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mips是指计算机的什么

时间:2023-11-25 12:00:06 浏览:31

mips计算机多周期cpu系统中算术单元的构成

mips计算机是80年代中期引进的典型risc结构。我们将以32位字长模型为例介绍mips计算机的运算单元。其内部组成如图3.4所示,包括两个重要部分,一个是由128个寄存器组成的寄存器文件,一个是执行数据运算的alu。在多周期cpu系统中使用这种算术单元时(不同类型的指令选择不同的周期),alu既用于计算数据,也用于计算内存中数据和指令的地址,因此需要为alu提供计算指令地址的相关信息。

寄存器文件可以由两个端口(n1、n2)控制,两个寄存器(q1、q2)的内容从寄存器文件中读出,送到寄存器a和b作为alu运算的两个数据源,寄存器b的内容也可以作为写入内存的数据。寄存器文件还使用第三个端口(nd)来提供写入外部数据时使用的寄存器号。

alu完成两个输入数据(a,b)的算术或逻辑运算功能,直接提供运算结果r(发送到pc)和结果的特征信息z(结果为0标记),或者将结果暂存在结果寄存器c中,为后续运算准备数据。

来自不同来源的两个数据通道被提供给算术逻辑单元。a通道可以选择程序计数器pc或寄存器a的输出,b通道可以选择常量4,寄存器b的输出,或者另外两个通道的数据immed _ 1或immed _ 2。可以组合a op b,a op immed_1(op代表不同的算术或逻辑运算),pc 4,pc immed_2等运算功能。前两种组合用于数据运算,包括两个寄存器之间的运算,或者一个寄存器和一个立即数之间的运算;后两种组合用于计算指令地址,pc 4获取下一条相邻指令的地址,pcimed _ 2获取相对分支指令的地址。更深入的内容将在控制器组件一章中解释。

mips计算机的运算单元

mips计算机多周期cpu系统中运算单元的工作过程和控制信号

1.算术单元和控制器之间的信息传递

控制器中的程序计数器(pc)需要通过alu计算指令地址。它把自己的内容发送到alu的a输入端,在图3.4中用pc-in表示,实现pc 4和pcimed-2的相加。常数4和imed-2由算术逻辑单元的b输入提供。pc 4的计算应在指令读取阶段完成,计算结果(图中用pc-out表示)应在此阶段写回pc。pc immed-2应在指令解码阶段计算,计算结果应保存在alu的结果寄存器c中。在下一个执行阶段,结果(在图中用reg-c表示)应该根据需要写回到pc。

2运算器与存储器器之间的信息传递

写入寄存器文件的数据可以是alu运算的结果,也可以是从内存中读取的数据,需要通过替代电路发送到寄存器文件的di数据输入端。alu计算的结果是在执行阶段通过a op b或a op immed-1运算得到的,最初存储在c寄存器中,直到下一个数据回写阶段才写入寄存器文件。

为了实现存储器读或写操作,在执行阶段通过a immed-1操作获得存储器地址,并存储在c寄存器中,c中的这个地址用于选择下一个存储器读/写阶段的存储位置。

对于从存储器中读取数据的指令,将数据读取到存储器的数据缓存寄存器dr中。对于将数据写入内存的指令,将解码步骤中存储在b寄存器中的数据发送到内存的数据线,完成内存写入操作。

小结:运算器需要向内存提供地址信息和写入的数据信息,内存则将向运算器提供其读出的数据以便写入到寄存器堆中。

注意

这个算术单元中的寄存器文件和alu会在不同的执行步骤中完成自己的运算功能。首先读取寄存器文件(需要提供两个待读取寄存器的编号rs和rt),之后进行alu计算(需要提供数据源选择信号a_sel和b_sel以及算术函数选择信号alu_func)。存储在寄存器c中的计算结果直到下一步才会写回到寄存器文件(需要提供写入的寄存器号rd。时钟信号clock用于三个寄存器a、b和c.

从控制器接收注册号码

第一步:用rs和rt从寄存器组中读出两个寄存器的内容并暂存到寄存器a和b

第二步:两个寄存器的内容经2个多路选择器电路送到alu的输入端,alu执行加法运算,并保存结果到寄存器c;

第三步:把寄存器c中的计算结果写入到寄存器组内由rd选择的寄存器

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