RISC-V diseño básico 2: Operaciones con constantes

Summary

Este tutorial explica cómo implementar las instrucciones tipo I en un procesador RISC-V, específicamente aquellas que realizan operaciones con constantes. Se cubren los aspectos del diseño de hardware necesario para manejar los registros y los valores inmediatos, detallando cómo se realizan las sumas con estos valores. También se abordan los detalles técnicos del formato de las instrucciones, la extensión de signo y el uso de multiplexores para seleccionar entre los registros y los valores inmediatos. Finalmente, se resumen las instrucciones que se pueden implementar para las operaciones de tipo I y R, destacando la simplicidad que ofrece la arquitectura RISC-V.

Takeaways

• 😀 Se explica cómo implementar las instrucciones tipo I en el diseño de un procesador RISC-V, específicamente aquellas que realizan operaciones con constantes.
• 😀 El formato de las instrucciones tipo I difiere del tipo R, ya que en lugar de un segundo registro fuente, se utiliza un inmediato (constante).
• 😀 Las instrucciones de tipo I incluyen un campo de inmediato de 12 bits, que está codificado en complemento a 2.
• 😀 El inmediato se extrae de los bits 20 a 31 de la instrucción y se extiende con signo para convertirlo en 32 bits.
• 😀 En el ejemplo mostrado, el inmediato de -45 se suma con el contenido de un registro (por ejemplo, el registro 20 con valor 31) utilizando la ALU.
• 😀 El proceso de suma entre el inmediato y el registro fuente se realiza mediante un multiplexor que selecciona si se usa el inmediato o el registro fuente 2.
• 😀 La unidad de control selecciona la operación a realizar en la ALU (en este caso una suma) en función del código de operación (opcode).
• 😀 La salida de la ALU se guarda en el registro destino, seleccionado a partir de los bits 7 a 11 de la instrucción.
• 😀 Se debe evitar la asignación de una señal a dos valores diferentes, como se ilustra con el ejemplo de las puertas AND y el manejo de señales bifurcadas.
• 😀 Las instrucciones tipo I con operaciones como la suma de inmediato permiten realizar cálculos con registros y constantes, facilitando la implementación de instrucciones dentro del conjunto de instrucciones RISC-V.

Q & A

¿Qué instrucciones se implementan en este tutorial?

En este tutorial se implementan las instrucciones de tipo I del conjunto de instrucciones RISC-V, especialmente aquellas que involucran operaciones con constantes, como la suma de inmediato.

¿Cuál es la diferencia principal entre las instrucciones de tipo R e I en RISC-V?

La diferencia principal es que en las instrucciones tipo R hay dos registros fuente, mientras que en las instrucciones tipo I hay un registro fuente y un inmediato (constante), siendo el inmediato el que reemplaza al segundo registro fuente en este tipo de instrucciones.

¿Cómo se maneja el inmediato en las instrucciones tipo I?

El inmediato es una constante de 12 bits que se codifica en complemento a 2. Se extrae de los bits de la instrucción y se extiende a 32 bits usando un módulo de extensión de signo antes de ser utilizado en la operación.

¿Qué hace la unidad de control en el diseño de las instrucciones tipo I?

La unidad de control selecciona la operación a realizar en la ALU, determina si se está utilizando un inmediato o un registro fuente 2, y habilita la escritura en el registro destino después de completar la operación.

¿Por qué se necesita un multiplexor en el diseño de las instrucciones tipo I?

El multiplexor es necesario para seleccionar entre el registro fuente 2 y el inmediato, ya que no se puede conectar una señal a dos fuentes diferentes al mismo tiempo. La unidad de control decide cuál de estas señales se utilizará según el tipo de operación.

¿Cómo se realiza la suma en las instrucciones tipo I?

La suma se realiza sumando el valor del registro fuente 1 con el inmediato (después de su extensión de signo). El resultado de esta operación se guarda en el registro destino.

¿Qué problema se ilustra con el ejemplo de las puertas AND?

El ejemplo de las puertas AND ilustra el problema de intentar conectar una señal a dos fuentes diferentes simultáneamente, lo que no es posible. Esto resalta la necesidad de un multiplexor para seleccionar entre las diferentes fuentes de datos.

¿Cómo se realiza la conexión del registro fuente 1 y el inmediato?

El registro fuente 1 se conecta de manera similar al diseño de las instrucciones tipo R, pero en lugar de conectar el registro fuente 2, se conecta el inmediato que ha sido extraído y extendido.

¿Qué pasa con el valor de la constante o inmediato en las instrucciones tipo I?

El valor del inmediato se extiende a 32 bits y se utiliza en la operación junto con el valor del registro fuente 1. En el ejemplo proporcionado, el resultado de la suma entre -45 (inmediato) y 31 (registro) es -14.

¿Cuáles son las 19 instrucciones que se podrían implementar con ALU según este tutorial?

Las 19 instrucciones que se pueden implementar son aquellas que corresponden a las operaciones de tipo R y tipo I que involucran cómputos, como sumas y otras operaciones aritméticas, en el contexto del conjunto de instrucciones RISC-V.