时，采用的解决办法有________。 A)用优化编译器检测，通过指令重新排序的办法 B)数据重定向技术 C)延迟转移技术 D)加快和提前形成条件码 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用________。 A)多级立方体网络B)多级PM2I网络 C)多级混洗交换网络D)上述任何网络 虫蚀寻径以流水方式在各寻径器是顺序传送的是________。 授课：XXX

自动生产线的结构与组成

自动生产线的结构与组成 自动生产线通常都是由以下基本的结构模块根据需要搭配组合而成的： ●工件的自动输送及自动上下料机构 ●辅助机构（定位、夹紧、分隔、换向等） ●执行机构（各种装配、加工、检测等执行机构） ●驱动及传动系统 ●传感器与控制系统 1. 工件的输送及自动上下料系统 工件或产品的移送处理是自动化装配的第一个环节，包括自动输送、自动上料、自动卸料动作，替代人工装配场合的搬运及人工上下料动作，该部分是自动化专机或生产线不可缺少的基本部分，也是自动机械设计的基本内容。其中自动输送通常应用在生产线上，实现各专机之间物料的自动传送。 ①输送系统 输送系统包括小型的输送装置及大型的输送线，其中小型的输送装置一般用了自动化专机，大型的输送线则用于自动化生产线，在人工装配流水线上也大量应用了各种输送系统。没有输送线，自动化生产线也就无法实现。 根据结构类型的区别，最基本的输送线有：皮带输送线、链条输送线、滚筒输送线等；根据输送线运行方式的区别，输送线可以按连续输送、断续输送、定速输送、变速输送等不同的方式运行。

②自动上下料系统 自动上下料系统是指自动化专机在工序操作前与工序操作后专门用于自动上料、自动卸料的机构。在自动化专机上，要完成整个工序动作，首先必须将工件移送到操作位置或定位夹具上，待工序操作完成后，还需要将完成工序操作后的工件或产品卸下来，准备进行下一个工作循环。 自动机械中最典型的上料机构主要有： ●机械手 ●利用工件自重的上料装置（如料仓送料装置、料斗式送料装置） ●振盘 ●步进送料装置 ●输送线（如皮带输送线、链条输送线、滚筒输送线等） 卸料机构通常比上料机构更简单，最常用的卸料机构或方法主要有： ●机械手 ●气动推料机构 ●压缩空气喷嘴 气动推料机构就是采用气缸将完成工序操作后的工件推出定位夹具，使工件在重力的作用下直接落人或通过倾斜的滑槽自动滑入下方的物料框内。对于质量特别小的工件，经常采用压缩空气喷嘴直接将工件吹落掉人下方的物料框内。 2. 辅助机构 在各种自动化加工、装配、检测、包装等工序的操作过程中，除自动上下料机构外，还经常需要以下机构或装置： ①定位夹具 工件必须位于确定的位置，这样对工件的工序操作才能实现需要的精度，因此需要专用的定位夹具。 ②夹紧机构 在加工或装配过程中工件会受到各种操作附加力的作用，为了使工件的状态保持固定，需要对工件进行可靠的夹紧，因此需要各种自动夹紧机构。 ③换向机构 工件必须处于确定的姿态方向，该姿态方向经常需要在自动化生产线上的不

计算机体系结构问答题第2章

第2章计算机指令集结构设计 1. 通常可按哪5个因素对计算机指令集结构进行分类？ (1) 在CPU中操作数的存储方法。 (2) 指令中显式表示的操作数个数。 (3) 操作数的寻址方式。 (4) 指令集所提供的操作类型。 (5) 操作数的类型和大小。 2. 在对计算机指令集结构进行分类的5个因素中，哪一种是各种指令集结构之间最主要的区别？ CPU中操作数的存储方法，即在CPU中用来存储操作数的存储单元的类型，是各种指令集结构之间最主要的区别。 3. 根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类？ 堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构。 4. 堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构分别有什么 5. 现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，为什么？ 主要有两个方面的原因，一是寄存器和CPU内部其他存储单元一样，要比存储器快；其次是对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。 6. 通用寄存器型指令集结构可细分为哪三类？ 寄存器－寄存器型。 寄存器－存储器型。 存储器－存储器型。 7. 三种通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？

