中山大学计算机组成原理实验单周期CPU设计.pdf_计算机组成原理实验，单周期cpu设计资源-CSDN文库

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计算机组成原理实验

《计算机组成原理实验》

实验报告

（实验三）

学院名称

：

专业（班级）

：

学生姓名

：

学

时

号

：

数据科学与计算机学院

年

间

： 2019 11 月 8 日

计算机组成原理实验

000010 addr(26 位)

功能：PC ← {PC[31:28] , addr , 2’b0}，无条件跳转。

说明：由于 MIPS32 的指令代码长度占 4 个字节，所以指令地址二进制数最低 2 位均

为 0，将指令地址放进指令代码中时，可省掉！这样，除了最高6 位操作码外，还有 26 位

可用于存放地址，事实上，可存放 28 位地址，剩下最高 4 位由 pc+4 最高 4 位拼接上。

==> 停机指令

（18）halt

111111 00000000000000000000000000(26 位)

功能：停机；不改变PC的值，PC保持不变。

三. 实验原理

单周期 CPU 指的是一条指令的执行在一个时钟周期内完成，然后开始下一条指令的执

行，即一条指令用一个时钟周期完成。电平从低到高变化的瞬间称为时钟上升沿，两个相邻

时钟上升沿之间的时间间隔称为一个时钟周期。时钟周期一般也称振荡周期（

如果晶振的输

出没有经过分频就直接作为 CPU 的工作时钟，则时钟周期就等于振荡周期。若振荡周期经二分频后形成

时钟脉冲信号作为 CPU 的工作时钟，这样，时钟周期就是振荡周期的两倍。

）

CPU 在处理指令时，一般需要经过以下几个步骤：

(1) 取指令(IF)：根据程序计数器 PC 中的指令地址，从存储器中取出一条指令，同时，

PC 根据指令字长度自动递增产生下一条指令所需要的指令地址，但遇到“地址转移”指令

时，则控制器把“转移地址”送入 PC，当然得到的“地址”需要做些变换才送入 PC。

(2) 指令译码(ID)：对取指令操作中得到的指令进行分析并译码，确定这条指令需要完

成的操作，从而产生相应的操作控制信号，用于驱动执行状态中的各种操作。

(3) 指令执行(EXE)：根据指令译码得到的操作控制信号，具体地执行指令动作，然后

转移到结果写回状态。

(4) 存储器访问(MEM)：所有需要访问存储器的操作都将在这个步骤中执行，该步骤给

出存储器的数据地址，把数据写入到存储器中数据地址所指定的存储单元或者从存储器中得

到数据地址单元中的数据。

(5) 结果写回(WB)：指令执行的结果或者访问存储器中得到的数据写回相应的目的寄存

器中。

单周期 CPU，是在一个时钟周期内完成这五个阶段的处理。

取指令

IF

指令译码

ID

指令执行

EXE

存储器访问

MEM

结果写回

WB

图 1 单周期 CPU 指令处理过程

MIPS 指令的三种格式：

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络合物734

2023-07-06

感谢资源主分享的资源解决了我当下的问题，非常有用的资源。
alaseyour

2022-11-24

非常有用的资源，有一定的参考价值，受益匪浅，值得下载。

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