三种CPU方案比较

二选一B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器乘商寄存器QCn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出YF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址Am2901内部组成组成算逻运算部件通用寄存器组乘商寄存器Q功能8种运算功能8种数据组合8种结果处理Am2901Y11~8Y3~0D11~8D7~4D3~0CinRAM0Q0Y7~4高位Am2901Y15~12D15~12OVERF=0F15CyCPRAM15Q15A口B口I8~6I5~3I2~04片Am2901之间的连接Am2901低位Am2901VccRPC0ARPCPCPC+1IR(AR)寄存器之间运算与传送读、写内存AR地址AR地址读、写内存或I/O接口读、写内存PC地址TEC-2008机基本指令的执行流程A组B组D组/ResetB、C、D组10000000001000110110010001110101中断响应与处理XXXX第2次读写主存读写主存或接口取指ALU运算由于PC是选用寄存器组中的R5实现的，送指令地址必须在单独一步中执行，使取指操作需要二步完成.N1寄Q1存N2器堆NDQ2DI结果寄存器CAZALUBRB寄存器A寄存器011023写入数据寄存器堆由32个32位的寄存器组成，使用3个端口选择寄存器，2个用于选择读出、1个控制写入寄存器堆有1路数据输入,2路数据输出，输出数据暂存到A、B寄存器32位的ALU接收两路输入数据执行运算,各从２路数据和４路数据中进行选择ALU支持+－∧∨等运算，用于完成数据和地址计算，输出结果R和特征信息Z,设置有暂存ALU计算结果的寄存器C。MIPS机的运算器部件组成MIPS计算机硬件系统的组成由存储器、控制器部件、运算器部件(寄存器堆、ALU)组成PC存A储D器01N1寄Q1存N2器堆NDDIQ2控制部件结果寄存器10AZALUBRB寄存器rsrtrdopfunc指令内容左移2位210ClocktargetImmediate写入PC的指令地址确定分支指令是否转移的条件信号ZPC[31..28]PCsrc01IRDRA寄存器01左移2位扩展10234ALUopALUsrcAALUsrcBWriteREGREGdsMEMtoREGWritePCWriteIRIODRWriteMEMSESifSidSexeSmemSwbJ指令非J指令Branch指令SW指令LW指令SW/LW指令非Branch/SW/LW指令取指周期译码周期执行周期存储周期写回周期MIPS机的多周期CPU系统指令执行步骤在MIPS计算机中，每条指令经过取指、译码、ALU执行、内存读写、结果写回这５步完成，不同指令从中选择它所需要的操作步骤。取指在Sif完成，用于所有指令J指令在Sid完成(2步)Branch经Sid在执行周期完成(3步)内存写指令经Sid、Sex在Smem完成(4步)内存读指令经Sid、Sex、Smem在Swb完成(5步)算术与逻辑运算指令经Sid、Sex在Swb完成(4步)运算器的操作分３个步骤完成:读寄存器组并缓存、ALU运算并缓存、缓存的结果写回寄存器组。B寄存器A堆REGsARSALUR0001四10选11一缓冲器缓冲器0二选1一三选一100001三态门运算器部件内部总线IB0001三选10一0drsrFlagCZVSb_sela_sely_selr_sels_selalu_funcCyOverSignZeroreg_srcreg_wty_ibar_wt4alu_outreg_input1010flag_funcY1二选0一0001四10选11一运算器部件用到的信息和控制信号:对REGs：b_sel和a_sel选择寄存器编号,reg_src选择写入数据,reg_wt控制写入操作。对ALU：s_sel和r_sel选择2路输入数据，alu_func选择运算功能,flag_func控制标志位的接收操作，y_sel选择把ALU结果还是A口数据送到Y,y_ib控制Y内容送IB,ar_wt控制AR寄存器的写入操作。这个运算器在门阵列的器件FPGA芯片中实现，与Am2901相比，省略掉乘商寄存器Q，更为简单，与MIPS机的运算器相比，省略掉A、B、C三个寄存器，使运算器中的读寄存器、ALU运算、结果写回可以在一个步骤中完成。控制信号编码写在图中.TEC-2008在FPGA中实现的16位字长的运算器PCB寄存器A堆REGs节拍发生器Timing控制信号产生线路CUAD存储器ARSALUR指令内容加法器数据总线DB地址总线ABIR0001四10选11一缓冲器缓冲器0二选1一三选一100001双向三态门三态门offset1串行接口MAX202控制器部件运算器部件存储器部件和接口电路输入输出接口部件串行设备内部总线IB0001三选10一0drsrFlagCZVS10二选一NPCb_sela_sely_selr_sels_selalu_funcCyOverSignZeroreg_srcadd_srcpc_wtir_rtpc_srcreg_wty_ibar_wtgate_engate_dir4alu_outreg_input三态门101ncp_ibnpc_wt0add_outflag_funrcclockresetY00三10选01一addr_sel二0选一11二选0一0001四10选11一io_port1取指周期000执行周期001存储周期011CPU在FPGA芯片中实现的TEC-2008计算机系统复位状态100全部指令都经取指和执行周期，仅读写内存指令还经存储周期PC的输出可直接送到存储器,取指一步完成