8. 从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？ （1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。 （2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。 （3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 （4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 （5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。 9. 增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手？ (1) 面向目标程序增强指令功能。 (2) 面向高级语言和编译程序改进指令系统。 (3) 面向操作系统的优化实现改进指令系统。 10. RISC的设计原则是什么？ （1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。 （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。 （3）所有指令长度均相同。 （4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。 （5）以简单、有效的方式支持高级语言。 11. RISC和CISC处理机的指令系统结构在指令格式、寻址方式和每条指令的周期数（CPI）三方面有哪些区别？ 12. 计算机指令集结构设计所涉及的内容有哪些？ (1) 指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向。 (2) 寻址方式的设计。 (3) 操作数表示和操作数类型。 (4) 寻址方式的表示：可以将寻址方式编码于操作码中，也可以将寻址方式作为一个单独的域来表示。 (5) 指令集格式的设计：有变长编码格式、固定长度编码格式和混合型编码格式三种。

辊筒流水线介绍及其结构

辊筒流水线介绍及其结构 产品简介： 滚筒流水线是依靠转动着的辊子和物品间的摩擦使物品向前移动。按其驱动形式可分为无动力滚筒流水线、动力滚筒流水线。在动力滚筒流水线中，驱动辊子的方法目前一般不在采用单独驱动的方式，而是多采用成组驱动，常用电机与减速器组合，再通过链传动、带传动来驱动辊子旋转。按其驱动形式又分为链传动（单链、双链），带传动（平带、V形带和O形带）这两种形式。滚筒流水线主要由辊子、机架、支架、驱动部份等组成，具有输送重量大、速度快、运转轻快、能实现多品种共线分流的输送的特点。 1、滚筒输送线辊子直径：25mm～200mm； 2、滚筒输送线辊子长度：20mm～3000mm； 3、滚筒输送线锥形辊子锥度：1：16~1：30； 4、滚筒输送线回转机中心最小回转半径：900 mm； 5、滚筒输送线单驱动最大长度：20 m； 6、滚筒输送线输送速度：0.4 mm～30 m/min； 7、输滚筒输送线送物品最大重量：100Kg/m； 8、可根据客户要求定做该类产品。 特点: 滚筒线之间易于衔接过滤，可用多条滚筒线及其它输送设备或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要。可采用积放滚筒实现物料的堆积输送。滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。 结构形式有:

按驱动方式可分为滚筒线和无动力滚筒线，按布置形式可分为水平输送滚筒线、倾斜输送滚筒线和转弯滚筒线。还可按客户要求特殊设计，以满足各类客户的要求。 标准规格: 滚筒线内宽度为200、300、400、500、600、700、800、1000、1200mm等。也可按客户需求采用其它特殊规格。转弯滚筒线标准转弯内半径为R600、R900、R 1200mm等，也可按客户需求采用其它特殊规格。直段滚筒所用的滚筒直径有38、50、?60、76、89mm等。 技术参数:

armv8架构与指令集.整理.初稿

目 录 第1章 ARMV8简介 (3) 1.1基础认识 (3) 1.2相关专业名词解释 (3) 第2章 EXECUTION STATE (4) 2.1提供两种E XECUTION S TATE (4) 2.2决定E XECUTION S TATE的条件 (4) 第3章 EXCEPTION LEVEL (5) 3.1E XCEPTION L EVEL 与S ECURITY (5) 3.1.1 EL3使用AArch64、AArch32的对比 (5) 3.2EL X 和E XECUTION S TATE 组合 (7) 3.3路由控制 (7) 3.3.1 路由规则 (7) 3.3.2 IRQ/FIQ/SError路由流程图 (9) 第4章 ARMV8寄存器 (10) 4.1AA RCH32重要寄存器 (10) 4.1.1 A32状态下寄存器组织 (11) 4.1.1 T32状态下寄存器组织 (11) 4.2AA RCH64重要寄存器 (11) 4.364、32位寄存器的映射关系 (12) 第5章 异常模型 (13) 5.1异常类型描述 (13) 5.1.1 AArch32异常类型 (13) 5.1.2 AArch64异常类型 (13) 5.2异常处理逻辑 (14) 5.2.1 寄存器操作 (14) 5.2.2 路由控制 (15) 5.3流程图对比 (15) 5.3.1 IRQ 流程图 (16) 5.3.2 Data Abort 流程图 (19) 5.4源代码异常入口 (21) 5.4.1 C函数入口 (21) 5.4.2 上报流程图 (21) 5.4.3 异常进入压栈准备 (22) 5.4.4 栈布局 (22) 第6章 ARMV8指令集 (23) 6.1概况 (23) 6.1.1 指令基本格式 (23) 6.1.2 指令分类 (23) 6.2指令详解 (23)

