资源描述：
《计算机组成原理_-CPU子系统-MIPS-3-单周期-1-2-目标指令与数据通路.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、3.5.3单周期MIPS32处理器（目标指令与数据通路）1/17※CPU设计的主要任务①拟定指令集√②数据通路设计③控制器设计2/17※CPU执行1条指令的步骤：①取指令③取操作数根据PC值，从存储器中取出指令，然后PC+4。根据指令的寻址方式，在控制信号的作用下，读取操作数(寄存器存储器或立即数)，或生成目标地址。②分析指令④执行指令将指令中的操作码送控制器，分析指令的寻址方式和功能，产生相应的控制信号。ALU根据控制器产生的控制信号完成指令规定的操作，并保存结果、修改PC。3/17①单周期CPU:指令固定在1个时钟周期内完成。√时间效率低，时钟宽度由单指令最长时间决定。√在指令周期内，功
2、能部件不能共享，冗余度大；②多周期CPU:指令分散在多个时钟周期内完成。√时间效率高，时钟的宽度由单步最长时间决定。√不同的时钟周期之间，部件可共享，冗余降低。※根据指令执行的所需时钟周期数4/171R型运算addrd,rs,rt$rs+$rt→$rdR直接寻址2subrd,rs,rt$rs-$rt→$rd3andrd,rs,rt$rsand$rt→$rd4orrd,rs,rt$rsor$rt→$rd1、目标指令集（共计11条）5I型运算addirt,rs,imm$rs+E(imm)→$rt立即数寻址R直接寻址6andirt,rs,imm$rsandE(imm)→$rt7orirt,rs,im
3、m$rsorE(imm)→$rt8I型访存lwrt,imm(rs)Mem[$rs+E(imm)]→$rt立即数寻址R基址寻址9swrt,imm(rs)$rt→Mem[$rs+E(imm)]10I型分支beqrs,rt,imm$rs=$rt:PC+4+E(imm)<<2→PC$rs≠$rt:PC+4→PC立即数寻址PC相对寻址11J型跳转jaddress(PC+4)[31:28]∪(address<<2)立即数寻址伪直接寻址序号类型指令功能操作寻址方式5/172、指令的基本数据通路【基本思路】面向指令功能，逐步扩展、融合分析三类指令的格式和功能选择功能部件，确定部件之间的连接通路整合冗余的部件连
4、线R型→I型→J型→→通路整合→取指令→→通路整合完整的数据通路经过多次扩展整合，得到最终数据通路。6/174PC+4PC_newInstruction32指令存储器AddrData32PCrstclock（1）取指功能的数据通路（公共）Instruction←Mem[PC]PC←PC+47/17（2）R型运算指令addrsrtrdsafuncClockALUzero译码控制单元RaRbRwData寄存器堆Wn[例]addrd,rs,rt#R[rd]←R[rs]+R[rt]OP段为6个0，需靠func段确定操作类型；最多有3个寄存器参与工作；ALU_OPsrlrd,rt,sa?ClockIns
5、tructionandrd,rs,rt?8/17（3）在R型上扩展I型运算指令Eaddirsrtimm[例1]addirt,rs,imm#R[rt]←R[rs]+E(imm)andirt,rs,imm?orirt,rs,imm?xorirt,rs,imm?16→32clockRaRbRwData寄存器堆ALU译码控制单元zeroALU_OPABWnrdopfunc9/17lwrsrtimm[例2]lwrt,imm(rs)#R[rt]←Mem[R[rs]+E(imm)]（4）继续扩展I型访存指令ALUClock译码控制单元ALU_OPARaRbRwData寄存器堆WnBErdZerofuncop
6、swrt,imm(rs)?10/17swrsrtimm[例3]swrt,imm(rs)#M[R[rs]+E(imm)]←R[rt]扩展了lw指令后的数据通路RaRbRwData寄存器堆ALUE译码控制单元zeroALU_OPABrdfuncop11/17beqrsrtoffsetfuncRaRbRwData寄存器堆ALUE译码控制单元zeroALU_OPABrdop[例4]beq,rs,rt,offset#ifR[rs]==R[rt]#thenPC←PC+4+E(offset)<<2#elsePC←PC+4（5）扩展I型分支指令<<2+PC+4PC12/17jaddressRaRbRwData
7、寄存器堆ALUE译码控制单元zeroALU_OPABrdfuncop<<2+PC+4PC（6）最后扩展J型j指令[例]j,address#PC←(PC+4)[31:28]∪(address<<2)<<2U(PC+4)[31:28]PC13/17J型#重新布局取指R/I型运算和访存InstructionI型分支beqI型分支ADD<<2PC+4ADD+4rstDataaddr指令存储器PCclock
