多周期CPU设计

　　多周期CPU设计和单周期CPU的设计相同，都是为了实现一系列的指令功能，以下是小编为大家整理推荐关于多周期CPU设计，希望对您有所帮助。

　　多周期CPU设计

　　和单周期CPU的设计相同，都是为了实现一系列的指令功能，但需要指出的是何为多周期(注意与前面写道的单周期的区别，这也是设计的关键之处)

　　多周期CPU指的是将整个CPU的执行过程分成几个阶段，每个阶段用一个时钟去完成，然后开始下一条指令的执行，而每种指令执行时所用的时钟数不尽相同，这就是所谓的多周期CPU。

学习啦在线学习网 　　理解完多周期与单周期的区别后，开始我们的多周期CPU设计之路(可以随时对应单周期的设计，注意联系与区别)。

　　需要设计的指令及格式如下：

　　==>算术运算指令

　　(1)add rd, rs, rt

　　000000rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved

学习啦在线学习网 　　功能：rd<-rs + rt

　　(2)sub rd, rs, rt

学习啦在线学习网 　　000001rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved

　　完成功能：rd<-rs - rt

　　(3)addi rt, rs, immediate

学习啦在线学习网 　　000010rs(5位)rt(5位)immediate(16位)

学习啦在线学习网 　　功能：rt<-rs + (sign-extend)immediate

　　==>逻辑运算指令

学习啦在线学习网 　　(4)or rd, rs, rt

学习啦在线学习网 　　010000rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved

　　功能：rd<-rs | rt

　　(5)and rd, rs, rt

学习啦在线学习网 　　010001rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved

　　功能：rd<-rs & rt

　　(6)ori rt, rs, immediate

　　010010rs(5位)rt(5位)immediate

学习啦在线学习网 　　功能：rt<-rs | (zero-extend)immediate

　　==>移位指令

　　(7)sll rd, rs,sa

　　011000rs(5位)未用rd(5位)sareserved

　　功能：rd<-rs<<(zero-extend)sa，左移sa位 ，(zero-extend)sa

　　==>传送指令

学习啦在线学习网 　　(8)move rd, rs

学习啦在线学习网 　　100000rs(5位)00000rd(5位)reserved

　　功能：rd<-rs +

　　==>比较指令

学习啦在线学习网 　　(9) slt rd, rs, rt

　　100111rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved

　　功能：如果(rs<rt)，则rd=1; 否则 rd=0

　　==>存储器读写指令

学习啦在线学习网 　　(10)sw rt, immediate(rs)

学习啦在线学习网 　　110000rs(5位)rt(5位)immediate(16位)

　　功能：memory[rs+ (sign-extend)immediate]<-rt

　　(11)lw rt, immediate(rs)

学习啦在线学习网 　　110001rs(5位)rt(5位)immediate(16位)

　　功能：rt <- memory[rs + (sign-extend)immediate]

　　==>分支指令

　　(12)beq rs,rt, immediate (说明：immediate是从pc+4开始和转移到的指令之间间隔条数)

学习啦在线学习网 　　110100rs(5位)rt(5位)immediate(16位)

　　功能：if(rs=rt) pc <-pc+ 4 + (sign-extend)immediate <<2

　　==>跳转指令

　　(13)j addr

　　111000addr[27..2]

学习啦在线学习网 　　功能：pc <{pc[31..28],addr[27..2],0,0}，转移

　　(14)jr rs

学习啦在线学习网 　　111001rs(5位)未用未用reserved

　　功能：pc<-rs，转移

　　==>调用子程序指令

　　(15)jal addr

　　111010addr[27..2]

学习啦在线学习网 　　功能：调用子程序，pc <- {pc[31..28],addr[27..2],0,0};<-pc+4，返回地址设置;子程序返回，需用指令 jr 。

　　==>停机指令

学习啦在线学习网 　　(16)halt (停机指令)

学习啦在线学习网 　　11111100000000000000000000000000(26位)

　　不改变pc的值，pc保持不变。

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