MIPS指令以及數(shù)據(jù)通路

MIPS 1字=4字節(jié) 1字節(jié)=8位 即：1字=32位
每一個時鐘周期：IM取指令->譯碼->ALU執(zhí)行->DM訪存->回寫Reg

ADDI

addi 加立即數(shù)，支持溢出 addi $22,$24,6
格式： ADDI rt,rs,imm16
運算： rt<=rs+imm16
數(shù)據(jù)通路：
NPC:把當(dāng)前指令地址傳送給PC
PC:把當(dāng)前PC地址傳送給IM指令存儲器
IM:把PC地址中的[11:2]addr截取，因為按字節(jié)尋址，而相鄰指令相差4個字節(jié)，addr需要刪除后兩位（÷4）

//reg [31:0] dm[1023:0]表示有1024個地址，每個地址32bit //MIPS一條指令占32位
也就是1個字（4個字節(jié)） //比如相鄰兩條指令的address分別是: //0x00003000 0x00003004
//?0011000000000000? ?0011000000000100?
//實際上存儲的時候是按照數(shù)組存儲的，一個數(shù)組元素占4字節(jié)，相鄰元素地址之差為4字節(jié)，也就是1字
//所以要在尋址的時候?qū)C指向的地址（字節(jié)）除以4，得到字地址，直接用字地址訪問數(shù)組下標(biāo)

//P109 在字節(jié)尋址的機器中，連續(xù)的字地址相差為4，而不是1 //P46
為了得到正確的字節(jié)地址，lw指令中與基址存儲器相加的偏移量必須輸4×8=32，這樣才能正確讀到A[8]
//MIPS按字節(jié)編址，所以字的起始地址必須是4的倍數(shù)

IM取出地址按照字段分割，輸入到CTRL等模塊中
EXT：imm有符號16to32
ALU：add運算，判斷溢出標(biāo)志位overflow
CTRL：overflow高電平，使RegWrite無效
Reg：寫寄存器

ADDIU

addiu 加立即數(shù)，不檢測溢出 addiu $3,$0,0xababcdcd
格式： addiu rt,rs,imm16
運算： rt<=rs+imm16
數(shù)據(jù)通路：
IM取指令，譯碼
EXT imm16to32
ALU相加 溢出求模
Reg寫寄存器

SLT

slt 小于置一指令 slt $20,$12,$4
格式： SLT rd,trs,rt
運算： rd<=(rs<rt?1:0)
數(shù)據(jù)通路：
IM取指令，譯碼
Reg寄存器取數(shù)據(jù)1，數(shù)據(jù)2
ALU數(shù)據(jù)1，數(shù)據(jù)2相加 溢出求模（ALUsrc=0 第二個ALU操作數(shù)的來源:0–讀寄存器2）
Reg寫寄存器（MemToReg=0–ALU計算結(jié)果）

JAL

jal 跳轉(zhuǎn)至標(biāo)簽(Jump And Link) jal newadd
格式： JAL target
運算： gpr31<=PC+4
數(shù)據(jù)通路：
NPC始終輸出 jalPC = PC + 4 NPC <= {PC[31:28], imm26, 2’b0}
IM取指令，譯碼
CTRL控制信號(MemtoReg=10 jalPC JAL跳轉(zhuǎn)的PC+4)
將PC + 4的值寫入31號寄存器(MUX32根據(jù)MemtoReg控制寫入寄存器的數(shù)據(jù)，MUX5根據(jù)RegDst控制寫寄存器的地址)

JR

jr 跳轉(zhuǎn)至寄存器中的指令地址 jr $31
格式：JR rs
運算：PC<-rs
數(shù)據(jù)通路：
當(dāng)前指令是JR指令的時候
CRTL將jr_ctr設(shè)置為高電平
(GPR)根據(jù)rs[4:0]從31號寄存器中讀出數(shù)據(jù)rd1[31:0]，輸出到NPC單元
NPC單元中檢測到j(luò)r_ctr，于是將rd1[31:0]傳送給NPC。（NPC <= rd1[31:0]）

