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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