DataPath II Tomando o controle!

Transcrição

1 DataPath II Tomando o controle!

2 Datapath and Control Queremos implementar parte do MIPS lw, sw add, sub, and, or, slt beq e depois o j

3 Instruction Word Formats Register format: add, sub, and, or, slt op-code rs rt rd shamt funct op-code rs rt rd shamt funct Immediate format: lw, sw, beq op-code rs rt immediate value op-code rs rt immediate value Jump format op-code op-code bit bit current current segment segment address address 6 26

4 Requisitos para esse conjunto de instruções Memória Banco de registradores PC Extensor de bits ALU Somandor 4 para o PC

5 Hardware MemWrite Instruction address Instruction memory Instruction PC Add Sum Address Write data Data memory Read data 16 Sign 32 extend a. Instruction memory b. Program counter c. Adder MemRead a. Data memory unit b. Sign-extension unit Register numbers Data 5 Read 3 register Read register 2 Registers Write register Write data Read data 1 Read data 2 Data ALU control Zero ALU ALU result RegWrite a. Registers b. ALU

6 Busca de Instrução e atualização do PC Novo valor PC=PC+4 atribuído na borda de descida do clock Instruções buscada que irá para outras partes do datapath

7 R-Format Instructions Register format op-code rs rt rd shamt funct op-code rs rt rd shamt funct A leitura acontece a qq momento, mas escrever precisa de RegWrite

8 Controle Selecionar a operação (ALU, read/write, etc.) Controlar o fluxo de dados O controle é dado pelos 32 bits da instrução Exemplo: add $8, $17, $ op rs rt rd shamt funct Operação da ALU baseada no tipo da instrução e no código (funct)

9 Datapath lw & sw 1. Acesso aos registradores 2. Cálculo da posição de memória 3. read ou write em memória 4. Se for load, write no banco de registradores

10 Juntado os Datapaths

11 Datapath combinado Vejam os muxs! Qual a necessidade?

12 Branch op rs rt immediate 6 bits 5 bits 5 bits 16 bits 16 0 beq rs, rt, imm16 mem[pc] Busca a instrução Equal <- R[rs] == R[rt] Testa if (Equal) Determinar a próxima instrução PC <- PC ( SignExt(imm16) x 4 ) else PC <- PC + 4

13 Datapath for a Branch ALU para o teste; outra ALU para a soma branch target = PC (sign extended 16 bits)<<2

14 Branch + Resto Para onde vai o Sign extend? E a saída do ADD do pc?

15 Datapath completo? Notem os sinais de controle!!!! 7!!

16 Controle da ALU Para lw e sw A ALU deve calcular o endereço de memória com uma adição (registrador + Imediato) Para R-type Pode ser adição, subtração, and, or ou slt Depende do campo de 6bit (function) Para beq Descobrir se é igual

17 ALU ALU cntrl Function 000 and 001 or 010 add 110 subtract 111 slt

18 Contrle ALU Precisamos um HW para calcular os 3 bits de controle da ALU ALUOp control bits (da instrução) e códigos de funções para R-type Instruction ALUOp Instruction Funct field Operation operation ALUOp1 ALUOp0 Opcode F5 F4 F3 F2 F1 F0 lw sw 0 0 lw/sw X X X X X X 010 beq 0 1 beq X X X X X X 110 add 1 X R-type X X sub 1 X R-type X X and 1 X R-type X X or 1 X R-type X X slt 1 X R-type X X

19 Datapath Vamos incluir o Controle!

20 Generating Control Signals Inputs Op5 Op4 Op3 Op2 Op1 Op0 Campo OPCode (6 bits) Sinais de controle E sinais ALUOp R-format Iw sw beq Outputs RegDst ALUSrc MemtoReg RegWrite MemRead MemWrite Branch ALUOp1 ALUOpO

21 Control 0 4 Add Instruction [31 26] Control RegDst Branch MemRead MemtoReg ALUOp MemWrite ALUSrc RegWrite Shift left 2 Add result ALU M u x 1 PC Read address Instruction memory Instruction [31 0] Instruction [25 21] Instruction [20 16] Instruction [15 11] 0 M u x 1 Read register 1 Read Read data 1 register 2 Registers Read Write data 2 register Write data 0 M u x 1 Zero ALU ALU result Address Write data Data memory Read data 1 M ux 0 Instruction [15 0] 16 Sign 32 extend ALU control Instruction [5 0]

22 Summary Step name Instruction fetch Instruction decode/register fetch Action for R-type instructions Action for memory-reference Action for instructions branches IR = Memory[PC] PC = PC + 4 A = Reg [IR[25-21]] B = Reg [IR[20-16]] ALUOut = PC + (sign-extend (IR[15-0]) << 2) Action for jumps Execution, address ALUOut = A op B ALUOut = A + sign-extend if (A ==B) then PC = PC [31-28] II computation, branch/ (IR[15-0]) PC = ALUOut (IR[25-0]<<2) jump completion Memory access or R-type Reg [IR[15-11]] = Load: MDR = Memory[ALUOut] completion ALUOut or Store: Memory [ALUOut] = B Memory read completion Load: Reg[IR[20-16]] = MDR

23 Control For example, what should the ALU do with this instruction? lw $1, 100($2) op rs rt 16 bit offset