(完整word版)MIPS单周期CPU设计2018版体会.pdf
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2022-06-19
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(完整 word 版)MIPS 单周期 CPU 设计 2018 版体会
11 条 MIPS 指令单周期 CPU 设计
2018 元月份，我按照袁春风老师的第三版教材，又重新设计了 11 条 MIPS 指令的单周期
CPU.这次的设计与我 2017 年 7 月份的单周期 CPU 还是有些区别。2017 年 7 月份设计的 CPU
主要是参考《计算机组成与设计—硬件/软件接口 David A。Patterson》。
设计中的几点体会如下:
一．基本流程
1.
首先要分析清楚这 11 条指令的格式和特点.按照 MIPS 指令的格式和特点，完全掌握它们
的功能和执行的过程.
2.
这些指令执行过程中需要哪些硬件部件和控制信号,这些部件如何连接构成数据通路.
3.
对所有需要的控制信号进行归纳分析，列出真值表，设计相应的控制电路.
二．具体设计过程
1.
ALU 的设计。ALU 的设计重点在于先设计出 32 位的加法器，减法运算是利用加法的 “变
反加一”。同时要产生各种运算结果的信号:溢出(OF）、进位（CF）、符号位（SF）、零符号位
（Zero)。OF=C
n
⊕C
n—1
;CF=C
out
⊕C
in
.至于需要其它的运算指令,如逻辑运算、移位运算、乘
除法运算，都可以直接调用 logisim 库中的器件,添加到 ALU 中，这些运算的结果可以同时
产生，只是最后用多路选择器来选择那种指令的结果输出,用的控制信号是 OPctr。在 ALU
中需要设计一个控制信号生成部件，用于产生 ALU 内部需要的各种控制信号。见袁春风老
师教材 P155。（第一次实验:ALU 部件的设计）(ALU 设计中，现在的加法器只是串行的，可
以让好的学生用先行进位加法器）
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