OpenMIPS除法指令实现解析

"这篇文档详细介绍了除法指令的实现过程，包括试商法的原理和在OpenMIPS架构中的具体应用。" 在计算机系统中，除法指令的实现是一个复杂的过程，尤其在像OpenMIPS这样的处理器架构中。文档"除法指令的实现No.07"探讨了这个主题，主要分为三个部分：除法指令的说明、系统结构修改以及具体实现。 首先，文档解释了除法的基本思想——试商法，这是一种类似于我们小时候学习的除法方法，但在这里全部转化为二进制运算。在OpenMIPS中，32位除法需要至少32个时钟周期来完成。具体步骤如下： 1. 取出被除数的最高位m[k]，然后用这个最高位去减去除数n。如果差值大于等于0，说明被除数至少能被除数整除一次，因此商的相应位s[k]为1；否则，s[k]为0。 2. 如果第一步的差值为0，说明当前的被减数小于除数，此时我们需要结合被除数的次高位m[k-1]继续尝试。若差值为1，表示被除数大于除数，需要结合减法结果与m[k-1]进行下一轮减法。 3. 这个过程会不断迭代，每次将k减1，直到k等于1。每次迭代后，根据减法结果更新商的相应位。 此外，文档提到了系统的结构修改，即在执行除法指令时需要暂停流水线。一个名为DIV的新模块被添加，负责执行除法。当执行到EX（执行）阶段时，被除数和除数的值被传入DIV模块，通过signed_div_i标志确定是否进行有符号除法。DIV模块在start_i信号触发后开始工作，完成除法后通过ready_o和result_o接口将结果返回到EX模块，最终结果会存储在HILO寄存器中。 实现这部分，文档指出DIV模块包含一个状态机，具有四个状态：DivFree（空闲）、DivStart（开始）、DivByZero（除以零）和DivEnd（结束）。当start_i信号为DivStart并且annul_i信号为0时，除法开始。如果除数为0，状态机将进入DivByZero状态，商和余数均设为0，然后进入DivEnd状态，准备好返回结果。 这篇文档详细阐述了OpenMIPS中除法指令的实现原理，从试商法的基本逻辑到系统层面的硬件支持，为我们揭示了计算机内部如何执行除法操作的复杂细节。