15. 控制信号的集成

1. 隐藏数据通路的实现细节

我们首先把数据通路的实现细节隐藏起来，只看下面这8个控制信号，

隐藏数据通路的实现细节

分析指令位域，我们从指令编码中还可以得到opcode和func位域，如下图所示，这两个位域决定了执行什么指令，

从指令编码中，得到opcode和func

因此，我们可以通过opcode和func这两个位域产生所需的8个控制信号。实现这个功能的部件叫控制逻辑，或控制器，如下图所示，

控制逻辑通过opcode和func位域产生8个控制信号控制数据通路

2. 控制信号的逻辑表达式

我们总结笔记12-14的内容，将各个指令的控制信号汇总成一张表，如下图所示，

各个指令的控制信号的汇总

2.1 如何写出控制信号的逻辑表达式

以RegDst为例，我们只看第一行，发现只有当add指令或sub指令时，RegDst才需要为1，其他指令都为0，因此可以写出，

RegDst = add + sub，即add指令或sub指令时，RegDst置1.

那什么时候才是add指令或sub指令呢，我们看opcode和func。

下图是R型指令和I型指令的位域分布，add和sub都是R型指令，

R型指令和I型指令的位域分布

因此，

add = rtype & func5 & ~func4 & ~func3 & ~func2 & ~func1 & ~func0

其中rtype为1表示是一条R型指令。

同样的方法得到sub指令的表达式，

sub = rtype & func5 & ~func4 & ~func3 & ~func2 & func1 & ~func0

当opcode全部为0时，就是一条R型指令，因此，

rtype = ~op5 & ~op4 & ~op3 & ~op2 & ~op1 & ~op0

这样就可以得到RegDst这个信号完整的逻辑表达式，并可以使用与门和非门构建出来。

采用类似的方法，可以构建出来所有控制信号的逻辑表达式，如下图所示，

所有控制信号的逻辑表达式

注意到，上图中，下面add，sub等指令都是opcode和func每个位本身或其非的与，上面控制信号是各个指令的或。因此我们可以构建如下的控制逻辑，

控制逻辑的实现

这样，我们就完成了控制信号的集成，构建了控制逻辑，也就是笔记10中，处理器设计的第5步。