中央处理器相关笔记¶
MIPS数据通路相关¶
R型指令¶
数据通路行为： - ALU两个输入都来自寄存器堆 - 写回的寄存器为rd - 不需要Sign-Extend - 不需要PC相关计算
典型数据通路信号 | 信号 | 值 | | -------- | ----- | | RegDst | 1（rd） | | ALUSrc | 0（rt） | | MemRead | 0 | | MemWrite | 0 | | MemtoReg | 0 | | RegWrite | 1 |
“三个寄存器参与运算（或控制），不用立即数” → R 型
R型的op字段均为0，具体功能看funct字段
I型指令¶
数据通路行为： - ALU至少有一个输入端来自Sign-Extend后的16位字段 - 写回的寄存器为rt(rd被16位立即数占据了) - 可能访问内存 - 可能修改PC
| 指令类 | ALUSrc | RegDst |
|---|---|---|
| addi / andi | 1 | 0 |
| lw | 1 | 0 |
| sw | 1 | X |
| beq | 0 | X |
J型指令¶
数据通路行为： - 不经过ALU运算 - 直接用26位地址拼接PC - 不访问寄存器堆(jal除外)
其为无条件跳转
指令的低26位为接下来要与PC高4位拼接，由于最后还要和低2位拼得到指令地址，因此
因此这26位再左移两位才为需要与PC拼接的值
即如果PC地址为60000，J指令中的target段则为15000，因为15000<<2=60000
bne、beq指令¶
注意跳转到的地址为PC+4+(offset<<2) 这里的offset由imm16符号扩展为32位得到，还需要再左移两位(由指令数到跳转的字节数)
| 信号 | beq | bne | 说明 |
|---|---|---|---|
| Branch | 1 | 1 | 都是分支 |
| ALUSrc | 0 | 0 | 比较寄存器 |
| ALUOp | SUB | SUB | 做减法 |
| RegWrite | 0 | 0 | 不写寄存器 |
| MemRead | 0 | 0 | 不访存 |
这里有 [ BranchTaken=Branch&(ZF\oplus isBne) ]
这样理解，对于bne，两数不同时跳转，这时ZF=0，isBne=1，因此BranchTaken=1，跳转
对于beq，两数相同时跳转，这时ZF=1，isBne=0，则BranchTaken=1，跳转
常见的转发¶
- EX/MEM->EX
add的结果在EX结束时产生- 存在EX/MEM寄存器中
-
直接转发到下一条的EX
-
MEM/WB->EX
lw的数据在MEM结束才出来- 保存在MEM/WB寄存器
- 下一拍转发到EX
这里必须要有一个stall，因为如果按原来顺序，EX时MEM无法取得值