精简指令集计算机

CHAPTER 12 REUCED INSTRUCTION SET COMPUTERS (第12章精简指令集计算机) ●对设计RISC计算机，高级语言程序行为的研究成果是有指导意义。程序中赋值 语句占有最大份额，这暗示着简单的数据传送应当优化。程序中还有许多IF和LOOP语句，基础的顺序控制机制需要进行优化，以准许有效地使用流水技术。操作数引用样式的研究表明，在寄存器中保持适当数量的操作数会有助于性能的提高。 ●RISC机器的关键特征：①有限的指令集并具有固定格式，②大量的寄存器或利用编译器来优化寄存器的作用，③强调对指令流水线的优化（optimizing）。 ●RISC的简单指令集自身便利于有效的流水化；RISC指令集自身也有助于实施延迟转移技术（the delayed branch technique）：将转移指令和其他指令重排能提高流水线效率。 下面给出了自计算机诞生以来某些最主要的进步。 ●Family Concept：以不同的价格/性能特征提供的一级计算机，性能和价格方面的差 异在于同样结构的不同实现。 ●Microprogrammed Control Unit：微编程使控制器的设计和实现变得更容易，并提供 了对系列概念的支持。 ●Cache Memory：极大地改善了系统性能。 ●Pipelining：将并行性引入机器指令程序顺序本性的一种方式。 ●Multiple Processors：包含几种不同的组织和目标 ●RISC：最重要的变革，在语言和行为方面对大多数计算机结构的学识是一个挑战 RISC系统的关键点是： ①有限的和简单的指令集并具有固定格式， ②大量的寄存器或利用编译器来优化寄存器的作用， ③强调指令流水线的优化（optimizing） CP332+EP458表12.1比较了几个RISC和非RISC系统 12.1INSTRUCTION EXECUTION CHARACTERISTICS 指令执行特征 计算机发展最易见的形式是编程语言；随着硬件成本的下降，软件成本相对上升；通用性的扩展和编程人员的长期缺乏驱使软件成本在绝对意义上上升；软件运行多年后虽经不断修正仍继续出现新的缺欠。因此，一个计算机系统存活期的主要成本是软件而不硬件。 研究人员和工业界对此的响应是，开发出了功能更强、更复杂的高级程序设计语言，高级语言（HLL：high-level language）允许编程人员能更简明地表示算法，更关注细节，并经常支持结构化程序设计。 由此而来的是语义间隙问题（Semantic Gap），即HLL中提供的操作与计算机结构提供的操作间的差异。这种间隙现象（Symptoms of the Semantic Gap）被认为是，包括执行的低效、过长的机器程序和编译器的复杂性。设计者试图以结构的改进来减小这个间隙。关键的做法包括大指令集、若干的寻址方式和硬件实现的各种HLL语句

计算机组成原理指令系统设计

课程设计说明书 题目: 指令系统设计 院系：计算机科学与工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 2013年 11 月 25 日

安徽理工大学课程设计（论文）任务书 2013年11月25日

安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表

摘要 在飞速发展的科技社会中，计算机被应用到各行各业，各个领域中。人们渐渐地步入自动化、智能化的生活阶段。本次计算机组成原理课程设计课题是基本模型机的设计与实现。利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，设计基本模型机的指令系统（包括逻辑与，逻辑或，算术加，减运算，输入，输出，转移，传送指令），形成具有一定功能的完整的应用程序。 简言之，这次设计，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一条微程序，一条微程序又有若干微指令组成，一条微指令的功能由24位操作信号（即控制位）实现。 这一课题的实现不仅使我们对各种微指令有了熟练的掌握，更对有关知识的深入学习打下基础。关键词：指令系统，微指令，机器指令，异或

目录 1.系统分析 (1) 1.1 设计准备 (1) 1.2 设计目标 (3) 2.系统设计 (4) 2.1 指令、微指令系统设计 (4) 2.2 模型机的微指令设计 (5) 2.3 异或程序设计 (6) 3.系统实现 (7) 3.1 程序编写与分析 (7) 3.3 调试结果 (8) 4.总结 (10) 4.1 设计体会 (10) 4.2设计改进 (10) 参考文献 (11)

