计算机组成与系统结构课程设计--单周期32位CPU的设计.doc

学 号： 计算机组成与系统结构课程设计 设计说明书 单周期32位CPU的设计 起止日期： 2014 年 1 月 13 日 至 2014 年 1 月 17 日 学生姓名 班级 11计算机2班 成绩 指导教师(签字) 计算机与信息工程学院 2014 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1、 指令系统设计 1 2、 控制部件设计 4 3、 单周期中央处理器cpu设计 9 4、 计算机主机系统设计 12 5、 调试程序编制及主机系统调试 12 6、 心得体会 16 参考资料 16 PAGE PAGE 16 PAGE PAGE 1 指令系统设计 R型指令(op=0001) │←─━━━op────→│← rs →│← rt →│← rd →│ ←─━━━━func━━━────│ add(func=000001)：将rs寄存器中的值和rt寄存器中的值相加，结果存入rd寄存器 sub(func=000010)：将rs寄存器中的值和rt寄存器中的值相减，结果存入rd寄存器 and(func=000011)：将rs寄存器中的值和rt寄存器中的值相与，结果存入rd寄存器 or(func=000100)：将rs寄存器中的值和rt寄存器中的值进行或运算，结果存入rd寄存器 I型指令 │←─━━━op────→│← rs →│← rt →│←─━━━━━━━立即数━━━━────│ addi(op=1000)：将rs寄存器中的值与（补零成32位的）立即数减，结果存入rt寄存器 ori(op=0010)：将rs寄存器中的值与（补零成32位的）立即数或，结果存入rt寄存器 lw(op=0011)：将RAM中地址为[rs+立即数]单元的值写入rt sw(op=0100)：将rt中的值写入RAM中地址为[rs+立即数]单元 beq(op=0101)：若rs中的值=rt中的值，则跳转到（原本的下一个地址+立即数） wr(op=0111)：把（补零成32位的）立即数写入寄存器rt J型指令 │←─━━━op────→│←─── invalid ──→│←─━━━━━━━地址━━━━━━────│ 8 8 jump(op=0110)：直接跳转到目的地址（8位）开始执行 指令译码器的作业是对取指令操作中得到的指令进行译码，确定这条指令需要完成的操作。从而产生相应的控制信号，驱动执行状态中的各种动作。它是控制器的一个重要组成部分。在MIPS指令集中，根据操作码OP和功能码FUNC来区别指令。根据表3-3列出的20条指令编码的逻辑表达式如下，其中，OP[5..0]为操作码OP，FUNC[5..0]为功能码FUNC，电路符号如图9-4所示。 域编号 [31..26] [25..21] [20..16] [15..11] [10..06] [05..00] R形式 Op Rs Rt Rd Sa Func Add 000000 Rs Rt Rd 00000 100000 Sub 000000 Rs Rt Rd 00000 100010 And 000000 Rs Rt Rd 00000 100100 Or 000000 Rs Rt Rd 00000 100101 Xor 000000 Rs Rt Rd 00000 100110 Sll 000000 00000 Rt Rd Sa 000000 Srl 000000 00000 Rt Rd Sa 000010 Sra 000000 00000 Rt Rd Sa 000011 Jr 000000 Rs 00000 00000 00000 001000 I形式 Op Rs Rt Immediate(立即数) Addi 001000 Rs Rt Immediate Andi 001100 Rs Rt immediate Ori 001101 Rs Rt immediate Xori 001110 Rs Rt immediate Lw 100011 Rs Rt Offset Sw 101011 Rs Rt Offset Beq 000100 Rs Rt Offset Bne 000101 Rs rt Offset Lui 001111 000000 Rt Immediate J形式 Op address J 000010 target jal 000011 target 图5-2 指令执行时序图2 仿真结果： 控制部件设计 控制器是计算机中 发号施令的部件，它控制计算机的各部件 有条不紊的进行工作。 更具体的讲， 控制器的任务是从内存中取出指令解