TI-Studium-Mitschriften/Semester 6/COMARCH/Zusammenfassung/Vorlesung 4.md

📘 Zusammenfassung: V4 Prozessor (Teil 2) – Computerarchitektur

🔁 Wiederholung aus Teil 1

• Instruktionstypen (MIPS):

  • R-Format: arithmetische/logische Operationen (z. B. add $s1,$s2,$s3)

  • Load/Store: Speicherzugriff (z. B. lw, sw)

  • Branch: bedingte Sprünge (beq, bne)

• Datenpfad (Full Datapath):

  • Register → ALU → Speicher → Register

  • Separate Instruktions- und Datenspeicher nötig, da ein Zugriff pro Zyklus

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⚙️ Steuerungseinheit (Control Unit)

• Erzeugt Steuersignale aus dem Opcode:

  • MemtoReg: bestimmt Datenquelle für Register-Schreiben

  • ALUSrc: wählt ALU-Operand (Register vs. unmittelbarer Wert)

  • RegWrite: aktiviert Schreibzugriff auf Register

  • MemRead/MemWrite: steuern Speicherzugriffe

  • Branch: aktiviert bei bedingten Sprüngen

• ALU Control:

  • Basierend auf Opcode und Funct-Feld

  • Beispiel Mapping:

    ALUOp	Funct	ALU-Funktion
    00	XXXXXX	add
    01	XXXXXX	sub
    10	100000	add
    10	100010	sub
    10	100100	and
    10	100101	or
    10	101010	slt

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📦 Erweiterter Datenpfad

• Unterstützung für:

  • Jumps (j, jal):

    • PC-Update mit 26-Bit Zieladresse + oberen 4 Bit des alten PCs

    • Steuerleitung „Jump“ wird aus Opcode dekodiert

  • Branches (beq, bne):

    • Zieladresse berechnen (PC+4 + Offset << 2)

    • ALU prüft, ob Bedingung erfüllt (Zero-Flag)

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🚨 Performance-Betrachtung

• Ein-Zyklus-Datenpfad Problem:

  • Längster Pfad (Critical Path) bestimmt Taktfrequenz

  • Beispiel: Load-Befehl → Instruktionsspeicher → Registerfile → ALU → Datenspeicher → Registerfile

  • Unterschiedliche Instruktionen hätten unterschiedliche Latenzen → nicht praktikabel

• Lösung: Pipelining

  • Aufteilung des Datenpfads in Stufen

  • Überlappende Bearbeitung mehrerer Instruktionen

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📝 Für die Klausur merken

✅ Steuersignale (MemtoReg, ALUSrc, RegWrite, Branch, Jump)
✅ ALU Control Mapping (wie wird aus Opcode+Funct ALU-Funktion bestimmt?)
✅ Erweiterung des Datenpfads für Jump/Branch
✅ Problem des Ein-Zyklus-Datenpfads (Critical Path) → Motivation für Pipelining
✅ Unterschied: Jump vs. Branch

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