网站首页 > 技术教程 正文
跳转(Jumps)指令的数据路径
跳转指令的格式和执行结果如下:
让我们继续在ST指令的数据路径的逻辑电路的基础上,简单添加元件,实现JMP指令的数据路径。
JMP指令的核心就是保存当前 (顺序执行下一条指令的地址)的值到寄存器 ,将寄存器 的值设置为下一条指令的地址 。
为此添加了5-to-1的MUX,所以我们需要3-bit控制信号PCSEL ,
- 当PCSEL=0时,PCPC+4,指向下一条指令。
- 当PCSEL=2时,选择寄存器Ra的值。
- 稍后我们将了解其他PCSEL输入值的含义。
要实现Reg[Rc]PC+4,使PC+4的输出接入到3-to-1的MUX上的0输入端,此时设置WDSEL=0, WREF=1,择选择PC+4的值写入寄存器文件中的寄存器Rc 。
在执行ALU JMP指令时,我们关注数据流,有两条数据流向:
- Reg[Rc]PC+4,:可参照LD指令
- PCReg[Ra]:设置PCSEL=2即可。
分支(Branches)指令的数据路径
分支指令执行的格式和执行结果如下:
让我们继续在JMP指令的数据路径的逻辑电路的基础上,简单添加元件,实现BEQ、BNE指令的数据路径。
分支指令需要一个附加的地址偏移加法器,通过加法来计算目标地址。从指令中的小常量C字段ID[15:0]的符号位ID[15]复制16次形成的32位的操作数STC(C)的4倍作为当前PC值的偏移量。偏移加法器的输出变为5-to-1的MUX输入端1,若PCSEL=1,则该输出将成为PC的下一个值。
仅需要将 左移两位即可。在它值的低端位插入两个00位。而且,像以前一样,符号扩展位ID[15]仅须复制14次即可。而不需要其他逻辑。
还需要从寄存器文件的第一个读取数据端口RD1引出数据作为或非门的输入,测试该值,若寄存器Ra内的值的所有位均为0 ,则或非门的输出Z为1 ,否则为0 。
控制逻辑可使用Z值来确定PCSEL的正确值。
如果用Z表示采用该分支,则PCSEL=1,并且偏移加法器的输出成为 的下一个值。
如果未采用该分支,则PCSEL=0,并且PC+4成为PC 的下一个值。
在执行ALU Branch指令时,我们关注数据流,有两条数据流向:
- Reg[Rc]PC+4,:可参照LD指令
- PCPC+4+4*SXT(C):设置PCSEL=1即可。
LDR(Load Relative Instruction)指令
LDR指令的格式和执行结果如下:
LDR指令类似于LD指令,只是主内存的地址是从分支偏移加法器而来。
LDR指令将参照当前指令的位置 ,那么这样做到底有什么好处?是否要将指令中的二进制编码加载到寄存器中当作操作数?
LDR的用例是访问必须存储在主内存中的大常量,因为它太大,无法放入指令中的ID[15:0] 上,在如下的用例中,编译后的代码需要加载常量123456,所以需要LDR加载:
C语言的编码为:
x = 1111111;
x = x*123456;
Beta ISA汇编语言的编码为:
LD(x,r0)
LDR(constant,r1)
MUL(r0,r1,r0)
ST(r0,x)
....
constant: LONG(123456)
....
x: LONG(11111)
由于上述只读常量是程序的一部分,因此将其放在程序的指令代码之后。请注意,我们必须小心地放置数据的存储位置,以免该数据被当成指令。
让我们继续在BEQ、BNE指令的数据路径的逻辑电路的基础上,简单添加元件,实现LDR指令的数据路径。
要将地址偏移加法器的输出路由到主内存的地址端口ADR,我们将添加2-to-1的MUX,
将偏移加法器的输出接到2-to-1的MUX的1输入端,将寄存器文件的第一个读数据端口RA1接到2-to-1的MUX的0输入端。这样就需要控制信号ASEL:
- 当ASEL=1时,地址偏移加法器的输出被选择接入到ALU的第一个操作数端口A
- 当ASEL=0时,寄存器文件的第一个读数据端口RA1被选择接入到ALU的第一个操作数端口A
在执行ALU JMP指令时,我们关注数据流:
将ASEL=1,使得地址偏移加法器的输出PC+4+4*SXT(C) 被选择接入到ALU的第一个操作数端口A;然后要求ALU对第一个操作数进行布尔运算,其计算结果就是第一个操作数本身,即PC+4+4*SXT(C)。
ALU的输出接入到数据内存的地址端口,选择一个数据内存的地址;此时设置控制信号WDSEL=2,选择数据内存的读出数据端口RD的数据通过3-to-1的MUX ,到达寄存器文件的写数据端口WD ,写入寄存器Rc ,当然前提是控制信号WERF=1。
STR指令
STR指令无需添加任何硬件,结合ST指令和LDR指令,各位可以非常容易分析其数据路径。这里不再详述。
- 上一篇: 专升本计算机易考易错的知识点整理,都记住不丢分
- 下一篇: 计算机组成原理——第7章-指令系统
猜你喜欢
- 2025-03-14 计算机组成原理(7): Beta ALU指令(ALU Instructions)
- 2025-03-14 计算机组成原理——第7章-指令系统
- 2025-03-14 专升本计算机易考易错的知识点整理,都记住不丢分
- 2025-03-14 计算机组成原理——第3章-系统总线
- 2025-03-14 计算机组成原理(16):存储技术之一——内存瓶颈
- 2025-03-14 计算机组成原理——CPU指令执行顺序及其数据通路
- 2025-03-14 希望所有计算机学生都知道这些宝藏课程
- 2025-03-14 「计算机组成原理」:总线仲裁(何谓总线仲裁)
- 2025-03-14 专升本计算机「每日知识点」计算机硬件系统
- 2025-03-14 华文慕课计算机组成原理-1 计算机基本结构课后题
你 发表评论:
欢迎- 最近发表
- 标签列表
-
- sd分区 (65)
- raid5数据恢复 (81)
- 地址转换 (73)
- 手机存储卡根目录 (55)
- tcp端口 (74)
- project server (59)
- 双击ctrl (55)
- 鼠标 单击变双击 (67)
- debugview (59)
- 字符动画 (65)
- flushdns (57)
- ps复制快捷键 (57)
- 清除系统垃圾代码 (58)
- web服务器的架设 (67)
- 16进制转换 (69)
- xclient (55)
- ps源文件 (67)
- filezilla server (59)
- 句柄无效 (56)
- word页眉页脚设置 (59)
- ansys实例 (56)
- 6 1 3固件 (59)
- sqlserver2000挂起 (59)
- vm虚拟主机 (55)
- config (61)
本文暂时没有评论,来添加一个吧(●'◡'●)