自制CPU（二）多周期

接上次，我們簡單的說了一下單周期的理解，下面我們說一下多周期。

單周期每一條指令都是一個時鐘周期結(jié)束。但是不同類型的指令可能進(jìn)行的步驟不同，導(dǎo)致最終CPU的頻率上不去，這是由于木桶原則，時鐘必須大于最長一條指令完成的時間。

而在多周期的設(shè)計中，我們將一條指令的執(zhí)行分解成為多個部分，不同部分的每個時鐘從上一級寄存器中讀入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算，然后將數(shù)據(jù)送入下一級寄存器。這樣一條指令就有多個時鐘周期完成。每個時鐘周期完成指令中的一部分操作。

在多周期的設(shè)計中，基本與單周期相同，只是要將單周期數(shù)據(jù)通路中的純組合電路（注意，在單周期設(shè)計中不包含存儲的都是組合電路）在不同級中間加一個寄存器，使每一級計算出數(shù)據(jù)后都可以把數(shù)據(jù)寫入到寄存器以供下個時鐘上升沿到來時下一級從中讀取輸入。

而多周期需要一個部件就是一個狀態(tài)機(jī)，用狀態(tài)機(jī)來控制當(dāng)前指令到一個指令的執(zhí)行部位（即有效數(shù)據(jù)正在從哪一級流向哪一級），然后輸出該級運(yùn)算的狀態(tài)控制信號來控制數(shù)據(jù)通路。

多周期同時要注意直接跳轉(zhuǎn)和跳轉(zhuǎn)分支的執(zhí)行，狀態(tài)機(jī)在此處注意狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)移。（由于他們的狀態(tài)不一致）