MIPS单周期CPU设计2018版体会.pdf
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2022-06-19
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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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