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计算机组成原理实验报告单周期CPU的设计与实现--第1页
电子科技大学计算机科学与工程学院
标准实验报告
（实验）课程名称：计算机组成原理实验
电子科技大学教务处制表
电子科技大学
实验报告
学生姓名：郫县尼克杨学号：2014指导教师：陈虹
实验地点：主楼A2-411实验时间：12周-15周
一、实验室名称：
主楼A2-411
二、实验项目名称：
单周期CPU的设计与实现。
三、实验学时：
8学时
四、实验原理：
（一）概述
单周期（SingleCycle）CPU是指CPU从取出1条指令到执行完该指令只需1个
时钟周期。
1个时钟周
Cloc期
k指令0指令1指令2指令4指令5
一条指令的执行过程包括：取指令→分析指令→取操作数→执行指令→保存结果。
对于单周期CPU来说，这些执行步骤均在一个时钟周期内完成。
（二）单周期cpu总体电路
本实验所设计的单周期CPU的总体电路结构如下。
（三）MIPS指令格式化
计算机组成原理实验报告单周期CPU的设计与实现--第1页
计算机组成原理实验报告单周期CPU的设计与实现--第2页
MIPS指令系统结构有MIPS-32和MIPS-64两种。本实验的MIPS指令选用MIPS-32。
以下所说的MIPS指令均指MIPS-32。
MIPS的指令格式为32位。下图给出MIPS指令的3种格式。
312625212016151110650
R型指令oprsrtrdsafunc
312625212016150
I型指令oprsrtimmediate
3126250
J型指令opaddress
本实验只选取了9条典型的MIPS指令来描述CPU逻辑电路的设计方法。下图列出
了本实验的所涉及到的9条MIPS指令。
五、实验目的
1、掌握单周期CPU的工作原理、实现方法及其组成部件的原理和设计方法，如控
制器、运算器等。
2、认识和掌握指令与CPU的关系、指令的执行过程。
3、熟练使用硬件描述语言Verilog、EDA工具软件进行软件设计与仿真，以培养
学生的分析和设计CPU的能力。
六、实验内容
（一）拟定本实验的指令系统，指令应包含R型指令、I型指令和J型指令，指令
数为9条。
（二）CPU各功能模块的设计与实现。
（三）对设计的各个模块的仿真测试。
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