计算机组成与系统结构课程设计--单周期32位CPU的设计

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1、 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 ) 计算机计算机与与信息信息工工程程学院学院 2014 年年 1 月月 17 日日 目录目录 1、 指令系统设计. 错误错误!未定义书签。未定义书签。 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 1 1、指指令系统设计令

2、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（

3、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 2

4、 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， OP50为操作码 OP，FUNC50为功能码 FUNC，电路符号如图 9-4 所示。 域编号 3126 2521 2016 1511 1006 0500 R 形式 Op Rs Rt Rd Sa Func Add 000000 Rs Rt Rd 00000 100000 Sub 000000 R

5、s 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

6、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 3 VCC OP50 INPUT VCC FUNC50 INPUT SLL OUTPUT SRL OUTPUT SRA OUTPUT