4.1 Y86-64指令集体系结构
通过Y86——一个模拟X86的体系结构学习CPU结构
程序员可见状态
去掉了%r15，用F代表无寄存器。
Y86-64指令
只支持64位。
mov：
分成irmovq，rrmovq，mrmovq，rmmovq。不支持第二变址寄存器，和伸缩。即rrmovq (%rdi,%rsi,4) %rdx这样的格式。
算数运算：
addq, subq, andq, xorq,这些指令会设置条件码。
剩余：跳转，条件传送，call&ret，push&pop，halt
指令编码
与x86类似。第一个字节前四位指明指令大类，后四位指明具体行为，比如 addq=0x60。第二个字节指明REGIS A，B。
4.2逻辑设计和硬件控制语言HCL
逻辑门
[逻辑门类型和图形表示]
组合电路和HCL布尔表达式
HCL布尔表达式都能够被转化成电路设计。比如位相等bool eq = (a && b) || (!a && !b)就可以用下图表示。
字节级别
将64个小电路做AND运算即可。
可以抽象成一个大单元。
存储器和时钟
作者先提出了两类寄存器的区别。这是在后面才会学到的。硬件寄存器，是用于字传送的，程序员不可见。程序寄存器，程序员可见，就是汇编用到的那些。
寄存器在电压上升是载入新值，输出旧址（保存的值）。时钟控制着寄存器的加载。
4.3 Y86-64的SEQ实现
SEQ硬件实现
在顺序实现中，一个时钟周期被分为5片（2和5经常在一起说）：1.fetch 2. decode 3.execute 4.memory 5.write back 6.pc update
fetch
从M[PC]中拿到指令，rA，rB，valC，valP（+8的）。检测简单错误。
decode
从寄存器得到valA，valB。
execute
根据icode，决定ALU的功能，输出valE。
memory
根据memo_addr,memo_data,从内存中读取/写入数据/产出错误。他们的值从HCL中来。
write back
根据dstE,valE(execute得到的），dstM,valM(memory得到的）更新目标寄存器。
SEQ的实现
这个部分把上面的图拆成5个部分，每个部分用小图和HCL的方式描述出来。完整HCL如下
fetch
#SEQ
bool need_regids =icode in { IRRMOVQ, IOPQ, IPUSHQ, IPOPQ, IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ };
bool need_valC = icode in { IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IJXX, ICALL };decode&writeback
word srcA = [ icode in { IRRMOVQ, IRMMOVQ, IOPQ, IPUSHQ icode in { IPOPQ, IRET } : RRSP; 1 : RNONE; # Don’t need register ];
word srcB = [ icode in { IOPQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ } : rB; icode in { IPUSHQ, IPOPQ, ICALL, IRET } : RRSP; 1 : RNONE; # Don’t need register ];
# WARNING: Conditional move not implemented correctly here word
dstE = [ icode in { IRRMOVQ } : rB; icode in { IIRMOVQ, IOPQ} : rB; icode in { IPUSHQ, IPOPQ, ICALL, IRET } : RRSP; 1 : RNONE; # Don’t write any register ];
word dstM = [ icode in { IMRMOVQ, IPOPQ } : rA; 1 : RNONE; # Don’t write any register ];
word dstE = [ icode in { IRRMOVQ } && Cnd : rB; icode in { IIRMOVQ, IOPQ} : rB; icode in { IPUSHQ, IPOPQ, ICALL, IRET } : RRSP; 1 : RNONE; # Don’t write any register ];execute
word aluA = [icode in { IRRMOVQ, IOPQ } : valA; icode in { IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ } : valC;
word aluB = [ icode in { IRMMOVQ, IMRMOVQ, IOPQ, ICALL, IPUSHQ, IRET, IPOPQ } : valB;
icode in { IRRMOVQ, IIRMOVQ } : 0;
# Other instructions don’t need ALU
];
word alufun = [ icode == IOPQ : ifun; 1 : ALUADD; ];
bool set_cc = icode in { IOPQ };memory
word mem_addr = [ icode in { IRMMOVQ, IPUSHQ, ICALL, IMRMOVQ } : valE; icode in { IPOPQ, IRET } : valA;
# Other instructions don’t need address
];
word mem_data = [ # Value from register icode in { IRMMOVQ, IPUSHQ } : valA; # Return PC icode == ICALL : valP;
# Default: Don’t write anything
];
bool mem_read = icode in { IMRMOVQ, IPOPQ, IRET };
bool mem_write = icode in { IRMMOVQ, IPUSHQ, ICALL };update pc
word new_pc = [
# Call. Use instruction constant
icode == ICALL : valC;
# Taken branch. Use instruction constant
icode == IJXX && Cnd : valC;
# Completion of RET instruction. Use value from stack
icode == IRET : valM;
# Default: Use incremented
1 : valP;
];
# Determine instruction status
word Stat = [ imem_error || dmem_error : SADR; !instr_valid: SINS; icode == IHALT : SHLT; 1 : SAOK; ];