计算机体系结构实验：ADDI, JALR, LW指令解析

"该资源是关于计算机体系结构实验的，主要涵盖了执行ADDI、JALR和LW指令的过程，并提到了五类立即数的使用情况以及ALU的功能。" 在计算机体系结构中，理解指令的执行过程对于深入学习至关重要。以下是关于ADDI、JALR指令以及立即数使用的详细描述： 1. **执行ADDI指令的过程**： - **取指阶段**：程序计数器(PC)指向当前指令的地址，该ADDI指令被加载到指令寄存器(IR)中，同时PC值增加4，准备读取下一条指令。 - **译码阶段**：指令解码，确定操作类型为ADDI，[19:15]字段作为源寄存器(rs1)地址，[31:7]字段通过立即数扩展单元进行扩展，保留[31:20]的有效立即数，[11:7]字段作为目的寄存器(rd)。 - **执行阶段**：控制单元根据译码结果生成相应的控制信号，ALU将立即数与rs1中的值相加，忽略溢出，只保留低XLEN位的结果。 - **访存阶段**：对于ADDI指令，通常不涉及内存访问。 - **写回阶段**：ALU的结果写回到寄存器文件中rd指定的地址。 2. **执行JALR指令的过程**： - **取指阶段**：与ADDI类似，JALR指令加载到IR，PC值增加。 - **译码阶段**：识别JALR，[19:15]作为rs1的地址，[31:7]的[31:20]部分作为立即数，[11:7]作为rd。 - **执行阶段**：ALU执行rs1加上立即数的加法操作，生成跳转目标地址(JalrTarget)，并将其送入PC，同时保存rd用于记录返回地址。 - **访存阶段**：JALR不涉及内存访问。 - **写回阶段**：ALU的结果写回给PC，表示下一条指令的地址。 3. **五类立即数的使用**： 指令中可能包含不同类型的立即数，例如ADDI指令中的12位立即数，可以是不同形式的常数值，如直接、相对或偏移量，它们在指令执行时被用来参与运算或形成新的地址。 4. **ALU功能**： - ALU（算术逻辑单元）是CPU的核心部件，负责执行基本的算术和逻辑运算，如加法、减法、与、或、非等。在ADDI指令中，它执行加法操作；在JALR指令中，它计算rs1和立即数的和，生成跳转地址。 理解这些基本指令的执行流程和ALU的角色，对于掌握计算机体系结构和CPU工作原理至关重要。在实际的处理器设计中，这样的过程会被进一步细化和优化，但基础概念保持不变。