Kiến trúc Universal

Kiến trúc Universal RISC Architecture là kiến trúc 128 bit của bộ vi xử lý URA. Kiến trúc này là kiến trúc hoàn toàn 128 bit ngay từ đầu khi thiết kế. Mục tiêu của kiến trúc này là nền tảng tính toán cho hầu hết tất cả thiết bị.
UAx cũng có thể dành cho các thiết bị nhúng, hoặc máy tính cầm tay.

Tổng quát

URA có 128 thanh ghi đa dụng 128 bit dành cho tính số nguyên. Số nguyên có thể là số âm hoặc không âm. Vì độ dài 128 bit khá lớn nên nó cũng có tập lệnh cho tính toán vector cho số nguyên. Ví dụ để tính phép tính cộng cho 4 số nguyên, nó cộng và dư carry của mỗi số ra thanh ghi da dụng khác tại vị trí dư bit
Ngoài ra UA cũng có 128 thanh ghi chấm động 128 bit.

127                      63            31            0
[-------------------------|------------|-------------] 

UA không có thanh ghi cờ như x86
Vi lệnh của URA có độ dài cố định

Thực hiện

Hiện tại thiết kế này chưa có bản ngôn ngữ mô tả phần cứng và cũng chưa có phiên bản hiện thực.

Kiến trúc

Thanh ghi

Kiến trúc UA khá nhiều thanh ghi, bao gồm:

• Thanh ghi đa dụng: R0->R127 (128 bit)
• Thanh ghi: sp ra pc

R127=ra R126=pc R125=sp R0=0 R1 là thành ghi trả về R2->r11 thăm số chỗ hàm

Chương trình

Không gian địa chỉ bộ nhớ là không gian tuyến tính, nghĩa là các dãy địa chỉ liên tục 128 bit địa chỉ cho mỗi byte bộ nhớ. Do đó UA có thể có lên đến 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 bytes. Vì địa chỉ khác lớn cho một chương trình trong bộ nhớ, nên không gian này được chia ra thành đoạn.

+------------------------------------------------+ 

+ S +                                            + 

+------------------------------------------------+ 

Thanh ghi đoạn này chỉ đến mảng cấu trúc mô tả đoạn.

Cấu trúc mô tả đoạn

127                                                                       0 

+-------------------------------------------------------------------------+ 

+                      limitation                       +      type       + 

+-------------------------------------------------------------------------+

+                   112 bit base address                                  +

+-------------------------------------------------------------------------+

Cấu trúc mô tả đoạn bao gồm:

1. Địa chỉ cơ sở 128 bit
2. 16 bit phân loại đoạn
3. Giới hạn của đoạn 112 bit

Cấu trúc địa chỉ đoạn được lưu trong bảng cấu trúc mô tả đoạn. Bảng này được lưu trong bộ nhớ và thanh ghi DTR lưu địa chỉ cơ sở của đoạn. Vì vậy đoạn rỗng là đoạn có tất cả 256 bit đều bằng không.

Ngắt

Kiến trúc UA cho phép tới 8 bit ngắt tức 256 ngắt, trong đó 32 ngắt đầu tiên được sử dụng cho bộ vi xử lý. Có nhiều tín hiệu ngắt, một số nguồn của ngắt:

1. Vi lệnh, do một số vi lệnh sinh ra (syscall)
2. Ngắt từ thiết bị bên ngoài
3. Ngắt do bộ định thời
4. Ngắt liên-nhân

Bộ vi xử lý thường được tích hợp bộ định thời (có thể lập trình được) để thực hiện việc ngắt từ các ứng dụng và ngắt liên nhân cho đa xử lý đối xứng. Hệ điều hành sử dụng cơ chế này để thực hiện đa luồng và đa tác vụ. Việc điều khiển ngắt được thực hiện qua cấu trúc dữ liệu và các thanh ghi trong bộ vi xử lý. Vi lệnh mov dùng để sao tải từ bộ nhớ đến thanh ghi điều khiển ngắt và ngược lại.

Vi lệnh UA

Mã vi lệnh của UA có hai chiều dài 2 bytes và 4 bytes, và có thể trộn lẫn với nhau giúp cho mã lệnh được nén thay vì cố định chỉ 4 bytes. Điều này có thể làm được thông qua trình biên dịch. Chiều dài tối đa của mã lệnh là 4 bytes, trường hợp đặc biệt là 10 bytes. Các kiểu mã hoá vi lệnh:

kiểu 3 toán hạng

Kiểu này có 3 bit mode và 3 toán hạng, kiểu này phổ dụng nhất trong UA. Tuỳ theo mức độ thi công mà mode có thể. Tuy nhiên mode 000 là mode của thanh ghi-thanh ghi. Kiểu này không mã hoá được displacement như x86 vì bị đóng trong 4 bytes.

 6bit        3bit    7 bit   7 bit    7 bit        2bit  

+----------+----------+------+---------+---------+--------+ 

+  inst   + nop  +  rd   +    rs   +   rt    +  ---   + 

+----------+-------------+---------+---------+--------+ 

• and or xor shl shr rol ror
• slt sltu

9 view lenh

Kiểu 2 toán hạng

Chiều dài cũng 4 bytes
Phù hợp với lệnh cp với 4 bit điều kiện,3 bit mode cho thanh ghi hay địa chỉ bộ nhớ,size qui đinh kích cỡ toán hạng.

