……一篇篇写是不可能的……看完也是不可能的…… 只能隔几节水一水的样子~
数据通路
第一次看到这个词，我会以为它是用来传输数据的，然而他的定义是：
一个用来操作或保存处理器中数据的单元。在MIPS实现中，数据通路部件包括指令存储器，数据存储器，寄存器堆，ALU和加法器。
另外，之前在跳转指令中经常看到的程序计数器：
程序计数器（Program Counter）存放下一条将要被执行的指令的地址存储器
这是存取指令需要的两个状态单元，以及计算系一条指令地址所需要的加法器
其中，a)指令存储器是只读的（不考虑装载指令的过程），一个地址对应一条指令，所以把他看作组合逻辑也没有什么问题。任意时刻的输出都反映了输入地址处的内容，而不需要都控制信号；b)程序计数器（PC），实际上是一个32位的寄存器，程序计数器在每个时钟周期末都会被写入，所以不需要写控制信号；c) 加法器，将ALU设定为加法，用来自增PC、计算绝对地址
R型指令
R型指令（算术逻辑指令） add sub AND OR slt R型指令的格式如下：
| op | rs | tr | td | shamt | funt |
|---|---|---|---|---|---|
| 6位 | 5位 | 5位 | 5位 | 5位 | 6位 |
- rs:目的寄存器
- rt，rd：源寄存器
寄存器堆：包含一系列寄存器的状态单元，可以通过提供寄存器号进行读写
- 读出（2个）（每个数据字需要寄存器堆有一个输入，一个输出）
- 数据字1
- 数据字2
- 写入（1个）（每个寄存器字需要有两个输入：寄存器号和要写的数据）
综上，寄存器堆一共有4个输入（三个寄存器号和1个数据）和两个输出（两个数据）。
ALUOP：4位ALU操作信号。
可以在同一时钟周期内读出和写入同一寄存器。读操作将读出以前写入的内容；写入的内容在下一周期才可读。
存取指令
MIPS存取指令的一般形式：lw $t1, offset_value($t2)（取数）或sw $t1, offset_value($t2)（存数）
在这类指令中，通过将基址寄存器$t2的内容与指令的16位带符号偏移地址相加，得到存储器地址
还需要一个单元将16位的偏移地址符号扩展（signed-extend）位32位的带符号值，以及一个保存读出或写入数据的存储单元。
符号扩展：为增加数据项的长度，将原有数据项的最好为复制到新数据项多出来的高位。 简单来说，就是增大数字存储的位数（十六位变32位）同时不改变原值的方法 例如这是个8位扩展为16位的例子（二进制表示）________10101000 1111111110101000
数据存储单元在存储指令时被写入，所以他有读写控制信号、地址输入和写入存储器的数据输入。 虽然数据存储器的读、写控制信号都是独立的，但是任意时钟只能激活其中一个。标准的存储芯片实际上有一个写使能(enable)信号用于写操作。
跳转指令
跳转指令将偏移地址的低26位左移两位，一直代替PC的低28位。 移位通过给偏移量后面加上两个0实现。
beq指令（相等则分支）
beq $t1, $t2, offset，若$t1和$t2的值相等，则跳转到offset
offset是一个16位偏移量。
分支目标地址（branch target address) = PC值 + 符号扩展后的指令偏移量字段
注意：
- 基地址是分支指令的下一条指令的地址（PC + 4）
- 系统结构规定偏移量左移两位以指示字为单位的偏移量（按字节寻址）
当分支条件为真，分支目标地址成为新PC，称为分支发生（branch taken）； 否则 自增后的PC取代当前PC，称为分支未发生（branch not taken）。
分支数据通路需要两个步骤：
- 计算分支目标地址
- 比较操作数（将ALU设为减，检测结果是否为零（可以检测ALU的零信号））
在实际的MIPS指令集中，分支指令是延迟的，无论分支条件是否满足，她之后的耐滔指令总被执行。条件不满足时，情况不变，条件满足时，延迟的分支指令先执行它下面的的那条指令，然后再跳转到指定的目标地址。 这个是为了照顾流水线而设计的，具体不用考虑。
