computer architecture

1. CẤU TRÚC MÁY TÍNH

2. LAB1:
DESIGN A MIPS 32 BY 32 REGISTER FILE

3. 1.GIỚI THIỆU FILE THANH GHI:
• Cấu tạo 1 file thanh ghi bao gồm:
+ 32 thanh ghi 32 bit, riêng thanh ghi đầu tiên( Reg0)
thì luôn mang giá trị 0.
+ Có 2 ngõ vào chọn thanh ghi đọc (Read Register 1
và Read Register 2) và 2 ngõ ra dữ liệu (Read Data 1
và Read Data 2) khi đọc file thanh ghi
+ Có 1 ngõ vào chọn thanh ghi để ghi dữ liệu (Write
register) , 1 ngõ vào cho phép ghi (RegWrite) và1
ngõ vào dữ liệu (Write Data) khi ghi vào file thanh
ghi.

4. 1.GIỚI THIỆU FILE THANH GHI:
• Sơ chi tiết:
Khối 1
decoder
Khối 2
32 register
Khối 3
Multiplexor

5. KHỐI 1: DECODER
Decoder(bộ giải mã 5:32) có 32 ngõ ra
dùng để xuất ra tín hiệu điều khiển ghi
dữ liệu vào các thanh ghi, với 5 bits
Write Register để chọn thanh ghi, và tín
hiệu điều khiển ghi RegWrite.
Để thiết kế bộ giải mã 5:32, ta xây
dựng từ các bộ giãi mã 2:4 và 3:8

6. KHỐI 1: DECODER
• Mạch giải mã 2:4:

7. KHỐI 1: DECODER
• Mạch giải mã 3:8:
3→8
A
B
C
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7

8. KHỐI 1: DECODER
• Mạch giải mã 5:32:
Ghép các bộ giải mã 2:4 và 3:8
Ta được bộ giải mã 5:32

9. KHỐI 2: 32 REGISTER
Dùng thanh ghi 32 bit có sẵn trong logisim
Data in Data out
Write Enable
Clock
Zero

10. KHỐI 3: MULTIPLEXOR
Multiplexor(Mux) có 32 ngõ dữ
liệu đầu vào, mỗi ngõ dữ liệu có
32 bits. Dữ liệu ngõ ra ReadData
có 32 bits bằng một trong số các
ngõ vào. 5 bits của ReadRegister
sẽ quyết định ngõ dữ liệu đầu vào
nào sẽ được truyền đến đầu ra.
Để thiết kế bộ Mux 32-1 32 bit, ta
xây dựng từ các bộ Mux 2-1
32bit, Mux 4-1 và 8-1.

11. • Mux2-1 32bit :
KHỐI 3: MULTIPLEXOR

12. • Mux4-1 32bit :
KHỐI 3: MULTIPLEXOR
Được thiết kế dựa
trên bộ Mux2-1

13. • Mux8-1 32bit :
KHỐI 3: MULTIPLEXOR
Được thiết kế dựa trên bộ
Mux2-1 và Mux 4-1

14. • Mux32-1 32bit :
KHỐI 3: MULTIPLEXOR
Được thiết kế dựa trên bộ
Mux 4-1 và Mux 8-1

16. BÁO CÁO LAB 2
DESIGN MIPS 32-BIT ALU

17. YÊU CẦU THIẾT KẾ
Các phép toán yêu cầu: ADD, SUB, XOR, SLT
Cấu tạo MIPS ALU:
2 ngõ vào BusA và BusB 32 bit
1 ngõ ra Output 32 bit
Các cờ ngõ ra: zero, overflow,
carryout, negative

18. • Cờ zero: được set khi kết quả bằng 0
• Cờ overflow (tràn khi thực hiện cộng trừ
với số có dấu): được set khi xảy ra tràn
• Cờ carryout (tràn khi thực hiện cộng trừ
với số không dấu): xảy ra khi có nhớ
(mượn) từ MSB
• Cờ negative: được set nếu kết quả âm
• Ngõ vào điều khiển (ALU control)
00 Add
01 Xor
10 Sub
11 SLT

19. THIẾT KẾ BỘ CỘNG 32 BIT
• Thiết kế bộ CỘNG 1 BIT
Input Output
a b Cin sum Cout
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1
+ sum= a xor b xor cin
+ cout = ab + cin(a+b)

20. BỘ CỘNG 1 BIT

21. BỘ CỘNG 32

22. THIẾT KẾ BỘ TRỪ 32BIT
Input Output
a b Cin Sub Cout
0 0 0 0 0
0 0 1 1 1
0 1 0 1 1
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 0
1 1 0 0 0
1 1 1 1 1
Sub= a xor b xor cin
Cout = nota.b + cin(nota + b)

23. BỘ TRỪ 1 BIT

24. BỘ TRỪ 32BIT

25. BỘ XOR 32 BIT
a b A xor B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

26. BỘ SLT
• Cho kết quả bằng 1 nếu A < B

27. CỜ ZERO
• Khi kết quả bằng 0 thì cờ zero được set lên 1
• Dùng lệnh nor tất cả các bit từ 0 đến 31 của kết quả để kiểm tra cờ Zero

28. CỜ CARRYOUT
Chỉ xét đối với phép cộng trừ.
• Cờ carry chính là cout của phép cộng hoặc phép trừ.

29. CỜ OVERFLOW
• Overflow (tràn có dấu –xảy ra khi kết quả phép toán vượt quá dải giới hạn tính
toán).
• Vì vậy, có thể phát hiện overflow bằng cách so sánh cin và cout của bit thứ 31, nếu
trái dấu thì xảy ra overflow

30. Cin Cout Overflow
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Overflow = COut[31] xor Cint[31]

31. CỜ NEAGTIVE
Cờ Negative: gán cờ Negative bằng bit thứ 31 của kết quả.
• + Bit thứ 31 = 1 (kết quả âm): cờ được set
• + Bit thứ 31 = 0 (kết quả dương): cờ không được set

32. XÁC ĐỊNH NGÕ RA
• Sau khi có được 4 kết quả của ADD,XOR,SUB,SLT căn cứ vào 2bit điều
khiển của ALUControl để xác định dữ liệu nào được đưa ra port ngõ ra.
• Sử dụng bộ mux 4-1 32bit

33. MUX 4-1 32BIT

34. ALU
34