MIPS指令以及数据通路
MIPS指令以及数据通路
MIPS 1字=4字节 1字节=8位 即：1字=32位
每一个时钟周期：IM取指令->译码->ALU执行->DM访存->回写Reg
ADDI
addi 加立即数，支持溢出 addi $22,$24,6
格式： ADDI rt,rs,imm16
运算： rt<=rs+imm16
数据通路：
NPC:把当前指令地址传送给PC
PC:把当前PC地址传送给IM指令存储器
IM:把PC地址中的[11:2]addr截取，因为按字节寻址，而相邻指令相差4个字节，addr需要删除后两位（÷4）
//reg [31:0] dm[1023:0]表示有1024个地址，每个地址32bit //MIPS一条指令占32位
也就是1个字（4个字节） //比如相邻两条指令的address分别是: //0x00003000 0x00003004
//0011000000000000 0011000000000100
//实际上存储的时候是按照数组存储的，一个数组元素占4字节，相邻元素地址之差为4字节，也就是1字
//所以要在寻址的时候将PC指向的地址（字节）除以4，得到字地址，直接用字地址访问数组下标//P109 在字节寻址的机器中，连续的字地址相差为4，而不是1 //P46
为了得到正确的字节地址，lw指令中与基址存储器相加的偏移量必须输4×8=32，这样才能正确读到A[8]
//MIPS按字节编址，所以字的起始地址必须是4的倍数
IM取出地址按照字段分割，输入到CTRL等模块中
EXT：imm有符号16to32
ALU：add运算，判断溢出标志位overflow
CTRL：overflow高电平，使RegWrite无效
Reg：写寄存器
ADDIU
addiu 加立即数，不检测溢出 addiu $3,$0,0xababcdcd
格式： addiu rt,rs,imm16
运算： rt<=rs+imm16
数据通路：
IM取指令，译码
EXT imm16to32
ALU相加 溢出求模
Reg写寄存器
SLT
slt 小于置一指令 slt $20,$12,$4
格式： SLT rd,trs,rt
运算： rd<=(rs
IM取指令，译码
Reg寄存器取数据1，数据2
ALU数据1，数据2相加 溢出求模（ALUsrc=0 第二个ALU操作数的来源:0–读寄存器2）
Reg写寄存器（MemToReg=0–ALU计算结果）
JAL
jal 跳转至标签(Jump And Link) jal newadd
格式： JAL target
运算： gpr31<=PC+4
数据通路：
NPC始终输出 jalPC = PC + 4 NPC <= {PC[31:28], imm26, 2’b0}
IM取指令，译码
CTRL控制信号(MemtoReg=10 jalPC JAL跳转的PC+4)
将PC + 4的值写入31号寄存器(MUX32根据MemtoReg控制写入寄存器的数据，MUX5根据RegDst控制写寄存器的地址)
JR
jr 跳转至寄存器中的指令地址 jr $31
格式：JR rs
运算：PC<-rs
数据通路：
当前指令是JR指令的时候
CRTL将jr_ctr设置为高电平
(GPR)根据rs[4:0]从31号寄存器中读出数据rd1[31:0]，输出到NPC单元
NPC单元中检测到jr_ctr，于是将rd1[31:0]传送给NPC。（NPC <= rd1[31:0]）
ADDU
addu 加寄存器，不检测溢出 addu $4, $0,$16
格式：ADDU rd, rs, rt
运算：GPR[rd] ← GPR[rs] + GPR[rt]
数据通路：IM取指令->译码->ALU执行加法->运算结果回写Reg
SUBU
subu 减寄存器，不检测溢出 subu $17,$17,$8
格式：SUBU rd, rs, rt
运算：GPR[rd] ← GPR[rs] - GPR[rt]
数据通路：IM取指令->译码->ALU执行减法->运算结果回写Reg
ORI
ori 或立即数 ori $8, $0,4
格式：ORI rt, rs, immediate
运算：GPR[rt] ← GPR[rs] or immediate
数据通路：IM取指令->译码->ALU执行或运算->运算结果回写Reg
LW
lw 取字指令 将数据存储器中的字加载到寄存器中 lw $18, -4($8)
格式：LW rt, offset(base)
运算：GPR[rt] ← memory[GPR[base] + offset]
数据通路：IM取指令->译码->ALU执行加运算（计算地址）->DM访存->回写Reg
SW
sw 取字指令 将寄存器的字存储到数据存储器中 sw $4, -4($8)
格式：SW rt, offset(base)
运算：memory[GPR[base] + offset] ← GPR[rt]
数据通路：IM取指令->译码->读Reg数据->ALU计算地址->写入DM
BEQ
beq 相等则分支到标签 beq $25, $0,end2
格式：BEQ rs, rt, offset
运算：if GPR[rs] = GPR[rt] then branch
数据通路：IM取指令->译码->读Reg数据1数据2->ALU计算是否相等（0标志位）->CTRL（PCsrc判断是否分支）->NPC分支
LUI
lui 立即数加载至寄存器高16位 lui $19, 0xefef
格式：LUI rt, immediate
运算：GPR[rt] ← immediate || 016
数据通路：IM取指令->译码->MUX拓展16to32->ALU取低16to高16并补全32->回写Reg
J
j 无条件跳转 j end
格式：J target
运算：PC ← PCGPRLEN-1…28 || instr_index || 02
数据通路：当前指令是J指令的时候
CRTL将j_ctr设置为高电平
NPC根据imm26计算下一条指令地址
LB
加载字节指令
在有效地址指定的存储器位置（基地址+16bit偏移地址，地址运算结果不一定非要是4的倍数）提取8位（1字节）的内容，扩展符号，存储到rt指定的寄存器中
- LB与LW的区别：LB加载字节，地址不一定是4的倍数。LW加载字（1字=4字节），地址必须是4的倍数。
lb指令，将从内存中取出的8bit字节（有符号）拓展至32bit（高位根据符号，补全0或全1），正如下图所说的：寄存器中高24位信息由符号拓展获取。
格式
lw指令的地址必须是4的倍数（数组下标*4），因为一次取一个字
而lb指令的地址（基址+偏移）不一定是4的倍数，因为只取字节，地址可以是数组下标*4+1/2/3
具体操作如下图，把不是4的倍数的部分（最低两位）单独提取出来，作为片选信号，用来选择到底取一个字的哪个字节，也就是：先按字取出，然后再分离得到想要的那一个字节，这样变相达到了取字节的效果
