计算机组成原理课程设计任务书2015-11-06修订版解读.doc

课程设计任务书 计算机组成原理是计算机专业的核心基础课。本课程力图以“培养学生现代计算机系统设计能力”为目标，贯彻“强调软/硬件关联与协同、以CPU设计为核心/层次化系统设计的组织思路，有效地增强对学生的计算机系统设计能力的培养”。课程设计是学完该课程并进行了多个单元实验后，综合利用所学的理论知识，并结合在单元实验中所积累的计算机部件设计和调试方法，设计出一台具有自己指令系统的简单计算机系统。所设计的系统能在基于FPGA的实验平台或Logisim仿真平台上运行一段程序，通过检查程序结果的正确性来判断所设计计算机系统正确性。 课程设计属于设计型实验，不仅锻炼学生简单计算机系统的设计能力，而且通过进行主机系统底层电路的实现、故障分析与定位、系统调式等环节的锻炼，进一步提高了学生分析和解决问题的能力。 1．课程设计题目 课程设计的主要任务是设计支持5段流水线的简单计算机系统，并调试通过。围绕这一主要目标，课程设计的题目可以根据自己的设计内容、实现方式、所设计的计算机系统的结构从下列备选题中选取。 基于Logisim软件仿真平台的5段流水CPU设计实现。 基于FPGA的简单计算机系统设计与实现（流水线不作硬性要求） 2、简单计算机系统的设计目标 计算机系统设计的总体目标是设计模型机系统的总体结构、指令系统和时序信号。充分利用FPGA以及相关外围器件，设计实现模型机的整机系统。要求所设计的整机系统能支持自动和单步运行方式，能正确地执行存放在主存中的程序的功能，对主要的数据流和控制流通过LED适时显示信息。尽可能利用EDA软件或仿真软件对模型机系统中各部件进行仿真分析和功能验证。在学有余力的前提下，可为模型机增加更多的扩展功能。 3、主要技术指标 支持规定32位mips指令集，具体见表1； 支持5段流水机制，可处理数据冒险，结构冒险，分支冒险； 能运行由自己所设计的指令系统构成的一段测试程序，测试程序应能涵盖所有指令，程序执行功能正确。 能运行教师提供的标准测试程序，并自动统计执行时间 能自动统计各种冒险冲突次数，动态预测流水线能自动统计预测成功次数。 1 指令格式 # 格式 备注 1 Add 0-0 add $rd, $rs, $rt 指令功能及指令格式 参考MIPS32指令集2 Add Immediate 0-0 addi $rt, $rs, immediate 3 Add Immediate Unsigned addiu $rt, $rs, immediate 4 Add Unsigned addu $rd, $rs, $rt 5 And and $rd, $rs, $rt 6 And Immediate andi $rt, $rs, immediate 7 Shift Left Logical sll $rd, $rt, shamt 8 Shift Right Arithmetic sra $rd, $rt, shamt 9 Shift Right Logical srl $rd, $rt, shamt 10 Sub sub $rd, $rs, $rt 11 Or or $rd, $rs, $rt 12 Or Immediate ori $rt, $rs, immediate 13 Nor nor $rd, $rs, $rt 14 Multiply mult $rs, $rt 15 Move from Hi mfhi $rd 16 Move from Lo mflo $rd 17 Divide Unsigned divu $rs, $rt 18 Load Word 0-0 lw $rt, offset($rs) 19 Store Word 0-0 sw $rt, offset($rs) 20 Branch on Equal 0-0 beq $rs, $rt, label 21 Branch on Not Equal 0-0 bne $rs, $rt, label 22 Set Less Than 0-0 slt $rd, $rs, $rt 23 Set Less Than Immediate slti $rt, $rs, immediate 24 Set Less Than Unsigned sltu $rd, $rs, $rt 25 Jump j label 26 Jump and Link jal label 27 Jump Register jr $rs 28 syscall（display or exit） 0-0 syscall If $v0==10