2018年芯片产业RISC-V指令集架构分析报告

2018年芯片产业RISC-V 指令集架构分析报告 2018年8月

目录 一、RISC-V概述 (5) 1、RISC-V发展背景 (5) （1）外部环境 (5) ①贸易战背景下，自主可控势在必行 (5) ②政策驱动，集成电路产业迎来发展机遇 (5) ③新一代信息技术加速渗透，新兴领域对芯片提出了更高的需求 (6) （2）内部因素 (6) 2、RISC-V内涵 (7) （1）驱动因素 (7) （2）目标 (7) 二、RISC-V技术特性 (9) 1、纵向比较（RISC-Vvs RISC） (9) 2、横向比较（RISC-Vvs X86） (11) 三、RISC-V产业生态逐步完善 (13) 1、国际产业发展迅速 (13) （1）多个RISC-V开源版本及商用IP 诞生 (13) （2）科技巨头和初创公司纷纷布局 (14) （3）行业应用纷纷落地 (16) 2、国内产业后来居上 (17) 四、RISC-V满足个性化、定制化芯片新需求 (18) 五、我国RISC-V产业发展建议 (21) 1、我国芯片产业发展薄弱 (21) 2、我国RISC-V产业发展建议 (21)

（1）协同构建RISC-V技术应用推广的产业发展环境 (21) （2）协同建立RISC-V测试评估体系。 (22) （3）建立健全各项保障体系，上升至国家战略高度 (22) 六、相关企业 (22) 1、中国长城：国内自主可控硬件龙头 (23) 2、中国软件：具备自主可控全产业链体系 (24) 3、太极股份：战略转型积极推进，打造自主可控IT产业生态体系 (24)

指令集架构发展背景。外部环境：（1）贸易战背景下，自主可控势在必行；（2）政策驱动，集成电路产业迎来发展机遇；（3）新一代信息技术加速渗透，新兴领域对芯片提出了更高的需求。内部因素：（4）从产业内部角度来看，主流指令集架构复杂，硬件实现难度大，授权费用高企，芯片企业成本居高不下。 RISC-V指令集架构技术特性。在于简洁、模块化、可扩展及开源，通过有限指令集的组合和扩展，构建适合任何领域的微处理器。 RISC-V产业生态逐步完善。国际产业——多个RISC-V开源版本及商用IP 诞生；科技巨头和初创公司纷纷布局；行业应用纷纷落地。国内产业——华为、中兴等大企业，及部分中小型企业（如C-SKY）与创客群体加入RISC-V基金会；国内首个开源的RISC-V处理器诞生——蜂鸟E200（面向极低功耗与极小面积的场景而设计）。 RISC-V满足个性化、定制化芯片新需求。基于RISC-V的极简、模块化和可扩展特性，使得低功耗、小面积，同时具有个性化和差异化的定制芯片成为可能，碎片化场景（IOT、AI）应用大有可为。 我国RISC-V产业发展建议：协同构建RISC-V技术应用推广的产业发展环境；协同建立RISC-V测试评估体系；建立健全各项保障体系，上升至国家战略高度。 贸易战背景下，自主可控成为必然趋势，发展我国自主知识产权的指令集架构标准，构建完善的芯片、软件生态势在必行。我们长期看好从指令集架构设计、IP核开发、SOC系统设计、芯片制造、晶圆代工到整体封装等芯片全产业链。我国作为芯片消费超级大国（90%

