实验4报告_3180102160_梁晨1

【实验报告概述】 本实验报告是关于“计算机组成与设计”的本科实验，旨在让学生通过实践了解和掌握CPU的基本组成和工作原理。实验者为梁晨，来自计算机科学与技术学院，专业为计算机。实验的主要目标包括运用寄存器传输控制技术、理解CPU核心组件如数据通路和控制器的功能，以及学习测试方案和程序设计。实验中，学生需要熟悉IP核的使用方法。 【CPU组成结构】 CPU（中央处理器）主要由两大部分组成：数据通路(Data-path)和控制器。数据通路负责数据的处理和传输，而控制器则负责指令的解码和控制信号的生成。 【数据通路Data-path】 数据通路主要包括组合逻辑单元和时序逻辑单元。组合逻辑单元包含了加法器、多路选择器和ALU（算术逻辑单元），用于执行基本的算术和逻辑运算。时序逻辑单元则由寄存器堆构成，包括一系列寄存器，如Read-Only Register (RA)、Read-Write Register (RB)和Write Register (RW)，它们在Write Enable信号和时钟脉冲的控制下进行数据的读写操作。此外，还包括了存储器，同样依赖于Write Enable和时钟信号来完成数据的存取。 【控制器SCPU_ctrl】 控制器的主要任务是将接收到的指令进行译码，并根据译码结果生成相应的操作控制信号，以驱动数据通路中的各个部件进行操作。它还负责路径的选择，确保指令执行的正确性。 【实验内容】 实验中，学生设计了名为“alu”的模块，该模块实现了ALU（算术逻辑单元）的基本运算，包括AND、OR、ADD、XOR、NOT、SHR、SUB以及比较操作。同时，也设计了“Regs”模块，这个模块模拟了寄存器的操作，包括在时钟信号和复位信号的控制下对寄存器地址的读写。 【总结】 本实验通过设计和实现CPU的核心组件，使学生深入理解了计算机内部数据处理和控制流程。通过对ALU和寄存器堆的操作，学生掌握了基本的数字逻辑和控制逻辑在CPU中的应用，这有助于他们进一步学习和研究计算机体系结构的高级概念。