第七章-微体系结构(1)：概述

概述

微体系结构的两个相互作用的部分。

数据路径和控制逻辑。

第七章比第六章更进一步。第六章讲的是较为抽象的计算机体系结构。其实和第五章“数字模块”更为相近的是计算机的微体系结构。具体地说也就是基本的数字模块通过硬件逻辑的组合，构建了计算机的微体系结构。第七章的内容充实而使用，作者基本上将构建单周期处理器、多周期处理器和流水线处理器所需的RTL图、组合逻辑(Verilog组合逻辑)和有限状态机(Verilog时序逻辑)清楚地、完整地列出来。作者采用了模块化的编程思维。在构建RTL图时，也是分为数据路径和控制信号两部分来设计。先设计基本的数据路径，然后再设计控制逻辑。

第六章的计算机体系结构是第七章微体系结构的基础。微体系结构就是解析体系结构中指令(汇编代码)的一系列硬件逻辑结构，所以必须先掌握了控制计算的指令集和汇编语言，并从中明确计算机CPU的核心功能对应的关键指令，才能从硬件编程的角度来设计计算机的微体系结构。

最简单的是单周期的处理器设计。本章的设计前提是，只包含了处理器的几个关键功能，方便说明。比如基本的指令：ADD、SUB、LW、SW等等。

体系结构状态和指令集

在真正的微体系结构设计开始前，书中首先强调微体系结构中的“体系结构状态”和“指令集”。指令集不必说，书中使用的是MIPS指令集。体系结构状态指的是在上一章的“体系结构”介绍中讲到的程序计数器(PC)和32个通用寄存器。

为了使微体系结构便于理解。书中只考虑了MIPS指令系统的一个子集，具体的有：

·         R型算数指令/逻辑指令：add, sub, and, or 和 slt

·         存储指令：lw, sw

·         分支指令：beq

数据路径和控制逻辑

书中将依次设计数据路径和控制逻辑来一一实现上述指令的功能。数据路径对数据字进行操作，包括：存储器、寄存器、算术逻辑单元(ALU)和复用器等结构。32位的操作系统就设计32位的数据路径。控制逻辑从数据路径接收当前指令，并控制数据路径如何执行这条指令。也就是说控制逻辑产生对于数据路径的控制信号。