CPU计算机组成原理实验报告.doc

. . 计算机组成与系统结构实验报告 CPU设计与实现 院（系）： 专业班级： 计算机科学与技术 组 员： 指导教师： 实验目的: 设计实现CPU部件。 实验仪器： PC机（安装Altebra 公司的开发软件 QuartusII，Modelsim）两台 TEC-CA计算机组成原理试验箱  实验过程： 一、理论设计 1.1、设计指令集 设计CPU第一步，就是根据需求，确定功能，并且设计出指令集。指令集包括每一条指令的编码方式，操作码以及每一条指令实现的功能。考虑到第一次设计CPU，在指令集设计过程中难免会出现考虑不周全或者指令集设计不科学的问题，我们借鉴了经典的31条MIPS指令集。在对指令集每一条指令进行解读、分析后，我们确定：31条MIPS指令可以满足我们的CPU的基本功能。下面将31条MIPS指令的编码格式、对应的操作类型以表格的形式列举出来： MIPS 指令集(共31条） 助记符 指令格式 示例 示例含义 操作及其解释 Bit # 31..26 25..21 20..16 15..11 10..6 5..0 ? ? ? R-type op rs rt rd shamt func ? ? ? add 000000 rs rt rd 00000 100000 ?add $1,$2,$3 ?$1=$2+$3 ?rd - rs + rt???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 addu 000000 rs rt rd 00000 100001 ?addu $1,$2,$3 ?$1=$2+$3 ?rd - rs + rt???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数 sub 000000 rs rt rd 00000 100010 ?sub $1,$2,$3 ?$1=$2-$3 ?rd - rs - rt???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 subu 000000 rs rt rd 00000 100011 ?subu $1,$2,$3 ?$1=$2-$3 ?rd - rs - rt???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数 and 000000 rs rt rd 00000 100100 ?and $1,$2,$3 ?$1=$2??$3 ?rd - rs rt???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 or 000000 rs rt rd 00000 100101 ?or $1,$2,$3 ?$1=$2?|?$3 ?rd - rs | rt???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 xor 000000 rs rt rd 00000 100110 ?xor $1,$2,$3 ?$1=$2?^?$3 ?rd - rs xor rt???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(异或） nor 000000 rs rt rd 00000 100111 ?nor $1,$2,$3 ?$1=~($2?|?$3) ?rd - not(rs | rt)???；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(或非） slt 000000 rs rt rd 00000 101010 ?slt $1,$2,$3 ?if($2$3)???$1=1?else???$1=0 ?if (rs rt) rd=1?else?rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 sltu 000000 rs rt rd 00000 101011 ?sltu $1,$2,$3 ?if($2$3)???$1=1?else???$1=0 ?if (rs rt) rd=1?else?rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1??(无符号数） sll 000000 00000 rt rd shamt 000000 ?sll $1,$2,10 ?$1=$210 ?rd - rt shamt??；shamt存放移位的位数，? 也就是指令中的立即数，其中rt=$2, rd=$1 srl 000000 00000 rt rd shamt 000010 ?srl $1,$2,10 ?$1=$210 ?rd - rt shamt ；(logical) ，其中rt=$2, rd=$1 sra 000000 00000 rt rd shamt 000011 ?sra $1,$2,10 ?$1=$210 ?rd - rt shamt ?；(arithmetic)?注意符号位保留?其中rt=$2, rd=$1 sllv 000000 rs rt rd 00000 000100 ?sllv $1,$2,$3 ?$1=$2$3 ?rd - rt? rs??；其中rs