实验 2：ALU 模块实现
MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages），是一种采取精简指令集（RISC）
的指令集架构（ISA），由美国 MIPS 计算机系统公司开发。MIPS 广泛被使用在许多电子产
品、网络设备、个人娱乐设备与商业设备上。最早的 MIPS 架构是 32 位，最新的版本已经
变成 64 位，其 商业市场主要竞争对手为 ARM 与 RISC-V。在国内外一些著名大学中计算机
架构的课程上，学生们通常会首先学习 MIPS 架构。这个架构极大地影响了后来的精简指令
集架构，如 Alpha。我国的龙芯 CPU 在起步的时候，也采用 MIPS 架构， 2020 年 8 月龙芯
推出了自主设计的 CPU 指令集——LoongArch，其中依然可以看到 MIPS 一些设计理念。32
位 MIPS 1 代的指令集共有 31 条，本次实验需要同学们实现 MIPS 指令中的 ALU 指令所对
应的 ALU 计算单元。
3.4.1 实验目的
1. 熟悉 MIPS 指令集里的运算指令，学会对这些指令进行归纳分类。
2. 了解 MIPS 指令结构，熟知指令类型，了解指令功能。
3. 熟悉并掌握 ALU 的原理、功能和设计。
4. 通过 Verilog HDL 方式实现 ALU 程序设计，通过 Vivado 软件进行开发调试。
5. 为后续 CPU 设计的实验打下基础。
3.4.2 实验设备
1. 装有 Xilinx Vivado 的计算机一台。
3.4.3 实验要求
1. 学生要实现以下这些指令
表 1. Opcode 表
Function
Opcode
AND
0000
OR
0001
XOR
0010
NOT
0011
ADD
0100
SUB
0101
SRA
0110
SLL
0111
表格中一共有八个算术和逻辑指令。它们是 ADD、SUB、AND、OR、XOR、NOT、
SRA 和 SLL。其中 ADD、SUB、AND、OR、XOR 和 NOT 指令具有三地址格式。
这些指令的汇编级语法是
Opcode rd, rs, rt
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
前往页