计算机体系结构习题与答案

一、复习题 1．简述冯?诺依曼原理，冯?诺依曼结构计算机包含哪几部分部件，其结构以何部件为中心？ 答：冯?诺依曼理论的要点包括：指令像数据那样存放在存储器中，并可以像数据那样进行处理；指令格式使用二进制机器码表示；用程序存储控制方式工作。这3条合称冯?诺依曼原理 冯?诺依曼计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，整个结构一般以运算器为中心，也可以以控制器为中心。 (P51-P54) 2．简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。 答：计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。计算机组成（computer organization）是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。同时，为实现指令的控制功能，还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。计算机实现，是计算机组成的物理实现, 就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着时间和技术的进步，这些含意也会有所改变。在某些情况下，有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。 (P47-P48) 3．根据指令系统结构划分，现代计算机包含哪两种主要的体系结构？ 答：根据指令系统结构划分，现代计算机主要包含：CISC和RISC两种结构。 (P55) 4．简述RISC技术的特点？ 答：从指令系统结构上看，RISC 体系结构一般具有如下特点： (1) 精简指令系统。可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计，来选取其中常用的基本指令，并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令; (2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类，一般限制在2或3种; (3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整，让所有指令尽可能等长; (4) 单机器周期指令，即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成，并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。 (P57-58) 5．有人认为，RISC技术将全面替代CISC，这种观点是否正确，说明理由？ 答：不正确。与CISC 架构相比较，RISC计算机具备结构简单、易于设计和程序执行效率高的特点，但并不能认为RISC 架构就可以取代CISC 架构。事实上，RISC 和CISC 各有优势，CISC计算机功能丰富，指令执行更加灵活，这些时RISC计算机无法比拟的，当今时代，两者正在逐步融合，成为CPU设计的新趋势。 (P55-59) 6．什么是流水线技术？ 答：流水线技术，指的是允许一个机器周期内的计算机各处理步骤重叠进行。特别是，当执行一条指令时，可以读取下一条指令，也就意味着，在任何一个时刻可以有不止一条指令在“流水线”上，每条指令处在不同的执行阶段。这样，即便读取和执行每条指令的时间保持不变，而计算机的总的吞吐量提高了。 (P60-62) 7．多处理器结构包含哪几种主要的体系结构，分别有什么特点？ 答：多处理器系统：主要通过资源共享，让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享存储的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上相互作用，达到时间和空间上的异步并行。 SIMD计算机有多个处理单元，由单一的指令部件控制，按照同一指令流的要求为他们分配各不相同的数据并进行处理。系统结构为由一个控制器、多个处理器、多个存贮模块和

流水线处理机及其设计精讲

-流水线处理机及其设计精讲

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６.3.3 流水线各级信号的产生 至此,我们已经描述过了所有3种指令类型的流水线操作。下面我们来总结控制信号的产生方法。控制信号分布在流水线处理机的各级,我们当然可以在它们要被使用的流水线级产生，例如SIMM可在EＸＥ级产生。但这样，除了译码将会造成本级一些延迟之外，还要使用流水线寄存器来传递必要的信息,例如指令操作码等。我们采用的方法是,控制信号集中在ID级由译码电路产生,并使用流水线寄存器把每一个控制信号传递到它被使用的流水线级。我们把所有的控制信号归纳在表6．4中。表6.5列出了除了ＡLUOＰ的各控制信号的产生表达式。表6.6列出了AＬUOP控制信号的产生表达式。 由以上表达式,我们可以有如图６.2９所示的控制电路。图中使用了流水线寄存器来把控制信号传递到合适的流水线级。我们可以看出，流水线控制部件的设计方法与非流水线单周期处理机的控制部件的设计方法非常类似,而有限状态机和微程序的设计方法显得不太适合。 表6．4 流水线各级控制信号的定义 流水线级控制信号注释 IF级BTＡKEＮ转移发生 ID级ＳST 选择store(rd) ＥXＥ级 ＳIMＭ选择立即数ＡLＵOP ＡLU操作码ＷZ 写Z标志 ＭEM级WMEM 写存储器 WB级 SLD 选择loａd WREG 写寄存顺堆表6.５控制信号的产生表达式 ＢTＡKEN＝branch+bne Z＋ｂeqZ SSＴ=store SIＭM=andi+ｏｒi+addi+sｕｂi+lｏａd+store WZ=andｉ+ori+addi+ｓubｉ+and＋or＋ａｄｄ＋ｓub WMEＭ=store SLD=lｏad WREG＝andｉ+ｏri+addi+subi+and+or+ａdd+sub+load 表６.6 AＬU控制信号的产生表达式 指令ALUOP1 ALUＯ P0 操作指令ALUOP1 ＡLＵO Ｐ0 操作 and 0 0 与anｄｉ0 0 与oｒ0 1 或oｒi 0 1 或add 1 ０加aｄｄｉ 1 0 加

DLX流水线技术数据相关与结构相关

3.3.2流水线的数据相关 1. 数据相关简介 当指令在流水线中重叠执行时，流水线有可能改变指令读/写操作数的顺序，使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现的顺序，这将导致数据相关。首先让我们考虑下列指令在流水线中的执行情况：ADD R1，R2，R3 SUB R4，R5，R1 AND R6，R1，R7 OR R8，R1，R9 XOR R10，R1，R11 ADD指令后的所有指令都要用到ADD指令的计算结果，如图3.3.4所示，ADD 指令在WB 段才将计算结果写入寄存器R1 中，但是SUB 指令在其ID 段就要从寄存器R1 中读取该计算结果，这种情况就叫做数据相关。除非有措施防止这一情况出现，否则SUB 指令读到的是错误的值。所以，为了保证上述指令序列的正确执行，流水线只好暂停ADD 指令之后的所有指令，直到ADD 指令将计算结果写入寄存器R1 之后，再启动ADD 指令之后的指令继续执行。

