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progettare una CPU MIPS - creare una nuova istruzione

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aggiungere una nuova istruzione

supponiamo di voler creare una nuova istruzione. dobbiamo:

  • definire la sua codifica
  • definire cosa faccia
  • individuare le unità funzionali necessarie
  • individuare i flussi di informazione necessari
  • individuare i segnali di controllo necessari
  • calcolare il tempo necessario per la nuova istruzione (e se modifica il tempo totale)

aggiungere il jump (j)

supponiamo che la codifica sia:

il campo da 26 bit rappresenta l’istruzione di destinazione del salto ed

  • è un indirizzo assoluto.

poiché sono 26 bit e non 32, bisogna svolgere una serie di operazioni:

  1. si guadagnano due bit facendo lo shift logico a sinistra (moltiplicando quindi per 4) (gli zeri sono presi con la messa a terra)]

  2. i 4 bit “mancanti” vanno presi dai MSB di PC+4 (bit che indicano il “blocco” in cui ci si trova, quindi prendendoli da PC+4 ci muoviamo nello stesso blocco di 256mb) - si fa con una sorta di or che è in realtà un collegamento di cavetti

cosa fa il jump? PC <- left shift 2 bit istruzione[25-0] OR (PC+4)[31-28]

unità funzionali: PC+4 (presente), shift left 2 bit con input a 26 bit (da aggiungere), OR con i bit di PC+4 (si ottiene dalle connessioni), MUX per selezionare il nuovo PC (da aggiungere)

flusso dei dati: Istruzione[25-0] -> SL2 -> (OR) -> MUX -> PC

segnali di controllo: jump per il MUX, RegWrite e MemWrite = 0

tempo necessario: fetch e, in parallelo il tempo dell’adder che calcola PC+4

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si comporta come jump, ma salva PC+4 nel registro $ra

cosa fa: PC <- left shift 2 bit istruzione[25-0] OR (PC+4)[31-28] + $ra <- PC+4

unità funzionali: - quelle di jump - + MUX per selezionare il valore di PC+4 come valore di destinazione, MUX per selezionare il registro $ra come destinazione

flusso dei dati: Istruzione[25-0] -> SL2 -> (OR) -> MUX -> PC e, in più PC+4 -> MUX -> registri (dato da memorizzare) (31 = $ra) 31 -> MUX -> registri (registro destinazione)

segnali di controllo: jump per il MUX, RegWrite e MemWrite = 0

tempo necessario: il WriteBack deve avvenire dopo che siano finiti sia il fetch che il calcolo di PC+4 (che va memorizzato in $ra), perciò il tempo sarà dato dal massimo tra fetch e add sommato al WB.

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add immediate (addi)

cosa fa: somma la parte immediata al registro rs e pone il risultato in rt

unità funzionali: ALU per la somma (presente), MUX che seleziona la parte immediata come secondo argomento (presente), estensione del segno della parte immediata (presente)

flusso dei dati: Registri[rs] -> ALU Costante -> est. segno -> ALU ALU -> Registri[rt]

segnali di controllo: ALUsrc = 1, MemtoReg = 0, RegWrite = 1, MemWrite, Branch, Jump = 0;

tempo necessario quanto un’istruzione di tipo R

si comporta quasi come la lw cost(rs) ma invece di salvare si scrive sui registri.

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jump to register (jr)

cosa fa: trasferisce in PC il contenuto del registro rs

unità funzionali: MUX per selezionare il PC dall’uscita del blocco registri

flusso dei dati: `Registri[rs] → PC

segnali di controllo: JumpToReg, che abilita il MUX per inserire in PC il valore del registro

tempo necessario: Fetch + Reg

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