实验五——单周期MIPS处理器的设计与实现1
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2022-08-03
20:05:25
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实验五 单周期 MIPS 处理器的设计与实现
一． 实验目的
1. 熟悉 MIPS 处理器的常用指令集（10 条）
2. 掌握单周期处理器数据通路和控制单元的设计方法
3. 基于增量方式，实现单周期 MIPS 处理器；
4. 基于测试用例对所设计的单周期 MIPS 处理器进行功能验证。
二． 实验环境
1. 操作系统：Windows 10 或 Ubuntu 16.04
2. 开发环境：Xilinx Vivado 2018.2
3. 硬件平台：远程 FPGA 硬件云平台
三． 实验原理
处理器（CPU）本质上是一个复杂的数字时序电路。通常，时序电路由记忆
部件（如寄存器、存储器等）和组合逻辑构成。记忆部件用于保存电路的工作状
态，而组合逻辑则由逻辑门组成，提供电路的所有逻辑功能。在组合逻辑的作用
下，电路从一个状态转化为另一个状态，这样的电路也称为“状态机”。因此，单
周期 MIPS 处理器在概念上也可以被看作一个大规模的状态机，如图 5-1 所示。
其中，组合逻辑依据当前记忆部件中的值（即电路的现态）对指令进行处理，这
个处理过程将再次修改记忆部件的值，使电路达到新状态（即电路的次态）。
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