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[工学]11处理器2_321604319
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多周期简化MIPS处理器设计
多周期实现是将每条指令的执行分成一系
列步骤,每一步占用一个时钟周期
优点:
提高性能——不同指令的执行占用不同的时
钟周期数
降低硬件成本——一个功能单元可以在一条
指令的执行过程中多次使用,只要在不同的
时钟周期中使用即可
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 3
多周期数据通路
高层视图
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 4
多周期数据通路
与单周期数据通路的差别
指令和数据公用一个存储器——普林斯顿体
系结构(指令和数据分别存放在不同的存储器
中称为哈佛体系结构)
只要一个ALU ,而不是一个ALU两个加法器
每个主要的功能单元都增加了一个或多个寄
存器存储输出值,以便在后面的时钟周期中
使用
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 5
多周期数据通路
假设在多周期数据通路中,一个时钟周期
最多完成下列操作之一:
一次访存
一次寄存器堆访问(2次读1次写)
一个ALU操作
所以,存储器、寄存器堆和ALU这三个功
能单元产生的数据必须存储在临时寄存器
中,以供后面的周期使用
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 6
多周期数据通路
新加入的寄存器:
指令寄存器(IR)——存储从存储器读取的指令
存储器数据寄存器(MDR)——存储从存储器读取的
数据
A 、B——存储从寄存器堆读出的两个寄存器操作数
ALUOut——存储ALU运算的结果
除了IR外,所有寄存器只在相邻时钟周期之间
存储数据,所以不需要写控制信号。IR必须保
持指令直到执行结束,所以需要有写控制信号
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 7
多周期数据通路
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 8
完整的多周期数据通路和控制信号
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 9
控制信号说明
1位控制信号
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 10
控制信号说明
2位控制信号
清华大学电子工程系,马洪兵,2012年春 11
指令执行的步骤——1.取指
RTL描述
IR Mem[PC];
PC PC+4;
控制信号:
IorD置0
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