数据通路之算术逻辑类指令实现

• 分析指令，确定需求
• 选择组件
• 连接组件，建立数据通路
• 分析指令实现，确定控制信号

步骤一：分析指令，确定需求

分析指令格式

数据通路需求分析_指令位域分解.png

需求1 存放指令的存储器，可读，地址和数据均为32位；
需求2 存放指令地址的32位寄存器

分析指令操作

数据通路需求分析_运算逻辑类指令操作.png

需求3 一组存放数据的32位通用寄存器
需求4 同时读取寄存器的内容(rd或者rt)
需求5 改写一个寄存器的内容(rd或者rt)
需求6 提供加、减、逻辑或等三种功能的运算器，运算的操作数可以是寄存器或者立即数
需求7 将16位立即数零扩展到32位

步骤二：选择组件

• 组件1 算术逻辑单元
  运算类型：加、减、或等
  操作数：两个32位数，来自寄存器或者拓展后的立即数
  完成需求：6
• 组件2 立即数扩展部件
  功能：将1个16位的数扩展为32位数
  拓展方式：零扩展
  完成需求：7
• 组件3 程序计数器
  类型：32位的寄存器
  运算：支持两种加法，即加4或加一个立即数
  完成需求：2
• 组件4 寄存器堆
  内部构成：32个32位宽的寄存器
  运算：支持读操作（rs和rt），支持写操作（rd或者rt）
  完成需求：3+4+5
• 组件5 存储器
  类型：指令存储器
  运算：只读
  操作数：地址和数据均为32位
  完成需求：1

步骤三：建立数据通路

addu rd, rs, rt
步骤1 从指令存储器中取回指令：MEM[PC]
步骤2 执行指令的操作：R[rd]=R[rs]+R[rd]
步骤3 计算下一条指令的地址：PC=PC+4

步骤四： 确定控制信号

步骤1 确定取指令的控制信号

加法指令操作步骤1.png

步骤2 确定加法指令操作的控制信号

加法指令操作步骤2.png

步骤3 确定下一条指令计算的控制信号

加法指令操作步骤3.png