北京大学：《计算机组织与体系结构》课程教学资源（讲义，下）设计单周期控制

计算机组织与糸统结构 设计单周期控制 Designing Single cycle Control (第十一讲 程旭 20004.13 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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如何设计处理器:循序渐进 1分析指令系统→>数据通路盂求 通过寄存器传输描述每条指令的意图 针对sA寄存器,数据通路必须具备必要的存储元件 可能需要多个 数据通路必须支持每种寄存器传输 2.选择一组数据通路部件,建立时钟同步方法 3根据需求,组裝数据通路 4.分析每条指令的实现,以确定如何设置影响寄存器传输的控制点 5.装配控制逻辑 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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MIPS指令格式 °所有的MPS指令都是32位长。具有如下三种格式 26 ·R型 op d shamt funct 6 bits 5 bits 5 bits s bits 5 bits 6 bits 31 26 21 型 rt immediate 6 bits s bits 5 bits 16 bits J型 26 0 target address 6 bits 26 bits °不同的场位为 ·op:指令的操作 ·rs,rt,rd:源和目的寄存器描述符 · shamt:移位量 funct:选择op场位指定的不同操作 · address/ immediate:地址偏移量或者立即数数值 target address:跳转指令的目标地址 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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本讲涉及的MIPS指令系统子集 °加法和减法 rt rd shamt funct add rd rs, rt 6 bits 5 bits 5 bits 5 bits 5 bits 6 bits sub rd, rs rt 16 °或立即数: rs rt immediate ori rt, rs, imm16 6 bits 5 bits 5 bits 16 bits °装入和存储 ·wrt,rs,imm16 swt rs, imm16 转移 beq rs, rt, imm16 26 °跳转 target address 6 bits 26 bits 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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综上所述:单周期数据通路(包括Jm指令 除了控制信号,我们已经学会了单周期数据通路的设计 PC sel 转移 指令 跳转 取指部件 Rd rt Regist Clk Mu Rs Rt ALUctr Rt rs rd Imm16 Re.555 busa 零| Mem Wr MentoRed Rw Ra rb busw 32×32位 32 32 寄存器堆 us B 巫。沙 出 WrEn Adr 屈 Data In 32 mm16 数据存储器 器 Clk ALUSre ExtO 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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教学目标:已经掌握的內容 °计算机的五个基本部件 处理器 输入 控制 存储器 数据通路 输出 °本讲主题:为单周期数据通路设计控制 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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本讲提纲 °复习和介绍 °寄存器寄存器&或立即数指令的控制 °装入、存储、转移和跳转的控制信号 °建造一个局部控制器:ALU控制 °主控制器 总结 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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寄存器传输语言:加法指令 26 16 rt ro shamt funct 6 bits 5 bits 5 bits s bits 5 bits 6 bits add rd rs rt mem[PC 从存储器中读取指令 ·Rrd]←R[rs]+Rr实际操作 PC EPC +4 计算下一条指令地址 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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Add开始时的取指部件 °从指令存储器中取出指令:指令∈=mem[PC] ·这一部分,对于所有指令都相同! 指令存储器 指令 nPC sel(+4, Bra, Jmp busw Clk Imm16 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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在加法/减法开始时的取指部件 °从指令存储器中取出指令:指令∈mem[PC] ·每个指令的取指过程的这一部分都相同 Addr PC addr1: 0> 00 指令存储器 目标指令 转移=旧值 零 当旧值 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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