MIPS32指令集架构介绍

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1、邏輯系統實習實驗十期末專題(一):MIPS32指令集架構介紹+Verilog語法介紹(六)國立成功大學電機系2013大綱電腦硬體的五大構成要素Verilog語法補充從高階語言到機械語言data_mem.v處理器架構testbench_ta__data_mem.v下載期末專題樣版程式碼處理器設計流程基礎題(一)MIPS指令集格式資料記憶體與指令記憶體R-type指令I-type指令基礎題(二)J-type指令反組譯機械語言程式碼MIPS指令表挑戰題MIPSR-type指令表暫存器檔案MIPS暫存器配置實驗結報繳交MIPS記憶體配置理想記憶體Hsie

2、h,ChengHungNCKUEEVLSI/CADASICLab2電腦硬體的五大構成要素電腦硬體的五大構成要素:輸入、輸出、記憶體、資料路徑、控制單元。資料路徑與控制單元又合稱為處理器。控制單元輸入記憶體資料路徑輸出處理器電腦Hsieh,ChengHungNCKUEEVLSI/CADASICLab3從高階語言到機械語言高階語言程式ex:C語言資料二位元運算資料編譯器堆疊區段控制單元輸入動態資料區段組合語言程式靜態資料區段ex:MIPS規格資料路徑本文區段輸出組譯器處理器記憶體電腦指令二位元機械語言程式ex:MIPS規格Hsieh,ChengHungNCKUEEVLSI/CADASICLa

3、b4處理器架構解讀指令並對資料控制單元路徑發出控制訊號存放程式指令碼的指令記憶體記憶體區段指向處理器下一個時脈要執行的指令程式計數器位址處理器中的核心計算單元，包含算數算數邏輯單元輸入與邏輯等運算存放程式計算資料資料記憶體的記憶體區段處理器中存取資料暫存器檔案輸出最快的地方，用來存放暫時計算結果資料路徑處理器電腦Hsieh,ChengHungNCKUEEVLSI/CADASICLab5處理器設計流程Top-DownDesign:由上而下將複雜的設計分解成多個基本的設計。電腦Bottom-UpDesign:由下而上將多個基本的設處理器指令記憶體資料記憶體計組合成複雜的設計。資料路徑控制單

4、元算數邏輯單元暫存器檔案程式計數器NandGateHsieh,ChengHungNCKUEEVLSI/CADASICLab6MIPS指令集格式(1/6)指令集是CPU所能執行指令的集合，指令集可分為複雜指令集和精簡指令集兩種。複雜指令集計算機(CISC)，ex:x86。精簡指令集計算機(RISC)，ex:MIPS。MIPS的所有指令長度皆相同(32bit)。指令格式分成三種:R-type:(registertype)，與暫存器有關的指令格式。I-type:(immediatetype)，與資料傳送、分支、直接指令有關的格式。J-type:(jumptype)，與跳躍指令有關的格

5、式。以指令的第一個欄位(op)來判別指令格式(參考p.13、p.14)。332222222222111111111198765432101098765432109876543210R-typeoprsrtrdshamtfunctI-typeoprsrtimmediateJ-typeopaddressHsieh,ChengHungNCKUEEVLSI/CADASICLab7MIPS指令集格式(2/6)R-type指令(1/2)332222222222111111111198765432101098765432109876543210R-typeoprsrtrdshamtfunctI-typeo

6、prsrtimmediateJ-typeopaddressop:(operationcode)，指令運算碼。rs:(sourceoperandregister1)，第一個來源運算元暫存器。rt:(sourceoperandregister2)，第二個來源運算元暫存器。rd:(destinationregister)，目的運算元暫存器。shamt:(shiftamount)，位移量(shift與rotate的次數)。funct:(functioncode)，功能碼(指定R-type功能，參考p.15、p.16)。Hsieh,ChengHungNCKUEEVLSI/CADASICLab

7、8MIPS指令集格式(2/6)R-type指令(2/2)332222222222111111111198765432101098765432109876543210R-typeoprsrtrdshamtfunctI-typeoprsrtimmediateJ-typeopaddress機械語言組合語言指令註解oprsrtrdshamtfunctfunctrdrsrtshamt加法0181917032