计算机组成原理实验报告 单周期CPU的设计与实现.pdfVIP

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。

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

（三）MIPS指令格式化

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。

（四）整个CPU的封装与测试。

七、实验器材（设备、元器件）：

（一）安装了XilinxISEDes