                          7bit  7bit  2bit
+------------------+-------+------+-------+ 
+   imm16     + rx   + ry  +  be  +
+------------------+-------+------+-------+ 

• be bne branch to 16 bit offset
• addi

Kiểu tích hợp hằng

Chiều dài 4 bytes

   6bit      
+--------+-----------------------------------------+
+ Jal   +             imm24       + 2bit  +
+--------+-----------------------------------------+
Jal sẽ dùng cho gọi hàm tới 26 bit

Danh sách btl 

• be bne addi
• slt sltu
• jal
• and or xor
• shl shr rol ror
• set

=== Kiểu 1 toán hạng ===
Chiều dài 2 bytes <br />
<pre>
   8 bit  1bit    7 bit 
 +--------+----+----------+ 
 +  inst  + M  +   op1    + 
 +--------+----+----------+ 

Kiểu này dành cho lệnh jmp hoặc call và các lệnh chỉ có một toán hạng. Bit M dùng để xác định thanh ghi hay địa chỉ. Điều này cũng không cần thiết cho lệnh jmp và call.

• JNL jump and link to %r127
• trap
• LDT,SDT: tải/lưu segment descriptor table
• LIDT,SIDT: tải/lưu interrupt descriptor table
• LTR,STR: tải/lưu thread register

Bộ tập lệnh

Các toán tử của vi lệnh là thanh ghi với thanh ghi ngoại trừ L/S có thể thanh ghi - bộ nhớ. Dấu gạch ngang '-' là thay đổi tuỳ thuộc vào câu lệnh. Mỗi opcode là tương ứng cho một lệnh của hợp ngữ điều này tạo điều kiện cho lập trình viên dễ hiểu hơn khi lập trình. Sau đây là bảng mô tả tập lệnh UA:

STT	Tên	Hợp ngữ	Mã hoá	Mô tả
1	addi	add %rd,%ra, imm16	chỉ lệnh 1	Cộng
2	be	be %rd,%rs,label	chỉ lệnh 2	nhảy nếu giống nhau
3	bne	bne rd,%rs,label16	chỉ lệnh 3	nhảy nếu khác nhau
4	jal	jal label24	chỉ lẹnh 4	gọi hàm
5	jr	jr %rd	chỉ lệnh 5	nhảy vào thanh ghi
6	slt	slt%rd,%rs,%rt	dddddddsssssscc	set nếu nhỏ hơn
	sltu	sltu	chỉ lệnh 6	set nếu nhỏ hơn không dấu
8	shl	shl %rd,%rs,%rt	00001000 dddddddsssssssttttttt ccc	dịch trái
9	AND	and %rd,%rs,%rt	00001001 dddddddsssssssttttttt ccc	logic and
10	OR	or %rd,%rs,%rt	00001010 dddddddsssssssttttttt ccc	logic or
11	XOR	xor %rd,%rs,%rt	00001011 dddddddsssssssttttttt ccc	logic xor
12	BE	be %rd,%rs,10 off	00010000 dddddddsssssss imm 10 bit	nhánh đến 10 bit offset nếu %rd=%rs
13	BNE	bne %rd,%rs,10bit off	00010001 dddddddsssssss imm 10 bit	rẽ nhánh đến 10 bit offset nếu %rd !=%rs
14	BGT	bgt %rd,%rs,10bit off	00010010 dddddddsssssss imm 10 bit	rẽ nhánh đến 10 bit offset nếu %rd > %rs
15	BLT	blt %rd,%rs,10bit off	00010011 dddddddsssssss imm 10 bit	rẽ nhánh nếu rd<rs
18	CMP	cmp %rd,%rs	00010110 dddddddsssssss ----------	so sánh rd và rs
19	SHL	shl %rd,%rs,$imm7	00010111 dddddddsssssssiiiiiii ccc	shift left có 3 bit điều kiện: rd=%rs<<i7
20	SHR	shr %rd,%rs,$imm7	00011000 dddddddsssssssiiiiiii ccc	shift right rd=%rs>>i7
21	ROTL	rotl %rd,%rs,$imm7	00011001 dddddddsssssssiiiiiii ccc	rotate left
22	ROTR	rotr %rd,%rs,$imm7	00011010 dddddddsssssssiiiiiii ccc	rotate right
23	LB	lb %rd,%rs,$imm10	00011011 dddddddsssssss imm10 bit	load byte to rd from (%rs+i10)
24	LH	lh %rd,%rs,$imm10	00011100 dddddddsssssss imm10	load half word to rd from (%rs+i10)
25	LW	lw %rd,%rs,$imm10	00011101 dddddddsssssss imm10	load word to rd from
26	LD	ld %rd,%rs,$imm10	00011110 dddddddsssssss imm10	load double word

Trình biên dịch

Hiện chưa có trình biên dịch nào hỗ trợ

Xem thêm

• Vi xử lý
• X86