从头开始写入多周期数据路径中的乘法

Question

我想知道处理器如何从一开始就在多周期数据路径中进行乘法运算，即从指令读取 -> 解码指令 -> 读取寄存器文件等。

换句话说，我想知道，考虑到booth的乘法算法是单独实现的（给出了一个电路），你将如何扩展多周期数据路径以支持使用最少资源的乘法指令。

你也能说出除法吗？

Answer 1

另一个很好的链接是开源 OpenFire 微处理器内核，MicroBlaze 的变体/模拟（基于 DLX）：

http://opencores.org/websvn,listing?repname=openfire_core&path=%2Fopenfire_core%2Ftrunk%2Fopenfire_top_syn%2Fhdl%2Fverilog%2F#path_openfire_core_trunk_openfire_top_syn_hdl_verilog_

ALU 和乘法器单元的部分数据路径位于openfire_primitives.v 文件中。

DLX 数据路径手册，很好地解释了管道stalls 和 bubbles 是

http://www.cs.iastate.edu/~prabhu/Tutorial/PIPELINE/hazards.html

还有关于多循环操作 (DLX) 的信息

http://www.cs.iastate.edu/~prabhu/Tutorial/PIPELINE/multicycle.html

因此，可以保留在管道中的操作（需要更多滴答声）会将停顿（或气泡）插入管道。您可以将其视为停止除了 EX 之外的所有流水线阶段，EX 会执行几个 tisks 的 Long 操作。

开源 Verilog 的另一个 Mul/Div 单元在这里： http://opencores.org/websvn,filedetails?repname=openrisc&path=%2Fopenrisc%2Ftrunk%2For1200%2Frtl%2Fverilog%2For1200_mult_mac.v

Answer 2

对于简单的 cpu 乘法将在 CPU 管道的阶段 EX。因此，获取指令，对其进行解码，向 RegisterFile 询问输入操作数，在 ALU 上执行实际乘法。

取决于 ALU 变体，乘法可能需要 1 个 CPU 周期或更多（在每个 cpu 周期存储部分和，然后它将在 CPU 管道的 EX0、EX1、EX2 等阶段）。慢速 ALU 可以流水线化，所以它会在 N 个滴答中给出第一个操作的结果，并在每个 M 个中启动不同的操作

您可以在页面上获得乘法器的各种硬件变体 http://www.aoki.ecei.tohoku.ac.jp/arith/mg/algorithm.html