【实验】多周期CPU微程序设计

基础知识

取指令阶段

• 需要完成的功能是 Mem[PC++] → IR
• 计算+1的动作和访问内存可以并行
• 但是内存取出来的地址和ALU的结果必须分不同的周期送回

节拍	数据通路	控制信号	说明
T1	Mem[PC]→IR,(PC)→AluSrcA,(AluOut)→PC	$I{R}_{in},IRWrite,AluSrcA=PC,$ $AluOp=ADD,ALuSrcB=4,PCWrite$	完成PC+=4和内存取指令
T2	(IR)→OP/Func/R1#/R2#/Imm, PC+4+Imm16<<2→C	$AluOp=ADD,AluSrcB=(PC+4+Imm)$	完成译码，取操作数和分支地址的计算

LOAD 指令

节拍	数据通路	控制信号	说明
T1	(A)+Imm→C)	$AluOP=ADD,AluSrcA=A,AluSrcB=Imm$	算操作数地址
T2	Mem[C]→DR	$IorD=1$	访问主存
T3	(DR)→Reg	$RegWrite,MemtoReg$	寄存器的写回

ADD 指令

• (R0) + (R1) → R0

节拍	数据通路	控制信号	说明
T1	(R1)+(R2)→C	$AluOP=OP,AluSrcA=A,AluSrcB=B$	完成实际的运算，保存在C中
T2	©→Reg	$RegDst=rd,RegWrite=1,MemtoReg=C$	运算结果写回到通用寄存器

STORE指令

• (R0)→Mem[R2]
• 涉及到内存的写，寄存器的读

节拍	数据通路	控制信号	说明
T1	(A)+Imm→C	$AluOP=ADD,AluSrcA,AluSrcB=Imm$	算要访问的地址
T2	Mem[C]=B	$MemWrite=1,IorD=1$	将寄存器B的值锁存到指定地址

BEQ

节拍	数据通路	控制信号	说明
T1	cmp(A,B)	$Branch,PCSrc=1,AlUOP=cmp,AluSrcA=A,AluSrcB=B$

微指令的结构分析

• 下址地段：若P标志位为0，则表示下一条微指令的地址
• 0号地址一定为取指微程序的入口
• 每段微程序的最后一条要跳转到0地址回到取指阶段