4.3 RV32I处理器电子课件 计算机系统基础:C语言视角(RISC-V版).ppt
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1、4.3 RV32I处理器电子课件 计算机系统基础:C语言视角(RISC-V版)RV32IRV32I处理器处理器处理器设计处理器设计根据根据RISC-VRISC-V指令集结构,可以设计出微处理器指令集结构,可以设计出微处理器一种简单的基本设计方案一种简单的基本设计方案自于戴维自于戴维A.A.帕特森(帕特森(David A.PattersonDavid A.Patterson)和约翰和约翰L.L.亨尼斯(亨尼斯(John L.HennessyJohn L.Hennessy)共同)共同撰写的撰写的计算机组成与设计:硬件计算机组成与设计:硬件/软件接口软件接口 RISC-VRISC-V版版和和计算机体
2、系结构:量化研究方法计算机体系结构:量化研究方法 第第6 6版版,帕特森也是,帕特森也是RISC-IRISC-I项目的领导者项目的领导者RV32IRV32I处理器处理器“数据通路数据通路”,在计算机内,在计算机内部用于处理信部用于处理信息的所有元件息的所有元件的总和的总和仅给出仅给出R-R-类型类型指令、指令、lw/swlw/sw指指令和令和beqbeq指令的指令的实现方案实现方案指令处理指令处理冯冯诺伊曼模型诺伊曼模型把程序和数据都作为一个二进制序列存储在计算把程序和数据都作为一个二进制序列存储在计算机的内存里,在控制单元的引导下一次执行一条机的内存里,在控制单元的引导下一次执行一条指令指令
3、指令在控制单元的指挥下以一种系统的方式被指令在控制单元的指挥下以一种系统的方式被逐步处理逐步处理根据指令处理所需进行的操作,可以将一条指令根据指令处理所需进行的操作,可以将一条指令的执行的执行分解为一系列步骤分解为一系列步骤每一个步骤都在控制单元的控制之下完成每一个步骤都在控制单元的控制之下完成时钟周期时钟周期指令执行的每一个步骤所花费的时间是一个时指令执行的每一个步骤所花费的时间是一个时钟周期钟周期时钟周期时钟周期以以纳秒(或称毫微秒,十亿分之一秒)为单位纳秒(或称毫微秒,十亿分之一秒)为单位3.3GHz3.3GHz,0.3030.303纳秒纳秒数据通路数据通路一个简单的一个简单的多时钟周期
4、多时钟周期的实现方案的实现方案不同的指令被分解为不同的步骤,占用不同的不同的指令被分解为不同的步骤,占用不同的时钟周期时钟周期 “多周期多周期”RV32IRV32I指令执行阶段指令执行阶段每条指令需要其中的每条指令需要其中的4 4到到5 5个个阶段阶段取指令(取指令(Instruction FetchInstruction Fetch,IFIF)译码译码/取寄存器(取寄存器(Instruction Decode/register Instruction Decode/register fetchfetch,IDID)执行执行/计算地址计算地址 (Execution/address(Execut
5、ion/address calculationcalculation,EX)EX)访问内存访问内存/完成分支(完成分支(Memory access/branch Memory access/branch completioncompletion,MEMMEM)写回(写回(Write-backWrite-back,WBWB)1 1、取指令取指令从从内存内存中获得下一条指令中获得下一条指令程序计数器(程序计数器(PCPC)包含下一条指)包含下一条指令的令的起始起始地址地址指令寄存器指令寄存器IRIR(Instruction Instruction RegisterRegister)下一指令程序计数
6、器下一指令程序计数器NPCNPC(Next Next PCPC)任务:任务:IR IR MemPC MemPC;NPC NPC PC+4 PC+4;取指令2 2、译码译码/取寄存器取寄存器译码译码控制器:控制器:识别指令识别指令IR6:0IR6:0取寄存器取寄存器A A Regsrs1;Regsrs1;B B Regsrs2;Regsrs2;Imm Imm SEXT(imm11:0);SEXT(imm11:0);3 3、执行执行/计算计算地址地址根据译码产生根据译码产生的的控制信控制信号号(空心箭头)(空心箭头)R-R-类型指令类型指令ALUOut ALUOut A func B A func
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