RISC-V diseño básico 1: Operaciones entre registros

Summary

Este tutorial introduce el diseño de un procesador simplificado basado en RISC-V, centrándose en las instrucciones tipo R, que operan entre registros. Se explora el diseño de un banco de registros y la implementación de operaciones como suma, resta y operaciones lógicas (AND, OR). A través de la decodificación de instrucciones y el control del flujo de datos, se enseña cómo estructurar y escribir los datos en los registros según las instrucciones. El video proporciona una base para entender cómo diseñar un procesador a nivel arquitectónico sin profundizar en niveles más bajos como RTL o puertas lógicas.

Takeaways

• 😀 El tutorial introduce el diseño de un procesador simplificado basado en la arquitectura RISC-V, enfocándose en las instrucciones tipo R entre registros.
• 😀 Se presenta el conjunto de instrucciones RISC-V básico, que incluye operaciones aritméticas, lógicas y de comparación entre registros.
• 😀 El tutorial explica cómo se implementan estas instrucciones a nivel de hardware, específicamente en el diseño de la microarquitectura del procesador.
• 😀 El banco de registros en este diseño tiene 32 registros de 32 bits, con puertos de entrada y salida para acceder y modificar los registros.
• 😀 La lectura de registros en el banco de registros es instantánea, mientras que la escritura se sincroniza con el ciclo de reloj del procesador.
• 😀 Se detalla cómo se seleccionan y acceden los registros fuente y destino para realizar operaciones como suma y resta.
• 😀 Para realizar operaciones, como la suma, el contenido de los registros fuente se lee, se procesa y luego se escribe en el registro destino.
• 😀 El diseño incluye un decodificador de instrucciones, también conocido como unidad de control, que selecciona la operación que se debe realizar (por ejemplo, suma, resta, AND, OR).
• 😀 La ALU (Unidad Aritmético Lógica) es capaz de realizar múltiples operaciones (suma, resta, AND, OR), seleccionadas según el código de operación de la instrucción.
• 😀 El tutorial se centra en el nivel de la microarquitectura, dejando los detalles de diseño a nivel de puertas lógicas o RTL (registro-transferencia) para un estudio posterior, con recursos adicionales para quienes deseen profundizar.

Q & A

¿Qué se va a diseñar en esta serie de tutoriales?

En esta serie de tutoriales se va a diseñar una versión simplificada del procesador RISC-V, enfocándose en operaciones entre registros.

¿Qué instrucciones se van a implementar en este primer tutorial?

En este primer tutorial se van a implementar las instrucciones de tipo R del conjunto de instrucciones RISC-V, que son las que realizan operaciones entre registros.

¿Qué es lo que define la arquitectura o microarquitectura de un procesador?

La arquitectura o microarquitectura de un procesador se define por el conjunto de instrucciones que puede ejecutar, y en este caso se va a implementar el conjunto de instrucciones de tipo R del RISC-V.

¿Qué es el banco de registros en el contexto del diseño de un procesador?

El banco de registros es un componente del procesador que almacena y permite acceder a los datos en los registros. En este tutorial, se presenta un banco de registros con 32 registros de 32 bits.

¿Cómo funciona la lectura y escritura en el banco de registros?

La lectura del banco de registros es instantánea, sin necesidad de esperar el ciclo de reloj. La escritura, sin embargo, está sincronizada con el ciclo de reloj y solo se realiza cuando se habilita la señal de escritura.

¿Qué significa el término 'ALU' y cuál es su función en este diseño?

ALU significa Unidad Aritmético-Lógica. Su función en este diseño es realizar operaciones aritméticas y lógicas, como suma, resta, AND, OR, entre otros, según las instrucciones recibidas del procesador.

¿Qué papel juega la unidad de control en el diseño del procesador?

La unidad de control, también conocida como decodificador, es responsable de interpretar el código de operación de la instrucción y dirigir los componentes del procesador, como la ALU y el banco de registros, para ejecutar la operación correcta.

¿Qué es el campo 'funct7' en una instrucción tipo R del RISC-V?

El campo 'funct7' es uno de los componentes del código de operación en las instrucciones tipo R, y su función es especificar el tipo exacto de operación a realizar, como suma, resta, etc.

¿Cuántas operaciones tipo R puede realizar la ALU según este tutorial?

La ALU descrita en el tutorial puede realizar hasta 10 operaciones diferentes, que incluyen suma, resta, AND, OR, y otras operaciones que forman parte del conjunto de instrucciones tipo R del RISC-V.

¿Cuál es la importancia del reloj en el banco de registros?

El reloj es importante en el banco de registros porque sincroniza las escrituras en los registros, asegurando que los datos solo se escriban cuando el flanco de reloj suba y la escritura esté habilitada.