Data Multiplexors

• 控制数据的输入，多路复用
• n = 1的情况下，

ALU

• 通过输入多路复用器和加法器减法器构成

Adder

• 多位的异或操作检查1的个数，1的个数为奇数时为真，1的个数为偶数时为假

• 多位加法器由级联多个一位加法器构成

• 为1时，发生溢出

• 补码的情况下,看最高位的1位加法器

  • overflow =

Subtractor

• a - b = a + (-b), 将b转为-b(取反并加1), 然后使用加法器

Building processor

• 处理器本质上是一个复杂的状态机，由数据通路和控制单元组成，在每个时钟周期中更新状态
• 指令执行分为多个阶段，每个阶段设置一个逻辑块
  • 取指令
  • 解码
  • 执行
  • 访问内存
  • 写回寄存器
  • 多个阶段是在同一个时钟周期内发生的
• 每条指令在执行过程中都会读取和更新寄存器、内存、程序计数器的状态

R-type add instruction

• 执行过程：

R-type sub instruction

• 与add指令非常相似
• 通过查看第30位的值决定是add还是sub，决定运算器执行何种运算
• 其余的R类指令都可以复用add指令的设计

immediate

• 可以直接造一个新的，但是最好还是复用现在有的(废话)
• 在R类指令数据通路的基础上使用一个输入多路复用器，决定连接到imm还是rs2
• 立即数有12位，需要扩展到32位

加入lw

• 不为load指令设计新的数据通路，复用之前的数据通路，在最后再加入数据选择器

加入sw

• 加入数据选择器
• 目前的立即数生成器只是扩展到32位，需要更改。I类指令和R类指令的立即数位置不一样，需要加数据选择器

分支指令

• 需要执行分支计算，评估和新地址的计算，只需要改变PC的值
• 分支计算器只输出是否等于和是否小于，通过逻辑运算得到其他结果

jalr

• 与I类指令共用相同的立即数格式

CSR(控制和状态寄存器)

• csr：控制和状态寄存器，不包括在基本isa中，但是isa一般都会实现csr
• csr类指令
• system类指令：主要向操作系统提供服务
• add指令的时序
• 控制单元用于数据通路的控制逻辑
• 控制单元可以使用只读存储器或者一堆逻辑门实现
• 只读存储器：实际上作为一个真值表，很受欢迎，简单，容易扩展，有冗余
• 一堆逻辑门：更加紧凑，高效