单周期MIPS CPU(处理器)的设计_单周期mips cpu设计

作者：不正经 | 2024-03-20 09:02:30

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单周期mips cpu设计

MIPS CPU(处理器)的设计

（1）R型指令格式

000000 (op)	Rs	Rt	Rd	shamt	funct
6bits	5bits	5bits	5bits	5bits	6bits

注意： 该类型指令操作数和保存结果均通过寄存器进行。

（2）具体R型指令
注意: R型指令根据操作的寄存器数可以分为三种不同类型。

【1】带有3个寄存器

指令	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 11]	[5 : 0]	指令功能
add	rs	rt	rd	100000	寄存器加
sub	rs	rt	rd	100010	寄存器减
and	rs	rt	rd	100100	寄存器与
or	rs	rt	rd	100101	寄存器或
xor	rs	rt	rd	100110	寄存器异或

	$rd = $rs op $rt
1

【2】带有2个寄存器

指令	[20 : 16]	[15 : 11]	[10 : 6]	[5 : 0]	指令功能
sll	rt	rd	sa	100000	逻辑左移
srl	rt	rd	sa	000010	逻辑右移
sll	rt	rd	sa	000011	算术右移

	$rd = $rt shift sa
1

【3】带有1个寄存器

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 11]	[10 : 6]	[5 : 0]	指令功能
jr	000000	rs	00000	00000	00000	001000	寄存器跳转

	jr rs;
	PC = rs
1
2

（1）I型指令格式

OP	Rs	Rt	imm（立即数）
6bits	5bits	5bits	16bits

注意：操作数中涉及立即数，结果保存到寄存器

（2）具体I型指令
注意： I型指令存在4种不同的类型

【1】面向运算的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
addi	001000	rs	rt	imm	寄存器和立即数“加”
andi	001100	rs	rt	imm	寄存器和立即数“
ori	001101	rs	rt	imm	寄存器和立即数“或”
xori	001110	rs	rt	imm	寄存器和立即数“异或”

第一条指令是对立即数进行符号拓展，其他都是0拓展
addi rt, rs, imm;
$rt = $rs op E(imm)
1
2
3

【2】面向访存的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
lw	100011	rs	rt	imm	从存储器种读取数据
sw	101011	rs	rt	imm	把数据保存到存储器

MIPS 32中唯一两条访问存储器的指令（RISC）
lw rt, imm(rs) #rt = mem [ rt = mem[rt=mem[rs+E(imm)]
sw rt, imm(rs) #mem [ mem[mem[rs+E(imm)] = $rt
1
2
3

【3】面向数位设置的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
lui	001111	00000	rt	imm	设置寄存器的高16位

lui rt, imm #$rt = imm<<16(空位补0）
1

【4】面向条件转移（分支）的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
beq	000100	rs	rt	imm	寄存器相等则转移
bne	000101	rs	rt	imm	寄存器不相等则转移

beq rs, rt, imm #if(rs = = rt) PC=PC+E(imm)<<2
bne rs, rt, imm #if(rs ! = rt) PC=PC+E(imm)<<2
标准的PC相对寻址方式
1
2
3

（1）J型指令格式

OP	立即数
6bits	26bits

（2）具体J型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 0]	指令功能
j	000010	address	无条件跳转
jal	001100	address	调用与联接

j address;
$ PC=($PC+4)H4 U (address<<2)
1
2

jal address;
$ra = $PC+4(保存返回地址)
$ PC=($PC+4)H4 U (address<<2)
1
2
3

MIPS 指令集(共31条）

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