计算机组成原理课设报告_基于Logisim的仿真实验.docx

计算机组成原理是计算机科学与技术领域的一门基础课程，它主要研究计算机系统中硬件和软件之间的接口，以及数据如何在各个部件之间传输和处理。在本课设报告中，我们将探讨两个关键实验：单周期MIPS CPU的设计和MIPS微程序CPU的设计。 **实验一：单周期MIPS CPU的设计** 1. **实验目的** - 掌握MIPS指令集结构的基本知识。 - 学习和理解单周期CPU的工作原理。 - 培养动手能力和逻辑设计能力，通过Logisim工具实现CPU的逻辑电路。 2. **主要任务** - 设计并实现一个能够执行MIPS指令集的单周期处理器。 - 包括寄存器、ALU（算术逻辑单元）、控制单元、数据通路等核心组件。 3. **实验过程** - 设计方法：依据MIPS指令集规范，设计相应的逻辑电路，确保每条指令都能正确执行。 - 实验步骤：绘制电路图，分配硬件资源，编写逻辑门级代码，通过仿真验证功能正确性。 4. **电路图及相关说明** - 电路图展示了CPU内部各个模块的连接，包括输入输出信号、控制信号的生成等。 - 解释了每个部分的功能，如：指令寄存器（IR）存储当前执行的指令，解码器（Decoder）生成控制信号，ALU进行算术或逻辑运算。 5. **实验数据测试与截图** - 对8条基本MIPS指令进行单独测试，验证CPU的正确性。 - 使用一套标准的测试平台，对更广泛的指令集进行验证，确保CPU功能全面。 **实验二：MIPS微程序CPU的设计** 1. **实验目的** - 学习微程序设计技术，理解微指令结构和控制存储器。 - 理解微程序控制方式与硬布线控制方式的区别。 2. **主要任务** - 设计一个基于微程序的MIPS CPU，包含微指令格式定义、控制存储器的组织和微指令的生成。 3. **实验过程** - 设计方法：采用微程序设计，使得复杂指令可以通过简单的微指令序列来实现。 - 实验步骤：设计微指令格式，构建控制存储器，编写微程序，进行功能验证。 这两个实验旨在加深对计算机组成原理的理解，通过实际操作，学生可以更直观地了解计算机硬件如何执行软件指令。Logisim是一个强大的逻辑设计工具，它使得复杂电路的设计和仿真变得简单，是学习计算机组成原理的理想辅助工具。通过这两个实验，学生不仅能掌握MIPS架构，还能提升逻辑设计和问题解决的能力，为后续的系统级设计打下坚实基础。