503 - 3种指令及控制信号
运算指令的控制信号
加法指令的操作步骤
addu rd, rs, rt
① MEM[PC] - 从指令存储器中取回指令
② R[rd] = R[rs] + R[rt] - 指令指定的操作
③ PC = PC + 4 - 计算下一条指令的地址
①Instruction = MEM[PC]
- 从指令存储器中取回指令
- 所有指令均有此步骤
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假设在系统中的某一个时刻 T0 所示的这个时钟上升沿之后很短的一段时间，此时 PC 寄存器的输入已经稳定，它的输出就是当前要取回的这条指令的地址。这个信号会连接到指令存储器的地址输入端。 经过一小段访问时间之后， 指令存储器就会将这个地址所指定的存储单元的内容放在其输出端。也就是我们要取回的指令的二进制编码。
我们用红色标出了这个步骤所关注的有效的信号。 同时我们注意左边的这个时钟信号。 我们用以标识当前时刻的这条虚线也向后移动了一小段。
②R[rd] = R[rs] + R[rt]<——记清楚这几个寄存器的位置
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加法运算的步骤
①从IFU中取操作数，分别由rs和rt寄存器传输至busA和busB
②置IFU的控制信号为PC+4，等待读取下一条指令（与当前加法运算无关）
③置busB的输出端ALUSrc的控制信号为0（加法操作要用rt，不需要立即数），此时立即数扩展部件Extender失效，故置ExtO为x（0、1任意值）；
④置ALUCtr的控制信号为ADD，开始执行加法运算；
⑤置数据存储器DM的写使能信号为0（加法指令不需要读写数据存储器。 因此需要把数据存储器的写使能信号作为无效。 否则在下一个时钟上升沿， 数据存储器会采样它的数据输入，从而改变其中的内容。 ）；
⑥由⑤可得，DM无效，因此置MemtoReg信号为0；
⑦置RegWr信号为“1”；置RegDst信号为1（经ALU运算后产生的结果需要通过rd寄存器写入寄存器堆）
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ori指令的操作步骤
ori rt, rs, imm16
① MEM[PC] 从指令存储器中取回指令
② R[rt] = R[rs] | ZeroExt[imm16] 指令指定的操作
③ PC = PC + 4 计算下一条指令的地址
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主要看第二步R[rt] = R[rs] | ZeroExt[imm16] 指令指定的操作
与加法运算相比，只是添加了立即数，即：
①IFU的<0,15>位域连接imm16立即数；
②使用Extender立即数扩展部件（置ExtOp = “zero”零扩展，ALUSrc = 1）；
③置RegDst = 0（回写入rt寄存器）
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访存指令的控制信号
Load指令的操作步骤
lw rt, imm16(rs)
① MEM[PC] 从指令存储器中取回指令
② R[rt] = DataMemory{R[rs] + SignExt[imm16]} 指令指定的操作
③ PC = PC + 4 计算下一条指令的地址
还是来看R[rt] = DataMemory{R[rs] + SignExt[imm16]} 指令指定的操作
同样是一条I型指令，与逻辑或指令的不同之处在于：
①扩展部件要使用符号扩展，即置ExtOp = “sign”；
②访问但不写入数据存储器DM，即置MemWr = 0； MemtoReg = 1；
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Store指令的操作步骤
sw rt, imm16(rs)
① MEM[PC] 从指令存储器中取回指令
② DataMemory{R[rs] + SignExt[imm16]} = R[rt] 指令指定的操作
③ PC = PC + 4 计算下一条指令的地址
DataMemory{R[rs] + SignExt[imm16]} = R[rt] 指令指定的操作：
对于store指令，也需要将rs寄存器中的内容和立即数 的符号扩展进行加法运算，并以此作为地址访问数据存储器， 不过不是读出，而是写入，
因为对store指令，我们不需要改写寄存器堆的内容， 所以无论选择哪个通路，都是没有意义的。 在这里，我们就设置这个控制信号，可以是0，也可以是1，就用x来进行标记。这样，这个多选器总会选出一组信号， 最终送到寄存器堆的数据输入端。
我们只需要设置寄存器堆的写使能信号为无效， 在时钟上升沿到来的时候，寄存器堆的内容就不会发生改变。也正因为如此， 这个要写入的寄存器编号，无论设成rb还是rt，也都是可以的， 这就是对于store指令的控制信号的设置方法。
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