SI100B EE Part Project · Tutorial 3

1. Datapath Introduction

• 数据通路由两类部件组成
  • 组合逻辑元件（也称操作元件）
  • 存储元件 （也称状态元件）
• 数据通路如何构成？
  • 由“操作元件”和“存储元件”连接而成
• 数据通路的功能是什么？
  • 进行数据存储、处理、传送

因此，数据通路是由操作元件和存储元件连接而成的进行数据存储、处理、传送的路径。

2.3. Connect the Components

3. R-Type Instruction Datapath

R-Type 指令是寄存器之间的运算指令。

在电路中实现 R-Type 指令的数据通路，需要完成以下几个步骤：

1. 从指令中提取出 rs1, rs2, rd 三个寄存器的编号。
2. 从寄存器文件中读取 rs1, rs2 两个寄存器的值。
3. 将 rs1, rs2 两个寄存器的值输入到 ALU 中进行运算。
4. 将 ALU 的运算结果写回到 rd 寄存器中。

接下来，让我们看看 R-Type 指令的 Datapath 的模块图吧！

3. R-Type Instruction Datapath

3. R-Type Instruction Datapath

• 上图展示了直接从指令里提取出的 rs1, rs2, rd 三个寄存器的编号，并传递给寄存器文件的过程。
• 实际上，这个流程在电路里的完成模式是：
  1. 我们根据 PC 的值从 Instruction Memory 中读取出指令。
  2. 我们通过 Instruction Decoder 模块将指令的不同部分提取出来
• 因此，我们将上图等价地表示为下图，其中从指令中提取出的 rs1, rs2, rd 三个寄存器的编号的过程用实际的电路模块表示。

3. R-Type Instruction Datapath

4. I-Type Instruction Datapath

I-Type 指令是立即数和寄存器之间的运算指令。

在电路中实现 I-Type 指令的数据通路，需要完成以下几个步骤：

1. 从指令中提取出 rs1, rd 两个寄存器的编号，以及立即数。
2. 从寄存器文件中读取 rs1 寄存器的值。
3. 将 rs1 寄存器的值和立即数输入到 ALU 中进行运算。
4. 将 ALU 的运算结果写回到 rd 寄存器中。

可以观察到，I-Type 指令的数据通路和 R-Type 指令的数据通路有很多相似之处。

我们尝试扩展 R-Type 的 Datapath，来得到一个能够兼容两种 Datapath 的电路！

4. I-Type Instruction Datapath

原始的 R-Type 电路模块

4. I-Type

I-Type 的新增模块

4. I-Type Instruction Datapath

完成的 I-Type 电路模块

5. Venus Guide

访问 Venus

6. ToDO This week

1. 完成基本模块（寄存器堆、ALU）
2. 完成支持 R-Type 和 I-Type 算术指令的电路
3. 尝试编写一组简单的指令，把它 Load 到电路中运行！