2016新编单周期cpu设计

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1、短学期综合实验报告实验名称：单周期CPU设计院系：信息科学与工程学院专业：计算机科学与技术组员：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX指导老师：XXXXXXX二〇一一年七月八日第18页共41页摘要中央处理器（CPU）是计算机取指令和执行指令的部件，它是由算术逻辑单元（ALU）、寄存器和控制器组成，简称处理器（或CPU），CPU是计算机系统的核心部件，在各类信息终端中得到了广泛的应用。处理器的设计及制造技术也是计算机技术的核心之一。CPU设计的第一步应当根据指令系统来建立数据路径，再定义各个部件的控制信号，确定时钟周期，完成控制器的设计。然后建立数据路径，进而可以进行数字

2、设计、电路设计，最后完成物理实现。而在本次试验中，我们研究的重点是数据路径的建立和控制器的实现。一个机器的性能由三个关键因素决定：指令数、时钟周期，以及执行每条指令所需的时钟周期数（CPI）。然而不论是时钟周期，还是每条指令所需的时钟周期数目，都是由处理器的实现情况决定的。在本次试验中，我们构造了单周期的数据路径和组合逻辑实现的控制器。本次试验中，我们运用QuartusII8.0软件设计出了一个拥有6条指令的单周期CPU，并对它进行了简单的测试，最终完成了一个正确的单周期CPU的设计。关键词：数据路径，控制器，控制信号，单周期第18页共41页AbstractCentralpr

3、ocessingunit(CPU)isacomputerinstructionfetchandexecutionofcomponents,itisanarithmeticlogicunit(ALU),registersandacontroller,referredtoastheprocessor(orCPU),CPUisthecorecomponentofcomputersystemsinalltypeinformationterminalhasbeenwidelyused.Processordesignandmanufacturingtechnologyisoneofthe

4、corecomputertechnology.ThefirststepshouldbebasedonCPUdesigninstructiontocreateadatapath,andthendefinethevariouscomponentsofthecontrolsignalstodeterminetheclockcycle,thecontrollerdesign.Thensetupadatapath,andthencanbedigitaldesign,circuitdesign,physicalimplementationfinalized.Inthisexperimen

5、t,thefocusofourresearchistoestablishthedatapathandcontrollerimplementation.Theperformanceofamachineconsistsofthreekeyfactors:thenumberofinstructions,clockcyclestoexecuteeachinstructionaswellastherequirednumberofclockcycles(CPI).Whetheritbeaclockcycle,eachinstructionorthenumberofclockcyclesr

6、equiredaredeterminedbytheachievementoftheprocessor.Inthisstudy,weconstructedsingle-cycledatapathandthecombinationallogictoachievethecontroller.Thisexperiment,weuseQuartusII8.0softwaretodesignasingle-cycleinstructionwith6CPU,anditconductedasimpletest,the第18页共41页finalcompletionofapropersingle

7、-cycleCPUdesign.Keywords：Datapath，Controller，ControlSignal，Single-cycle第18页共41页实验内容：1、通过实验的学习，基本熟悉quartersⅡ软件的使用，并能熟练运用试验所需元件。2、明白各个指令处理过程，然后设计数据路径的控制信号，最终完成单周期CPU的基本指令的设计。2、通过本次实验，对CPU指令的读取和执行过程更加清晰，明确。实验器材：PC机，QuartusII8.0软件实验原理：单周期CPU的特点是每条指令的执行需要一个时钟