从图3.3.4还可以看到，AND 指令同样也将受到这种相关关系的影响。ADD 指令只有到第五个时钟周期末尾才能结束对寄存器R1 的写操作，所以AND 指令在第四个时钟周期从寄存器R1 中读出的值也是错误的。而XOR 指令则可以正常操作，因为它是在第六个时钟周期读寄存器R1 的内容。 另外，利用DLX流水线的一种简单技术，可以使流水线顺利执行OR 指令。这种技术就是：在DLX 流水线中，约定在时钟周期的后半部分进行寄存器文件的读操作，而在时钟周期的前半部分进行寄存器文件的写操作。在本章的图中，我们将寄存器文件的边框适当地画成虚线来表示这种技术。 2. 通过定向技术减少数据相关带来的暂停 图3.3.4中的数据相关问题可以采用一种称为定向（也称为旁路或短路）的简单技术来解决（动画演示）。定向技术的主要思想是：在某条指令（如图3.3.4中的ADD 指令）产生一个计算结果之前，其它指令（如图3.3.4中的SUB 和AND 指令）并不真正需要该计算结果，如果能够将该计算结果从其产生的地方（寄存器文件EX/MEM）直接送到其它指令需要它的地方（ALU 的输入寄存器），那么就可以避免暂停。基于这种考虑，定向技术的要点可以归纳为： (1) 寄存器文件EX/MEM 中的ALU 的运算结果总是回送到ALU 的输入寄存器。

流水线课程设计

目录 1.序言……………………………………………………………………………… 2.现有机电系统分析……………………………………………………………… 2.1 现有机电系统全面介绍…………………………………………………… 3.改进方案…………………………………………………………………………3.1 M06装配单元现有问题分析…………………………………………………… 3.2M06装配单元改进方案分析…………………………………………………… 4.机械系统设计……………………………………………………………………… 4.1传动系统的设计………………………………………………………… 4.2 通用零部件的选择…………………………………………………………… 4.3 关键零部件有限元分析…………………………………………………5．控制系统设计……………………………………………………………………… 5.1控制系统方案……………………………………………………………… 5.2 控制系统元器件的确定……………………………………………………… 5.3控制系统设计………………………………………………………………6．机电系统动画展示………………………………………………………………… 7.总结…………………………………………………………………………………参考资料………………………………………………………………………………

1.序言 机电系统实践课程是学习以电子技术特别是微电子技术为主导、多重新兴技术与机械技术交叉、融合而形成的综合性高技术，通过实现机电一体化不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。通过这种技术生产出来的是种类繁多的机电一体化产品，这些产品被广泛地应用到国民经济、科技活动、国防建设和人民生活等各个领域。 这次课程设计是学生完成本专业教学计划的一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。 本次设计的是M06装配单元模块，系统在生产线中对工件进行外套装配的过程。整个系统采用PLC进行控制。在装配单元中，料仓式供料机构连续不断的输出外壳工件，气缸将外壳工件传递到装配平台上，M07机械手模块搬运工件至外壳工件上方，使两工件进行装配，过程中利用气缸，传感器，磁性开关等达到装配的目的。 2.现有机电系统分析 2.1 M06装配单元结构 实现M06工序的装置由三个模块(仓料式供料机构、外壳工件输送机构、装配工艺装置)组成,有料仓式供料结构、外罩引导结构、滑块、光电漫反射传感器、光纤漫反射传感器、回转气缸、迷你气缸、双杆气缸等结构 2.2 M06装配单元功能 该站点对工件进行外壳装配，料仓式供料机构连续不断的输出外壳工件，迷你气缸将外壳工件传递到装配平台上，装配工艺装置配合M07机械手模块实现对两工件进行装配。 2.3 现有机电系统全面介绍 1.M01 供料及检测 功能:该站点能根据调度程序，自动供应检不同材质、颜色、尺寸的原料。并检测记录相关信息。构成:离心供料机将成堆原料有序排出，由弧形滑道传递到检测工位点进行检测，由升降机构提升工件到接口工位。