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华科组成原理课程设计-MIPS流水线CPU.pdf

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华科组成原理课程设计-MIPS 流水线 CPU

一、课程设计概

述 ...............................................................................................................

........... 3

1 课设目

的 ...............................................................................................................

................... 3

2 实验环

境 ...............................................................................................................

................... 3

3 设计任务与要

求.................................................................................................................

...... 3

二、设计原

理 ...............................................................................................................

................... 3

1 MIPS 概

述 ...............................................................................................................

.................. 3

2 MIPS 指令简

介 ...............................................................................................................

.......... 3

3 经典 5 段 RSIC 流水线结

构 .................................................................................................... 4

三、设计内

容 ...............................................................................................................

................... 5

1 指令选

取 ...............................................................................................................

................... 5

2 非流水 5 段 CPU 模

型 .............................................................................................................

3 流水 5 段 CPU 模

型 ...............................................................................................................

.. 8

四、实现内容与测试结

果.............................................................................................................

1 各模块功

能 ...............................................................................................................

............. 12

2 控制信

号 ...............................................................................................................

.................. 12

3 指令操作流

程 ...............................................................................................................

.......... 13

4 指令执行状态转换

图 ..............................................................................................................

5 引脚绑

定 ...............................................................................................................

.................. 15

6 测试程

序 ...............................................................................................................

.................. 15

7 测试结果与仿真

图 ..................................................................................................................

五、课设总

结 ...............................................................................................................

................. 17

1 课设中遇到的问

题 ..................................................................................................................

2 课设经

历 ...............................................................................................................

.................. 17

3 课设感

想 ...............................................................................................................

.................. 18

4 小组分

工 ...............................................................................................................

.................. 18

参考文

献 ...............................................................................................................

......................... 18

一、课程设计概述

1. 课设目的

① 掌握硬件描述语言与开发环境，了解硬件开发地基本过程。

② 掌握流水线 CPU 设计方法。

③ 锻炼学生简单计算机系统的设计能力，并通过进行主机系统

低层电路的实现、故障

分析与定位、系统调试等环节的锻炼，进一步提高了学生分析和

解决问题的能力。

2. 实验环境

① Xilinx ISE 14.2

② Spartan3E 实验板一块

3. 设计任务与要求

课程设计的主要任务是设计一台支持流水线的简单计算机系统

并调试通过。要求所设计的计算机系统能正确地执行存放在指令

cache 中的程序的功能。

本设计基于 MIPS 的 32 位流水线架构，设计过程中力图尽可能的

遵循原有的 MIPS 的功能和指令集。基本做到与 MIPS 指令集的兼容。

具体要求包括：

① 支持算术运算，逻辑运算，存储器读写，寄存器间数据传送

等几类指令。

② 支持立即数寻址，直接寻址，寄存器寻址等几种基本的数据

寻址方式和顺序寻址、跳跃寻址两种指令的寻址方式。

③ 支持 10 条或以上的指令。

④ 能运行由自己所设计的指令系统构成的一段程序，程序执行

功能正确。 ⑤ 具有完整的五级流水线架构。采用独立的 32 位的数

据总线和地址总线。

二、设计原理

1. MIPS 概述

MIPS 是高效的 RISC 体系结构中最优雅的一种体系结构。其中文

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