ADDU

addu 加寄存器，不檢測溢出 addu $4, $0,$16
格式：ADDU rd, rs, rt
運算：GPR[rd] ← GPR[rs] + GPR[rt]
數(shù)據(jù)通路：IM取指令->譯碼->ALU執(zhí)行加法->運算結(jié)果回寫Reg

SUBU

subu 減寄存器，不檢測溢出 subu $17,$17,$8
格式：SUBU rd, rs, rt
運算：GPR[rd] ← GPR[rs] - GPR[rt]
數(shù)據(jù)通路：IM取指令->譯碼->ALU執(zhí)行減法->運算結(jié)果回寫Reg

ORI

ori 或立即數(shù) ori $8, $0,4
格式：ORI rt, rs, immediate
運算：GPR[rt] ← GPR[rs] or immediate
數(shù)據(jù)通路：IM取指令->譯碼->ALU執(zhí)行或運算->運算結(jié)果回寫Reg

LW

lw 取字指令 將數(shù)據(jù)存儲器中的字加載到寄存器中 lw $18, -4($8)
格式：LW rt, offset(base)
運算：GPR[rt] ← memory[GPR[base] + offset]
數(shù)據(jù)通路：IM取指令->譯碼->ALU執(zhí)行加運算（計算地址）->DM訪存->回寫Reg

SW

sw 取字指令 將寄存器的字存儲到數(shù)據(jù)存儲器中 sw $4, -4($8)
格式：SW rt, offset(base)
運算：memory[GPR[base] + offset] ← GPR[rt]
數(shù)據(jù)通路：IM取指令->譯碼->讀Reg數(shù)據(jù)->ALU計算地址->寫入DM

BEQ

beq 相等則分支到標(biāo)簽 beq $25, $0,end2
格式：BEQ rs, rt, offset
運算：if GPR[rs] = GPR[rt] then branch
數(shù)據(jù)通路：IM取指令->譯碼->讀Reg數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2->ALU計算是否相等（0標(biāo)志位）->CTRL（PCsrc判斷是否分支）->NPC分支

LUI

lui 立即數(shù)加載至寄存器高16位 lui $19, 0xefef
格式：LUI rt, immediate
運算：GPR[rt] ← immediate || 016
數(shù)據(jù)通路：IM取指令->譯碼->MUX拓展16to32->ALU取低16to高16并補全32->回寫Reg

J

j 無條件跳轉(zhuǎn) j end
格式：J target
運算：PC ← PCGPRLEN-1…28 || instr_index || 02
數(shù)據(jù)通路：當(dāng)前指令是J指令的時候
CRTL將j_ctr設(shè)置為高電平
NPC根據(jù)imm26計算下一條指令地址

LB

加載字節(jié)指令

在有效地址指定的存儲器位置（基地址+16bit偏移地址，地址運算結(jié)果不一定非要是4的倍數(shù)）提取8位（1字節(jié)）的內(nèi)容，擴展符號，存儲到rt指定的寄存器中

• LB與LW的區(qū)別：LB加載字節(jié)，地址不一定是4的倍數(shù)。LW加載字（1字=4字節(jié)），地址必須是4的倍數(shù)。

lb指令，將從內(nèi)存中取出的8bit字節(jié)（有符號）拓展至32bit（高位根據(jù)符號，補全0或全1），正如下圖所說的：寄存器中高24位信息由符號拓展獲取。

格式

lw指令的地址必須是4的倍數(shù)（數(shù)組下標(biāo)*4），因為一次取一個字
而lb指令的地址（基址+偏移）不一定是4的倍數(shù)，因為只取字節(jié)，地址可以是數(shù)組下標(biāo)*4+1/2/3

具體操作如下圖，把不是4的倍數(shù)的部分（最低兩位）單獨提取出來，作為片選信號，用來選擇到底取一個字的哪個字節(jié)，也就是：先按字取出，然后再分離得到想要的那一個字節(jié)，這樣變相達(dá)到了取字節(jié)的效果

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的MIPS指令以及数据通路的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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