mips指令数据通路

### MIPS指令集的数据通路设计

在MIPS指令集架构中，数据通路的设计围绕着简化和效率展开。为了支持RISC（精简指令集计算）原则，每条指令执行周期固定且简单化处理逻辑[^1]。

#### 数据通路的关键组件

- **寄存器文件(Register File)**：用于存储操作数以及中间结果。通常具有两个读端口和一个写端口以便于在一个时钟周期内完成多源操作数的同时访问。

- **ALU (算术逻辑单元)**：负责执行加法、减法和其他位运算等基本算术与逻辑功能。对于分支预测和支持条件判断至关重要。

- **立即数扩展部件(Sign Extension Unit)**：当遇到I型指令时会将偏移量或立即数值从其原始宽度(通常是16位)扩展到整个机器字宽(如32位)，以确保正确无误地参与后续计算过程。

- **PC(Program Counter)**：指向当前正在被执行的指令地址；每次取指阶段结束后自动更新至下一条待执行命令的位置。

#### 控制信号与时序安排

控制单元依据不同类型的指令发出特定序列的操作码来协调各个硬件模块之间的协作工作流。例如，在加载/存储类别的场景里，需激活内存接口并设置好相应的寻址模式参数；而对于跳转或者调用子程序的情形，则要修改PC值使之转向目标位置继续运行程序流程。

lw $t0, ($s0)    # Load word from memory address pointed by s0 into t0 register.
addiu $t1, $zero, 42   # Add immediate unsigned integer value '42' to zero reg and store result in t1.
beq $t0, $t1, label     # Branch if equal between registers t0 & t1; goto specified label otherwise proceed sequentially.

针对异常情况下的返回机制，直到MIPS III版本为止均采用`eret`指令实现。该指令的作用在于清除状态寄存器SR中的EXL标志位，并把控制权交还给EPC所记录下来的先前发生中断前的具体地址处继续执行下去[^2]。