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1352652计算机组成原理实验报告1
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试读
17页
同济大学计算机科学与技术系计算机组成原理实验报告学 号 1352652姓 名 周宇星专 业 计算机科学与技术授课老师 陈永生日 期 2016 年 6 月 15
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同济大学
计算机科学与技术系
计算机组成原理实验报告
学 号 1352652
姓 名 周宇星
专 业 计算机科学与技术
授课老师 陈永生
日 期 2016 年 6 月 15 日
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目录
实验目的........................................................................................................................................... 3
实验要求........................................................................................................................................... 3
实验步骤........................................................................................................................................... 3
了解 mips 指令集 .................................................................................................................... 3
在不违反 MIPS 指令集的前提条件下对 CPU 进行改造 .................................................. 5
利用指令集构建数据通路 ....................................................................................................... 6
构造控制命令 ........................................................................................................................... 7
实现外部设备 ......................................................................................................................... 11
CPU 测试 ............................................................................................................................... 12
CPU 演示程序制作 ............................................................................................................... 12
总结及反思..................................................................................................................................... 17
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实验目的
利用 VERILOG 硬件描述语言,借助开发板自行设计并实现一个具有 31 条指令的 MIPS
指令 CPU。
实验要求
设计并实现一个具有 31 条指令的 MIPS 指令 CPU,通过 31 条指令的测
试,并在下板时 成功运行自己所编写的汇编测试指令。
实验步骤
了解 mips 指令集
实验要求的 MIPS 指令一共可以归纳为 3 类指令:运算指令,跳转指令,存取指
令。我在除去控制器后,来分别讨论每种指令需要用到的部件。
运算指令又可以继续细分为两种
• ①寄存器与寄存器运算
• ②寄存器与立即数运算
可以看出,它们除了数据来源不同之外,剩下的操作都是相同的。给 Alu 发送控制信
号,确定运算方式;给多路选择器发送选择信号,确定运算数据;给 Regfiles 写使能信
号,读取 Alu 结果
所以运算指令的微操作为:①选择数据 ②计算数据 ③写回 Regfiles
跳转指令
跳转指令也可以继续细分为两种
• ①无条件跳转指令
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• ②条件跳转指令
无条件跳转指令只与跳转地址相关。在 31 条指令中,无条件跳转一共只有 3 条 j, jal,
jr。 其中 jal 属于比较特殊的跳转,跳转同时需要将 PC+8 的值存入$ra 中。
而条件跳转指令需要满足某种条件才可以跳转,相对于无条件跳转而已,我们需要先
判 断条件是否满足。
j 与 jr 指令可以理解为立即数跳转与寄存器跳转。 所以 j 与 jr 本质上是一样的。
将要跳转的地址送入 PC寄存器,PC寄存器使能,即可完 成跳转。
jal 比 j 多了先将 PC 寄存器的值+8 后存入$31,然后再将 PC寄存器的值更新。
对条件跳转指令(bne, beq),我们可以先判断条件是否满足同时输送跳转地址,然后如
果条件满足,我们就对 PC发使能信号,否则我们就不对 PC发使能信号。
存取指令
存取指令相对而已就简单多了,因为一共只有两条
• SW 存字操作
• LW 取字操作
SW 与 LW 基本一致,都需要先计算出地址,然后进行存取操作。
对于 SW 而言,需要对 RAM 发读使能信号
对于 LW 而已,需要对 Regfiles 发写使能信号
从上述分析,我们可以发现 CPU 必要的部件有 regfiles,alu,Ram,IR 寄存器和 PC
寄存器,加上需要一个控制器以及一个指令存储器。
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