单周期MIPS计时问题

Question

我在第4章阅读了“计算机组织与设计”一书，它描述了一个单周期MIPS机器。但是，我有几个双打。

如果设计中的数据存储器和指令存储器是SRAM，那么如何在符号时钟周期内完成任何指令。以加载指令为例，我认为单周期MIPS设计仍需要经历以下阶段。只合并了ID和EXE阶段。

|   1    |   2    |   3    |   4  |
|   WB   |        |        |      |
|        |   IF   |        |      |     
|        |        | ID\EXE |      | 
         |        |        |  MEM |

如果数据存储器在negedge时钟更新，则ID，EXE和MEM阶段可以合并，但仍然有三个阶段。

任何人都可以解释“单循环”的工作原理吗？谢谢！

Answer 1

您在第4章中介绍的单周期处理器略微过于简单化，而不是现实中可实现的内容。他们没有展示一些棘手的细节。例如，您可以做出的一个时序假设是假设您的内存读取是组合的，而mempory写入需要1个正边缘才能完成，即与寄存器文件相似。因此，在时钟边缘到达的情况下，您的IF阶段会填充一条指令。然后在该周期的持续时间内，解码并执行指令，并在下一个时钟边沿发生回写。如果它是数据存储，则同样的事情是真的，存储器将在下一个时钟边沿写入。在加载的情况下，您假设读取组合内存，因此您的数据将在时钟边缘之前到达，并且在边缘上它将被写入寄存器文件。

现在，这不是实现这一点的最佳方式，您必须做出几个假设。在一个稍微更现实的非流水线处理器中，如果您正在等待内存请求，则可能会有一个停止信号转到下一个周期。所以你可以想象你会有一个Stall_on_IF信号和Stall_on_LD信号，它会告诉你在你的指令/数据到达之前停止这个循环。当它们到达时，你会锁定它们并在下一个周期继续执行。