เนื้อหาหลัก Key Topics
- แนวคิด Multi-Cycle แบ่งการทำงานของคำสั่งออกเป็นหลาย cycle เล็กๆ ทำให้ clock สั้นลง — แต่ละคำสั่งใช้จำนวน cycle ตามความซับซ้อน (CPI แตกต่างกัน)
- ทางเดินข้อมูลแบบ Multi-Cycle ใช้ register กลาง (IR, A, B, ALUOut, MDR) เก็บผลลัพธ์ชั่วคราวระหว่าง cycle; หน่วยความจำและ ALU ถูกใช้ซ้ำโดยควบคุมด้วย FSM
- สัญญาณควบคุมด้วย FSM หน่วยควบคุมเป็น Finite State Machine ที่เปลี่ยน state ตาม opcode และ cycle ปัจจุบัน ทำให้ควบคุม Datapath ได้อย่างละเอียด
- ไมโครโปรแกรม (Microprogram) แทน FSM ด้วยการเก็บสัญญาณควบคุมในหน่วยความจำขนาดเล็ก (Control Store) เปลี่ยนสถาปัตยกรรมได้ง่ายโดยไม่ต้องออกแบบวงจรใหม่
- Microsequencer วงจรควบคุมการทำงานของ Microprogram กำหนดว่าจะรัน microinstruction ถัดไปหรือ branch ไปยัง microinstruction อื่น
สูตรสำคัญ Key Formulas
CPI เฉลี่ย (Weighted CPI)
\[ \overline{\text{CPI}} = \sum_{i} f_i \times \text{CPI}_i \]
fi = สัดส่วนของคำสั่งประเภท i, CPIi = จำนวน cycle ของคำสั่งประเภทนั้น
ข้อเปรียบเทียบกับ Single Cycle
Multi-Cycle ได้เปรียบเมื่อ: CPI เฉลี่ย × Tclock(MC) < 1 × Tclock(SC)
โดยทั่วไป Tclock(MC) สั้นกว่า Tclock(SC) มาก ทำให้ได้สมรรถนะดีกว่าแม้ CPI > 1
คำสำคัญ Key Terms
หลาย Cycle ต่อคำสั่ง · Multi-Cycle
รอบต่อคำสั่ง · CPI (Cycles Per Instruction)
เครื่องสถานะ · Finite State Machine (FSM)
ไมโครโปรแกรม · Microprogram
ไมโครคำสั่ง · Microinstruction
ชุดควบคุม · Control Store
ตัวนับไมโคร · Microsequencer
ลงทะเบียนชั่วคราว · IR / MDR / ALUOut