单周期 CPU 设计实验精选报告
（ 9) lw rt ,
100111
==> 分支指令
（ 10 ） beq rs,rt,
110000
immediate (rs)
rs(5 位 )
读储存器
rt(5 位) immediate (16 位 )
immediate ] ；immediate
符号扩展再相加。
功能： rt ← memory[rs + (sign-extend)
immediate
rs(5 位 ) rt(5 位) immediate ( 位移量， 16 位 )
immediate <<2；
指令之间指令条数
。
immediate
功能： if(rs=rt) pc
特别说明： immediate
符号扩展以后左移
← pc + 4 + (sign-extend)
是从 PC+4 地址开始和转移到的
2 位再相加。为何要左移 2 位？因为跳转到的指令地址一定是 4 的倍数
（每条指令占 4 个字节），最低两位是“ 00 ”，所以将 immediate 放进指令码中的时候，是右移
了 2 位的，也就是以上说的“指令之间指令条数”。
==> 停机指令
（ 11）halt
111111
功能：停机；不改变
三.
实验原理
00000000000000000000000000(26 位 )
PC 的值， PC 保持不变。
单周期 CPU 指的是一条指令的履行在一个时钟周期内达成，
而后开始下一条指令的
两个相
假如晶振的
履行， 即一条指令用一个时钟周期达成。
输出没有经过分频就直接作为
电平从低到高变化的瞬时称为时钟上涨沿，
邻时钟上涨沿之间的时间间隔称为一个时钟周期。时钟周期一般也称振荡周期（
）
CPU 的工作时钟，则时钟周期就等于振荡周期。若振荡周期经二分频后形成
时钟脉冲信号作为 CPU 的工作时钟，这样，时钟周期就是振荡周期的两倍。
CPU 在办理指令时，一般需要经过以下几个步骤：
(1) 取指令 ( IF ) ：依据程序计数器 PC 中的指令地址， 从储存器中拿出一条指令， 同时，
PC ，自然获得的“地址”需要做些变换才送入
PC 。
PC 依据指令字长度自动递加产生下一条指令所需要的指令地址，但碰到“地址转移”指令
时，则控制器把“转移地址”送入
(2) 指令译码 ( ID ) ：对取指令操作中获得的指令进行剖析并译码， 确立这条指令需要达成
的操作，进而产生相应的操作控制信号，用于驱动履行状态中的各样操作。
(3) 指令履行 ( EXE) ：依据指令译码获得的操作控制信号，详细地履行指令动作，而后
转移到结果写回状态。
(4) 储存器接见 ( MEM) ：所有需要接见储存器的操作都将在这个步骤中履行，该步骤
给出储存器的数据地址， 把数据写入到储存器中数据地址所指定的储存单元或许从储存器中
获得数据地址单元中的数据。
(5)
器中。
单周期 CPU ，是在一个时钟周期内达成这五个阶段的办理。
取指令
IF
指令译码
ID
指令履行
EXE
储存器接见
MEM
结果写回
WB
结果写回 ( WB) ：指令履行的结果或许接见储存器中获得的数据写回相应的目的存放
图 1 单周期 CPU 指令办理过程
