24 CDC Uniciclo

Universidad
Rey Juan Carlos

ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA DE
COMPUTADORES
Camino de datos y control:
implementación uniciclo
Luis Rincón Córcoles
Licesio J. Rodríguez-Aragón

Camino de datos y control: implementación uniciclo

Programa
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Introducción.
Construcción incremental del camino de datos uniciclo.
El control de la UAL.
Diseño de la unidad de control para el camino de datosuniciclo.
Funcionamiento del camino de datos uniciclo.
Las instrucciones de salto incondicional en el camino de datos
uniciclo.
7. Conclusiones e implicaciones del diseño uniciclo.

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Camino de datos y control: implementación uniciclo

1. Introducción
 En la primera parte del tema:
•Se han presentado varias instrucciones del repertorio del MIPS.
•Se han estudiado los elementos básicos que formanparte de un camino de datos en un
computador sencillo.
•Se han presentado algunos caminos de datos sencillos para ciertas operaciones.

 Con todo ello, en esta segunda parte:
•Se construirá un camino de datos conjunto para todas las instrucciones presentadas.
•Se diseñará la circuitería de control para dicho camino de datos.
•Se analizará el funcionamiento de dicho camino de datos.

ÂCaracterísticas del camino de datos construido:
•Es muy sencillo, ya que responde a un subconjunto reducido del repertorio de
instrucciones del MIPS.
•Para ejecutar otras instrucciones sería preciso ampliar el camino de datos, tanto en sus
interconexiones como en la circuitería de control.
•Las instrucciones se ejecutan en un único ciclo de reloj.

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Camino de datos y control: implementación uniciclo

2.Camino de datos uniciclo
 Esquema global del camino de datos:

Data
Register #
PC

Address
Instruction
memory

Instruction

Registers

ALU

Address

Register #
Data
memory

Register #
Data

 El camino de datos se va a construir en forma incremental, añadiéndole
gradualmente la circuitería necesaria para ejecutar nuevas instrucciones.
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Camino de datos y control: implementación uniciclo

Camino dedatos uniciclo
 Circuitería necesaria para las instrucciones de memoria y aritmético-lógicas.

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Camino de datos y control: implementación uniciclo

Camino de datos uniciclo
 Se añade la circuitería para la búsqueda de instrucciones.

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Camino de datos y control: implementación uniciclo

Camino de datos uniciclo
 Se añade la circuitería para las instrucciones de ramificación incondicional.7

Camino de datos y control: implementación uniciclo

3. El control de la UAL
 Operaciones efectuadas por la UAL:
Señales de control de la UAL

Función

000

And

001

Or

010

Suma

110

Resta

111

Set on less than

 Supondremos que existe una señal ALUOp de 2 bits que distingue el tipo de
operación en función del tipo de instrucción que se va a ejecutar:
ALUOp

Operación

00

Sumar paracalcular la dirección en una instrucción de memoria.

01

Restar para calcular la dirección de salto en una ramificación.

10

Dada por el campo Funct de la instrucción (instrucciones de tipo R).
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Camino de datos y control: implementación uniciclo

El control de la UAL
 Así, las señales para controlar la UAL se generan mediante un circuito cuyas
entradas son:
•Los dos bits de ALUOp.
•Los 6 bitsdel campo Funct.

 Cálculo de los 3 bits de control de la UAL:
Código de
operación

ALUOp

Operación

Campo de
función

Acción deseada en
la UAL

Entradas
de control

LW

00

Cargar palabra

XXXXXX

Suma

010

SW

00

Almacenar palabra

XXXXXX

Suma

010

BEQ

01

Ramificar si iguales

XXXXXX

Resta

110

Tipo R

10

Sumar

100000

Suma

010

Tipo R

10

Restar

100010

Resta

110

Tipo R

10

AND100100

And

000

Tipo R

10

OR

100101

Or

001

Tipo R

10

Activar si menor que

101010

Activar si menor que

111
9

Camino de datos y control: implementación uniciclo

El control de la UAL
 Tabla de verdad para generar los 3 bits de control de la UAL:
ALUOp

Campo Funct
ALU Operation

ALUOp1

ALUOp0

F5

F4

F3

F2

F1

F0

0

0

X

X

X

X

X

X

010

X

1

X

X

X

X

X

X

110

1

X...