single mips

Nguyễn Văn Cường

Đặng Ngọc Hoàng

Lê Hữu Việt

ĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNH

LAB 3: A MIPS 32-BIT SINGLE - CYCLE CPU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Nhóm 28:

MỤC LỤC

I. GiỚI THIỆU

II.XÂY DỰNG CPU

III.MÔ PHỎNG

ĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNH Nhóm 28

I. GiỚI THIỆU:


Thiết kế bộ xử lý trung tâm MIPS chu kì đơn 32-bit thực hiện các lệnh:

ADD, SUB, SLT, JR, LW, SW, BNE, XORI, JCác cổng logic không có quá 4 ngõ vào, với delay 50ps.Các khối điều khiển logic có thể dùng cấu trúc lệnh behavioral.

Các câu lệnh: Lệnh loại R:

ADD rd, rs, rt: Reg[rd] = Reg[rs] + Reg[rt].

JR rs: PC = Reg[rs].

SLT rd, rs, rt: If (Reg[rs] < Reg[rt]) Reg[rd] = 00000001(16) else Reg[rd] = 0000000016.

SUB rd, rs, rt: Reg[rd] = Reg[rs] – Reg[rt].


Lệnh loại I:

BNE rs, rt, imm16: if (Reg[rs] != Reg[rt]) PC = PC + 4 + Sign_ext(Imm16)<<2 else PC = PC + 4.

LW rt, imm16(rs): Reg[rt] = Mem[Reg[rs] + Sign_ext(Imm16)].

SW rt, imm16(rs): Mem[Reg[rs] + Sign_ext(Imm16)] = Reg[rt].

XORI rt, rs, imm16: Reg[rt] = Reg[rs] XOR Zero_ext(Imm16)

Các câu lệnh:


Lệnh loại Jump:

J target: PC = { PC[31:28], target, 00 }

Các câu lệnh:



1. Các khối cơ bản:

a. Khối tìm và lấy lệnh.

+ Bộ nhớ lệnh (Instruction memory)

+ Thanh ghi PC (Program Counter)

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28


1. Các khối cơ bản:a. Khối tìm và lấy lệnh.

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28

ĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNHĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNH

1. Các khối cơ bản:b. File thanh ghi 32 bit (RegFile)

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28


1. Các khối cơ bản:

c. Bộ ALU

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28


1. Các khối cơ bản:d. Bộ nhớ dữ liệu

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28


2. Bổ sung Datapath

Lệnh loại R:

Lấy dữ liệu từ 2 thanh ghi Rs và Rt của RegFile, Đưa vào khối tính toán ALUĐưa kết quả tính toán vào thanh ghi Rd của RegFile

Riêng lệnh JR thì chỉ cần lấy dữ liệu từ RegFile để thay đổi thanh ghi PC

Nhóm 28




Lệnh loại R:

Nhóm 28



Lệnh loại I:

Lấy dữ liệu từ thanh ghi Rs của RegFile

Mở rộng dấu cho 16bit immediate

Đưa vào khối tính toán ALU

Kết quả tính toán đưa về thanh ghi Rd của RegFile hoặc làm địa chỉ truy cập vào bộ nhớ dữ liệu ( lw và sw)

Nhóm 28



Lệnh loại I:

Bổ sung:

Bộ Mux chọn thanh ghi đích Rd hoặc RtBộ mở rộng dấuBộ Mux chọn ngõ vào thứ 2 cho bộ ALUBộ Mux chọn giá trị ghi về thanh ghi RtBộ dịch trái 2 bit ( phép nhân với 4)

Nhóm 28



Nhóm 28



Lệnh nhảy:

• Nhảy có điều kiện: BNE• Nhảy không điều kiện: J, JR

Bổ sung:Các bộ Mux chọn địa chỉ cho lệnh tiếp theo.Các bộ cộng

Nhóm 28


PC = PC + 4


Nhóm 28


Lệnh BNE (Brand if not equal)


Nhóm 28


Lệnh JUMP


Nhóm 28


Lệnh JR


Nhóm 28

- RegWrite

- RegDst

- ALUSrc

- ALUOp

- MemRead

- MemWrite

- MemtoReg

- Branch

- Jump

- SignZero


3. Các khối điều khiển:

a. Khối điều khiển trung tâm (ControlUnit):Tạo ra các tín hiệu điều khiển:

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28


Bảng giải mã khối điều khiển trung tâm:

Nhóm 28


Bảng giá trị điều khiển của khối ALU Control


3. Các khối điều khiển:b. Khối điều khiển ALU (ALU_ControlUnit): Tạo ra tín hiệu điều khiển bộ tính toán ALU:

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28

ĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNHĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNHĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNH

3. Các khối điều khiển:

c. Khối điều khiển lệnh JR (JR_ControlUnit) - Nếu ALUOp = 10 (R-type) và Function = 001000 => JRControl = 1. Ngược lại JRControl = 0

d. Tín hiệu điều khiển lệnh BNE (Bne_Control) - Nếu Branch = 1 và ZeroFlag = 0

=> Bne_Control = 1 Ngược lại Bne_Control = 0

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28


Sơ đồ khối tổng quát

II. XÂY DƯNG CPU:

Nhóm 28


III. MÔ PHỎNG

Nhóm 28

III. MÔ PHỎNG

Địa chỉ( thập phân)

Lệnh Mã máy

0 Xori $1, $0, 0x0010 001110 00000 00001 00000000 00010000

4 Xori $2, $0, 0x001F 001110 00000 00010 00000000 00011111

8 Sw $1, 0x00($0) 101011 00000 00001 00000000 00000000

12 Sw $2, 0x04($0) 101011 00000 00010 00000000 00000100

16 Add $3, $1, $2 000000 00001 00010 00011 00000 100000

20 Bne $1,$2, 0x01 000101 00001 00010 00000000 00000001

24 Add $7, $3, $2 000000 00011 00010 00111 00000 100000

28 Sub $4, $1, $2 000000 00001 00010 00100 00000 100010

32 J 0x0A 000010 00 00000000 00000000 00001010

36 Lw $12,0x00($0) 100011 00000 01100 00000 00000000000

40 Lw $5 , 0x00($0) 100011 00000 00101 00000000 00000000

44 Lw $6 , 0x04($0) 100011 00000 00110 00000000 00000100

48 Slt $7, $1, $2 000000 00001 00010 00111 00000 101010

52 Jr $0 000000 00000 00000 00000 00000 001000

56 .............

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

single mips

Documents