MR3 Operação do Bloco de Dados e do Bloco de Controle Fernando Moraes, Ney Calazans 26/10/2005 Instruções Lógicas e Aritméticas result NPC IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados wpc OP1 IR[20:16] IR[25:21] Memória de Instruções PC RIN ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] • • • • • • ADDU SUBU AND OR XOR NOR Rd, Rs, Rt Rd, Rs, Rt Rd, Rs, Rt Rd, Rs, Rt Rd, Rs, Rt Rd, Rs, Rt “0000” & IR[25:0] & “00” EXT ZERO ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta Instruções de Deslocamento result NPC IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd IR[15:11] IR[20:16] AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados wpc OP1 IR[20:16] IR[25:21] Memória de Instruções PC RIN ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] • • SLL SRL “0000” & IR[25:0] & “00” ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta EXT ZERO Rd, Rt, shamt Rd, Rt, shamt ULA desloca shamt bits Notar: extensão de sinal é inútil, mas usar ela evita entrada adicional no mux Notar: registrador interno Rs é usado para conter Rt, pois o interno Rt compartilha entrada da ALU com Imed Instruções Lógicas e Aritméticas Imediatas e LUI result NPC IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados wpc OP1 IR[20:16] IR[25:21] Memória de Instruções PC RIN ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] • • • • • ADDIU ANDI ORI XORI LUI Rt, Rs, Imed16 Rt, Rs, Imed16 Rt, Rs, Imed16 Rt, Rs, Imed16 Rt, imed16 “0000” & IR[25:0] & “00” EXT ZERO ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta Não se usa Rs no LUI SÓ ESTENDE SINAL NA INSTRUÇÃO ADDIU, OUTRAS ESTENDEM ZERO Instruções de Leitura da Memória: LBU/LW result NPC RIN Memória de Instruções wpc IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados IR[25:21] PC OP1 IR[20:16] ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] “0000” & IR[25:0] & “00” ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta EXT ZERO ce rw bw • • LBU LW Rt, Imed16(Rs) Rt, Imed16(Rs) x“000000” & data Atenção: na instrução LBU, gravar em MDR o byte LSB e bytes em zero nos 3 MSBs Mem. de Dados MDR wmdr Instruções de Escrita na Memória: SB/SW result NPC RIN Memória de Instruções wpc IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados IR[25:21] PC OP1 IR[20:16] ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] • • SB SW “0000” & IR[25:0] & “00” ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta EXT ZERO Rt, Imed16(Rs) (ativar bw) Rt, Imed16(Rs) Atenção: carga destes três registradores é útil Atenção: Write back não existe nestas instruções Instruções de Comparação – SLT/SLTU result NPC IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados wpc OP1 IR[20:16] IR[25:21] Memória de Instruções PC RIN ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] • • “0000” & IR[25:0] & “00” ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta EXT ZERO SLT Rd, Rs, Rt SLTU Rd, Rs, Rt IGUAIS ÀS ARITMÉTICAS Instruções de Comparação Imediatas - SLTI/SLTIU result NPC IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados wpc OP1 IR[20:16] IR[25:21] Memória de Instruções PC RIN ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] • • “0000” & IR[25:0] & “00” ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta EXT ZERO SLTI Rt, Rs, Imed16 SLTIU Rt, Rs, Imed16 CUIDAR: SLT ESTENDE SINAL, SLTIU NÃO ESTENDE Instruções de Salto Condicional result NPC IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados wpc OP1 IR[20:16] IR[25:21] Memória de Instruções PC RIN ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] Em função da comparação Rs/Rt, salta ou não << 2 IR[25:0] IR[15:0] • • • • BEQ BGEZ BLEZ BNE EXT SINAL Rs, Rt, rótulo Rs, rótulo Rs, rótulo Rs, Rt, rótulo “0000” & IR[25:0] & “00” ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta EXT ZERO Terceiro ciclo: gera o endereço de salto; salta (escreve no PC) dependendo da comparação Rs/Rt Instruções de Salto Incondicional J result NPC IR[20:16] IR[15:11] IR[20:16] Rs AdRt banco de registradores IR CY1 AdRs Rd AdRd CY2 Rt outalu RALU walu OP2 Memória de Dados wpc OP1 IR[20:16] IR[25:21] Memória de Instruções PC RIN ‘ CY1 PC dtPC ce rw NPC Endereço Mem. Dados IncPC ALU +4 data MDR wmdr CY2 instruction IR[15:0] EXT SINAL << 2 IR[25:0] IR[15:0] • J Imed26 “0000” & IR[25:0] & “00” ce/rw cte_im Rs IMED CY2 Rt Rt comp I_address salta EXT ZERO Cuidado! Para simplificar este bloco, concatenação dos 4 bits superiores do PC para gerar endereço de salto é feita na ALU. Exercício JAL Imed26 JALR Rd, Rs JR Rs DIV Lo wreg data result MULT wpc IR[20:16] IR[25:21] IR[20:16] IR CY1 “11111” Rs AdRt banco de registradores IR[15:11] IR[20:16] CY2 Rt AdRd wreg I_address x“000000” & data OP1 AdRs Rd outalu RALU walu OP2 CY2 Memória de Dados PC RIN D_address CY1 PC dtPC ce rw bw NPC ALU IncPC Hi NPC MDR wmdr instruction IR[15:0] EXT SINAL ce/rw cte_im Rs << 2 IR[25:0] “0000” & IR[25:0] & “00” EXT ZERO IMED CY2 Rt comparador +4 Memória de Instruções • • • Rt salta Multiplicação e Divisão Divisão: • Usar div/mod • Consome 3 ciclos de clock para gravar no Lo e Hi DIV Lo wreg data result MULT wpc IR[20:16] IR[25:21] IR[20:16] IR CY1 “11111” Rs AdRt banco de registradores IR[15:11] IR[20:16] CY2 Rt AdRd wreg I_address x“000000” & data OP1 AdRs Rd outalu RALU walu OP2 CY2 Memória de Dados PC RIN D_address CY1 PC dtPC ce rw bw NPC ALU IncPC Hi NPC MDR wmdr instruction IR[15:0] EXT SINAL ce/rw cte_im Rs << 2 IR[25:0] “0000” & IR[25:0] & “00” EXT ZERO IMED CY2 Rt comparador +4 Memória de Instruções • Rt salta Banco de Registradores Rd 32 32 registradores de 32 bits REG0 REG1 REG2 REG3 REG4 ... REG28 REG29 REG30 REG31 clock reset 32 Rs AdRs 32 Decodificador 5 32 enable wreg 32 5 AdRd AdRt Rt Reset=’1’ Reset=’1’ (todos os registradores são zerados) Bloco de Controle Sidle Reset=’0’ • Três primeiros ciclos iguais para todas as instruções Sfetch CY1 Sreg CY2 Init_mul se IR=MULTU IR=MULTU e End_mul=’0’ Salu (IR=DIVU) ou (IR=MULTU e End_mul=’1’) wAlu wPC Caso geral IR=LBU/ LW Swbk wreg wpc Sld ce wmdr IR=SB/ SW Sst rw0, ce, wpc bw0 se IR=SB IR =J/JAL/JALR/JR /BEQ/ BGEZ/BLEZ/BNE Ssalta wpc wreg se IR=JAL/JALR
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