内容要点：控制器，数据通路
处理器的实际步骤
- 分析指令系统，得出对数据通路的需求
- 为数据通路选择合适的组件
- 连接组件建立数据通路
- 分析每条指令的实现，以确定控制信号
- 集成控制信号，形成完整的控制逻辑
MIPS指令系统的简化版本
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无符号加法和减法（R指令）
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addu rd, rs, rtMEM[PC]：从指令存储器中取回指令
R[rd] = R[rs] + R[rt]：指令指定的操作
PC = PC + 4：计算下一条指令的地址
subu rd, rs, rt
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立即数的逻辑或（I指令）
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ori rt, rs, imm16MEM[PC]：从指令存储器中取回指令
R[rt] = R[rs] | ZeroExt [imm16]：指令指定的操作
PC = PC + 4：计算下一条指令的地址
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装载和存储一个字（32位/4Byte）（I指令）
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lw rt, imm16(rs)- MEM[PC]：从指令存储器中取回指令
- R[rt] = DataMemory{R[rs] + SignExt[imm16]}：指令指定的操作
- PC = PC + 4：计算下一条指令的地址
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sw rt, imm16(rs)- MEM[PC]：从指令存储器中取回指令
- DataMemory{R[rs] + SignExt[imm16]} = R[rt] ：指令指定的操作
- PC = PC + 4：计算下一条指令的地址
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条件分支
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beq rs, rt, imm16MEM[PC]
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if (R[rs] - R[rt] == o) //从指令存储器中取回指令，判断转移条件是否成立
then zero = 1； else zero = 0 //zeroSignal传入IFU）
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then：PC = PC + 4 + SignExt[imm16] * 4; // label (imm16)的实际数值是转移目标地址和下一条指令地址之间的差值，此差值以4Byte（32bits）为一个单位
else：PC = PC + 4；//计算下一条指令地址
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指令系统的需求
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算术逻辑单元（ALU）
- 运算类型：加、减、或、比较相等
- 操作数：2个32位的数，来自寄存器或扩展后的立即数
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立即数扩展部件
- 讲一个16立即数扩展为32位数
- 扩展方式：零扩展、符号扩展
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程序计数器（PC）
- 一个32位的寄存器
- 支持两种加法：加4或者加一个立即数
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寄存器堆（两读一写）
- 每个寄存器为32位宽，共32个
- 支持读操作：rs和rt
- 支持写操作：rt或rd
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存储器（对应了CPU中的指令和数据高速缓存（Cache））
- 一个只读的指令存储器，地址和数据均为32位
- 一个可读写的数据存储器，地址和数据均为32位
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建立数据通路
- 基本原则：根据指令需求，连接组件，建立数据通路
- 指令的需求
- 所有指令的共同需求
- 取指令：
- 程序计数器（PC）的内容是指令的地址
- 用PC的内容作为地址，访问指令存储器获得指令编码
- 更新程序计数器（PC）
- 顺序执行：PC <- PC + 4
- 发生分支时：PC <- 分支目标地址
- 取指令：
- 不同指令的不同需求
- 所有指令的共同需求
控制信号的集成
MIPS简化版指令所需的控制信号.png
add指令.png
控制逻辑.png
