เนื้อหาหลัก Key Topics
- ขั้นตอนการออกแบบ CPU กำหนด ISA → ออกแบบ Datapath → กำหนด Control Signals → ตรวจสอบ Critical Path → กำหนด Clock Period
- สถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง nanoLADA ISA สำหรับการเรียนรู้ที่ใช้ในหนังสือเล่มนี้ มีรูปแบบคำสั่งที่เรียบง่าย เหมาะสำหรับการออกแบบ Datapath ในบทที่ 4–6
- องค์ประกอบภายใน Register File (อ่าน 2 ค่า เขียน 1 ค่าพร้อมกัน), ALU, Extender (ขยายสัญลักษณ์ immediate), หน่วยความจำคำสั่งและข้อมูล
- ทางเดินข้อมูล (Datapath) รวม Datapath ของทุกประเภทคำสั่ง (ALU, LW, SW, Branch, Jump) เข้าด้วยกันโดยใช้ Multiplexer เลือกเส้นทาง
- สัญญาณควบคุม (Control Signals) หน่วยควบคุมถอดรหัส opcode แล้วสร้างสัญญาณ RegWrite, MemRead, MemWrite, Branch, ALUSrc, MemToReg, ALUOp ฯลฯ
- วิถีวิกฤต (Critical Path) เส้นทางที่ยาวที่สุดในวงจร กำหนดความเร็ว Clock สูงสุด — ใน Single Cycle คำสั่ง LW มักมี Critical Path ยาวที่สุด
สูตรสำคัญ Key Formulas
ความสัมพันธ์ Clock กับ Critical Path
\[ T_{\text{clock}} \geq T_{\text{critical path}} \]
\[ f_{\text{clock}} \leq \frac{1}{T_{\text{critical path}}} \]
ใน Single Cycle: ทุกคำสั่งใช้เวลาเท่ากัน = 1 clock cycle = Tcritical
CPU Time (Single Cycle)
\[ \text{CPU Time} = \text{IC} \times 1 \times T_{\text{critical}} \quad (\text{CPI} = 1) \]
คำสำคัญ Key Terms
ทางเดินข้อมูล · Datapath
หน่วยควบคุม · Control Unit
ชุดเรจิสเตอร์ · Register File
หน่วยคำนวณ · ALU
มัลติเพล็กเซอร์ · Multiplexer (MUX)
ตัวขยายสัญลักษณ์ · Sign Extender
วิถีวิกฤต · Critical Path
สัญญาณควบคุม · Control Signals
nanoLADA ISA
หนึ่งรอบต่อคำสั่ง · CPI = 1