MIPS指令集中的lui指令的数据通路

### MIPS 指令集中的 `lui` 指令数据通路解释

#### 负责加载立即数到寄存器高位

在 MIPS 架构中，`lui`（Load Upper Immediate）指令用于将一个 16 位立即数左移 16 位并装载到目标寄存器的高 16 位，而低 16 位则被清零[^2]。

lui $rt, imm

这里 `$rt` 是目的寄存器，`imm` 是要载入的 16 位立即数值。该操作可以表示为：

$$ \text{Rt} = (\text{Imm} << 16) $$

#### 数据路径组件交互

当执行 `lui` 指令时，主要涉及以下几个硬件模块之间的协作:

- **控制单元**: 解码指令识别出这是 `lui` 类型的操作，并设置相应的控制信号。

- **ALU (算术逻辑单元)**: 执行实际的移位运算，即将输入的 16 位立即数通过内部线路连接至 ALU 的输入端口，在此完成向左移动 16 位的操作。

- **寄存器文件(Register File)**: 接收来自 ALU 输出的结果，并将其存储于指定的目标寄存器位置处。

具体来说，对于 `lui` 操作而言，其完整的数据流动过程如下图所示：


在这个过程中，由于只涉及到单周期内的简单处理，因此整个流水线能够高效运行而不必等待额外的时间延迟。