系统设计基础第六周学习总结

第四章 处理器体系结构

第一节 Y86指令集体系结构

一、程序员可见的状态

存储器

Y86程序用虚拟地址来引用存储器位置，硬件和操作系统软件联合起来将虚拟地址翻译成实际或物理地址

状态码stat

它表明程序执行的总体状态，会指示是正常运行还是出现了某种异常。

二、Y86指令

Movl类指令

irmovl,rrmovl,mrmovl,rmmovl

前面的两个字母是在显式的指定源操作数和目的操作数的格式，第一位是源操作数，第二位是目的操作数。

四个整数操作指令

addl 加subl 减andl 与xorl 异或

并且它们只对寄存器数据进行操作，会设置三个条件码ZF\SF\OF

七个跳转指令——分支控制

jmp 直接跳转jle（SF^OF）|ZF 有符号数≤jl SF^OF 有符号＜je ZF 相等/零jne ~ZF 不相等/非零jge ~(SF^OF) 有符号≥jg ~(SF^OF)&~ZF 有符号＞

六个条件传送指令

Cmovle  、cmovl  、cmove   、cmovne    、cmovge    、cmovg

halt指令

halt指令停止指令的执行，执行此指令会导致处理器停止，并将状态码设置为HLT。

三、指令的字节级编码

字节编码必须有唯一的解释

每条指令需要1-6个字节不等，每条指令的第一个字节表明指令的类型。

第一个字节

整数操作里代码部分均为6，功能部分区分addl，subl，andl，xorl

分支指令里代码部分均为7

传送指令里代码部分均为2

当需要指明不应访问任何寄存器时，用ID值0xF表示

额外需要的字节

（1）附加的寄存器指示符字节

指定一个或两个寄存器，例如rA或者rB。

• 没有寄存器操作数的指令，例如分支指令和call指令，就没有寄存器指示符字节。
• 只需要一个寄存器操作数的指令（irmovl，pushl，popl）将另一个寄存器指示符设为0xF

（2）附加的4字节常数可包括：

1.irmovl的立即数数据2.rmmol和mrmovl的地址指示符的偏移量3.分支指令和调用指令的目的地址

四、Y86异常

状态码Stat的可能取值

Stat描述程序执行的总体状态

1. AOK 正常操作2. HLT 处理器执行halt指令3. ADR 遇到非法地址4. INS 遇到非法指令

第二节 逻辑设计和硬件控制语言HCL

一、逻辑门

1.符号表示：AND &&OR ||NOT !

2.逻辑门只对单个位的数进行操作，而不是整个字。

二、组合电路

限制：

• 两个或多个逻辑门的输出不能连接在一起
• 必须无环

三、集合关系

判断集合关系的通用格式是：

iexpr in {iexpr1,iexpr2,...,iexprk}

iexpr等都是整数表达式。

四、存储器和时钟

1.时序电路的两类存储器设备：

（1）时钟寄存器（简称寄存器）：储存单个位或字。

（2）随机访问储存器（简称储存器）：储存多个字，用地址选择该读/写哪个字。

2.Y86处理器

它会用时钟寄存器保存程序计数器PC，条件代码CC和程序状态Stat。

第三节 Y86的顺序实现

一、将处理组织成阶段

具体框架分为四类：

1.针对OPl（整数和逻辑运算），rrmovl（寄存器-寄存器传送）和irmovl（立即数-寄存器传送）

 

2.针对rmmovl和mrmovl

 

3.针对pushl和popl

 

4.针对跳转，call和ret

 

二、SEQ硬件结构

SEQ抽象视图的画法：

• 程序计数器放在寄存器中，位于左下角PC。
• 信息随着线流动，方向是先向上再向右
• 反馈先祖在右边向下
• 所有硬件单元的处理都在一个时钟周期内完成。
• 浅灰色方块表示硬件单元
• 控制逻辑块是用灰色圆角矩形表示的
• 线路的名字在白色椭圆中说明
• 宽度为字长或更窄的数据连接用细线
• 单个位的连接用虚线

三、SEQ的时序

SEQ的实现包括组合逻辑和两种存储器设备：

1.时钟寄存器——程序计数器和条件码寄存器2.随机访问存储器——寄存器文件、指令存储器和数据存储器

对于上面提到的五个硬件单元，可以分成两类：

1.组合逻辑——指令存储器2.时序：

条件码寄存器——只在执行整数运算指令时装载数据存储器——只在执行rmmovl、pushl或call时写入寄存器文件——两个写端口允许每个时钟周期更新两个程序寄存器。特殊寄存器？0xF表示此端口不应执行写操作。

四、SEQ阶段的实现

1.取指阶段

以PC为第一个字节，读6个字节。

两个逻辑块（从第一个字节中分出，各四位）

icode-指令代码ifun-指令功能

三个一位的信号（根据icode值计算）

instr_valid-发现不合法的指令need_regids-包含寄存器指示符字节吗need_valC-包括常数字吗

后五个字节是寄存器指示符字节和常数字的组合编码。

2.译码和写回阶段

3.执行阶段

（1）包括算术/逻辑单元ALU，输出的是valE。

ALU常被用作加法器

（2）包括条件码寄存器

零，符号，溢出，产生信号set_cc

4.访存阶段

根据icode,imem_error,instr_valid,dmem_error，从指令执行的结果计算状态码Stat。

5.更新PC阶段

 参考资料：

http://www.cnblogs.com/20135202yjx/p/4888820.html

 

实验五：

Y86编写得程序文件