【摘要】： 中央處理器是驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力,CPU的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)乃至信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。進(jìn)行CPU相關(guān)的設(shè)計(jì)研發(fā)工作有著重大的學(xué)術(shù)意義和現(xiàn)實(shí)意義。而流水線技術(shù)是現(xiàn)代CPU設(shè)計(jì)的核心技術(shù),是決定CPU運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素。 RISC是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的處理器設(shè)計(jì)新技術(shù),它的出現(xiàn)對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。RISC體系結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)是其便于利用流水線結(jié)構(gòu)進(jìn)行指令操作。MIPS是一個(gè)優(yōu)秀的RISC版本,它的許多設(shè)計(jì)特點(diǎn)尤其適合流水線技術(shù)的運(yùn)用,是一個(gè)非常適合CPU流水線設(shè)計(jì)的架構(gòu)平臺(tái)。 MIPS流水線的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要達(dá)到平均每個(gè)時(shí)鐘周期完成一條指令,這就是流水線的極限速度。但由于流水線中指令相關(guān)等問題的存在,常常使流水線發(fā)生阻塞延遲,使得指令不能夠在預(yù)定的時(shí)刻完成,因而無法達(dá)到極限速度的目標(biāo),更無法超越該速度。 為了進(jìn)一步提高流水線的執(zhí)行效率,超越流水線的極限速度,本文在對(duì)現(xiàn)有32位MIPS流水線進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地提出了基于32位MIPS架構(gòu)的雙發(fā)射流水線設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用該方案設(shè)計(jì)的流水線可以做到每時(shí)鐘周期同時(shí)并行發(fā)射兩條獨(dú)立指令,同時(shí)執(zhí)行。這樣,可以使流水線的極限速度變?yōu)槠骄恐芷谕瓿蓛蓷l指令,大幅提升了現(xiàn)有32位MIPS流水線的執(zhí)行效率。 本文的主要工作內(nèi)容如下: (1)對(duì)32位MIPS處理器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和MIPS現(xiàn)有的五級(jí)流水線結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,得出了MIPS流水線執(zhí)行效率的瓶頸因素,并分析了進(jìn)一步提高現(xiàn)有MIPS流水線執(zhí)行效率的可行性。 (2)對(duì)基于32位MIPS架構(gòu)雙發(fā)射流水線的指令發(fā)射策略、控制相關(guān)處理和數(shù)據(jù)相關(guān)處理等流水線結(jié)構(gòu)的重要問題進(jìn)行深入研究,并得出了靜態(tài)發(fā)射、優(yōu)化編譯指令序、第一流水線無延遲分支處理和雙流水線四通道前向數(shù)據(jù)通路等一系列能夠與32位MIPS架構(gòu)相匹配的雙發(fā)射流 【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TP332;TP311.52

【圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文=32'b0;=PC;NTROL_IF<={IADDRERROREXC,IADDRFILLEXC};delay)=MEMINST;=32'b0;NTROL_IF<=2'b0;-1 所示。

圖 3-2 分支判斷信號(hào)分支轉(zhuǎn)移指令需要如下的控制信號(hào)：（1）BRANCH�？刂菩盘�(hào) BRANCH 表示當(dāng)前指令為跳轉(zhuǎn)指令或者分支指令。（2）J�？刂菩盘�(hào) J 表示當(dāng)前指令為跳轉(zhuǎn)指令。分支轉(zhuǎn)移指令控制信號(hào)設(shè)置如下：always @(jINST or beqINST or RSEQRT or bneINST or bltzINST or RSLTZ or blezINSTor RSEQZ or bgtzINST or RSEQZ or RSLTZ or bgezINST)beginBRANCH<=jINST||(beqINST&&RSEQRT)||(bneINST&&!RSEQRT)||(bltzINST&&RSLTZ)||(blezINST&&RSEQZ)||(bgtzINST&&!(RSEQZ||RSLTZ))||(bgezINST&&!RSLTZ);J<=jINST;end

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