动手写CPU----day1 CPU架构和五级流水概念

一、CPU采用的流水线

1.采用的是五级流水线

1. 取指令
2. 译码
3. 执行
4. 访存
5. 回写

2.为什么采取五级流水线？

因为每一个阶段运行的时间不一定一致，而为了处理速度的加快，采取了并行的方式，而此时不采取流水线的设计仍会使得处理速度放缓。理解起来可能不是很形象，但是了解大概即可。

二、五级流水线

1.取指

• 从指令存储器取出指令，
• 同时确定下一条指令的地址

1&2：取值和译码间的寄存器

• 取指的结果先存放，在下一个clk到达的时候传递

2.译码

• 对取得的指令进行译码，
• 同时从通用寄存器取出要使用的目的寄存器的值，
• 指令内有立即数，进行符号扩展
• 指令为转移指令，那么进行转移

2&3：译码和执行间的寄存器

• 译码的结果先存放，在下一个clk到达的时候传递

3.执行

• 进行运算
• 如果有Load/Store指令，要计算其地址

3&4：执行和访存间的寄存器

• 执行的结果先存放，在下一个clk到达的时候传递

4.访存

• 如果有Load/Store指令，根据地址访问数据存储器
• 判断是否有异常，如果有清除流水线

4&5：访存和回写间的寄存器

• 访存的结果先存放，在下一个clk到达的时候传递

5.回写

• 将运算结果放回目的寄存器

给出目前的设计，后续还要进行修改