谁说中国不能做CPU？大一生惊爆你眼球.doc

《谁说中国不能做CPU？大一生惊爆你眼球.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、谁说中国不能做CPU？大一生惊爆你眼球　　数据路径的部分单元改造自Harris&Harris的教材“DigitalDesignandComputerArchitecture“的微架构例子。为了方便，我们假设内存分为数据内存和指令内存。可见CPU拥有常规的5级流水线（InstructionFetch，InstructionDecode，Execute，Memory，WriteBack），并有两份数据路径，因此超纯量，理想化下每周期可同时执行10个指令。　　　　蓝线圈的是流水线的执行组件。　　谁说中国不能做CPU？大一生惊爆你眼

2、球　　数据路径的部分单元改造自Harris&Harris的教材“DigitalDesignandComputerArchitecture“的微架构例子。为了方便，我们假设内存分为数据内存和指令内存。可见CPU拥有常规的5级流水线（InstructionFetch，InstructionDecode，Execute，Memory，WriteBack），并有两份数据路径，因此超纯量，理想化下每周期可同时执行10个指令。　　　　蓝线圈的是流水线的执行组件。　　谁说中国不能做CPU？大一生惊爆你眼球　　数据路径的部分单元改造自Har

3、ris&Harris的教材“DigitalDesignandComputerArchitecture“的微架构例子。为了方便，我们假设内存分为数据内存和指令内存。可见CPU拥有常规的5级流水线（InstructionFetch，InstructionDecode，Execute，Memory，WriteBack），并有两份数据路径，因此超纯量，理想化下每周期可同时执行10个指令。　　　　蓝线圈的是流水线的执行组件。　　　　红线圈的是数据路径，两个完全相同　　　　在HDL中，我将命名两个运行指令为I0和I1或Instr0和In

4、str1，PC为PC0和PC1，下周期PC为PC0F，PC1F。　　CPU的完整硬件生成：　　　　我的设计中最有趣（也是最难完成）的部分是名为IFHU（InstructionFlowandHazardUnit）的指令流动及数据冒险控制单元。　　　　原稿：　　　　它内置了一个小型三级流水线，目的就是为了储存（如果存在）指令的RD（DestinationRegister），RegisterFile的目标地址。地址在IFHU内的流动模拟了真正指令在处理器流水线的执行完成度，因此每次PC从指令内存读出对应指令后，指令如果是BEQ，R

5、-Type或I-Type，他们的根寄存器的地址（RS，RT）将于存在于IFHU流水线内的RD做对比，如果有相同地址代表会出现数据冒险。这些结果会输出到IFU（InstructionFlowUnit），指令控制单元，它按照以下原理决定最终指令是否为空指令以及下周期PC的值：　　1.I0和I1正常：执行两个指令，PC0，PC1+8　　2.I1出现跳跃，分支，或数据冒险：执行I0，PC0=PC1，PC1+4　　3.I0出现数据冒险：不执行，PC都不变　　4.I0出现跳跃或分支：内部执行，PC0为预测或跳跃后PC，PC1=PC0+4

6、　　不出错的话PC1应该永远等于PC0。　　下面是IFU：　　　　IFHURegSelect：　　　　IFHUXORComp：　　　　IFHU的另一个重要的组件是一个简单的2位分支预测器。目前我的CPU只支持BEQ（BranchonEqual）这一个分支指令，不过剩下的也都是这一个来的。这是分支预测器FSM：　　　　设三个状态位元为S2S1S0。主要状态PredictTaken，WeakNotTaken，和StrongNotTaken分别有自己的子状态InProgress，InProgress表示已做预测，不知结果，在这个状

7、态下不会再做预测，确保流水线最多执行一个分支预测。根据上面的FSM，可得出一个下个状态的真值表：　　　　分支预测器将先把两个可能的PC存进FF，然后使用预测的方向（S1）选择预测PC。同时一个相反方向的电路（~S1）将选择相反的PC，最终由BRsuccess（预测是否成功）来选择最终输出到IFU。　　　　接下来的指令解码流程就比较直接了。MIPS指令需要读取的寄存器地址直接输进32x32位的寄存器，结果读到RDXX。从这里起，将会有两个数据路径以及两个控制单元。　　　　寄存器或许也同时要储存四个周期前的指令的计算结果或内存数

8、据，WA［4:0］是写入地址，WD［31:0］是写入内容，寄存器的CLK依然和处理器同步但FF在FallingEdge更换，保持同周期完成。SigExt是SignExtend的缩写，它负责把指令的Immediate从16位扩到32位。　　32x32位的寄存器矩阵：　　　　控制单元：