计算机设计与实践——MIPS基本指令.docx

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1、。MIPS基本指令和寻址方式：MIPS是典型的RISC处理器，采用32位定长指令字，操作码字段也是固定长度，没有专门的寻址方式字段，由指令格式确定各操作数的寻址方式。MIPS指令格式一般有三种格式：R-型指令格式I-型指令格式J-型指令格式R_Type指指指指312621161160OPrsrtrdshamtfunc6bit5bit5bit5bit5bit6bitOP：操作码rs：第一个源操作数寄存器rt：第二个源操作数寄存器（单目原数据）rd：结果寄存器shamt：移位指令的位移量func：指令的具体操作类型

2、特点：R-型指令是RR型指令，其操作码OP字段是特定的“000000”，具体操作类型由func字段给定。例如：func=“100000”时，表示“加法”运算。R[rd]←R[rs]+R[rt]I_Type指指指指31262116150OPrsrtimmediate6bit5bit5bit16bit特点：I-型指令是立即数型指令双目运算：R[rt]R[rs]（OP）SignExt(imm16)Load指令：-可编辑修改-。Addr←R[rs]+SignExt(imm16)计算数据地址(立即数要进行符号扩展)R[r

3、t]←M[Addr]从存储器中取出数据，装入到寄存器中Store指令：Addr←R[rs]+SignExt(imm16)M[Addr]←R[rt]J_Type指令格式3126250OPtargetaddress6bit26bit特点：J-型指令主要是无条件跳转指令，将当前PC的高4位拼上26位立即数，后补两个“0”，作为跳转目标地址。2targetaddressjL//gotoL指指指指指指指指指3targetaddressjalL//$ra指PC+4;gotoL指指指指指指指指指R型指令：定点运算：add/a

4、ddu，sub/subu，sra，mult/multu，div/divu逻辑运算：and/or/nor，sll/srl比较分支：beq/bne/slt/sltu跳转指令：jrI型指令：定点运算：addi/addiu逻辑运算：andi/ori比较分支：slti/sltiu数据传送：lw/sw/lhu/sh/lbu/sb/luiJ型指令：j/jal-可编辑修改-。设计模块划分，教学安排Main_ctrlInstructionFetchaddrAlu_ctrlUnitmodulemodulemoduledatadat

5、aExt_memorycore_registersmoduleALUunitaddrmoduleImm16unitmoduledata1、MIPS格式指令系统设计2、指令存储器设计3、寄存器堆设计4、ALU设计——基本算术、逻辑单元的设计32位超前进位加法器的设计32位桶式移位寄存器的设计5、取指令部件的设计6、立即数处理单元设计7、单周期处理器设计——R型指令的数据通路设计I型指令的数据通路设计Load/Store指令的数据通路设计分支指令/转移指令的数据通路设计综合12条指令的完整数据通路设计8、ALU控制

6、单元设计9、主控制单元的设计10、单周期处理器总体验证11、异常和中断处理及其电路实现12、带有异常和中断处理功能的处理器的设计-可编辑修改-。-可编辑修改-。设计示例1：指令存储器设计1、指令存储器模块定义：指令存储器用于存放CPU运算的程序指令和数据等，采用单端口存储器设计，设计最大为64个存储单元，每个存储单元数据宽度为32bit。下图为指令存储器的模块框图。moduleExtMemExtMem_CSExtMem_DoutExtMem_AdrExtMem_WRExtMem_DinExtMem_RDExtM

7、em_CLK图1模块框图表1：存储器接口信号说明表序号接口信号名称方向（I/O）说明备注1ExtMem_CLKI存储器工作时钟，频率为50Mhz2ExtMem_CSnI存储器片选信号，低有效3ExtMem_Adr[5:0]I存储器地址线最大64个单元4ExtMem_WRnI存储器写信号，低有效5ExtMem_RDnI存储器读信号，低有效6ExtMem_Din[31:0]I存储器输入数据线7ExtMem_Dout[31:0]O存储器输出数据线8Vcc电源9Gnd地线ExtMem_CLKExtMem_CSExtMe

8、m_WRExtMem_RDExtMem_AdrValidExtMem_DinValid图2存储器接口读时序框图-可编辑修改-。ExtMem_CLKExtMem_CSExtMem_WRExtMem_RDExtMem_AdrValidExtMem_DoutValid图3存储器接口写时序框图ExtMem_CLKExtMem_CSExtMem_WRExtMem_RDExtMem_AdrVali