16位精简指令CPU1

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1、16位精简指令CPU设计课程设计说明书课程设计名称：计算机组成与结构A课程设计课程设计题目：16位精简指令CPU设计学院名称：信息工程学院专业：班级：学号：姓名：评分：教师：2011年12月31日16位精简指令CPU设计摘要RISC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机），是和CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）相对的一种CPU架构，它把较长的指令分拆成若干条长度相同的单一指令，可使CPU的工作变得单纯、速度更快，设计和开发也更简单。这项技术最先诞生于斯坦福大学和加州柏克利

2、分校，1986年，HP公司首先应用RISC技术开发出PA-8000，主频为180MHz，MIPS公司也推出了自己的RISC处理器——R2000；次年，SUN和德州仪器合作开发的Sparc处理器问世。Sparc处理器凭借出色的性能，迅速占据了UNIX工作站的市场。本课程设计实验，小组利用QUARTUSⅡ软件进行FPGA设计出了一个16位RISC模型CPU，此CPU可以完成简单的指令，诸如LOAD，STORE等。此CPU包括几个部分：(1)时钟发生器(2)指令寄存器(3)累加器(4)CPU算术逻辑运算单元(5)数据控制器(6)状态控制器(7)程序计数器(8)地址多路器

3、关键字：16位，RISC，CPU16位精简指令CPU设计目录一、实验目的1二、CPU设计任务与任务说明2１、CPU结构22、一个16×256寄存器22、指令系统设计33、任务说明5三、各模块的设计分析和设计思路71、地址多路器72、RAM和ROM7四、整体的实验原理图8五、各模块的波形仿真与分析91、地址多路器92、ROM93、RAM94、整体的仿真10六、程序下载以及仿真过程111连接器件112实验调试11(1)实验接线11(2)连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。12(3)写微程序和程序12(4)运行程序13七、结论15八、参考文献16九、附录：171、各模

4、块的整合172、地址多路器203、ROM214、RAM2216位精简指令CPU设计一、实验目的（1）、通过知识的综合运用，加深对计算机指令系统执行过程中，CPU各组成功能协同工作的认识；（2）锻炼使用QUARTUSⅡ软件进行FPGA电路设计；（3）培养研究设计工作能力，取得设计、测试和解决处理问题的实践经验；(4)强化自身的系统设计能力，了解系统设计中的一般步骤，增加处理问题的经验。(5)作为对VHDL课程的一种总结，考察对数字系统设计掌握的程度。(6)了解VHDL仿真和综合工具的潜力。(7)展示VHDL设计对软硬件联合设计和验证的意义。2216位精简指令CPU设

5、计二、CPU设计任务与任务说明１、CPU结构CPU结构如图２.１所示，要求在FPGA母片EPICQ240上设计一个16位的精简指令（RISC）CPU。（１）目标CPU包括：·一个ALU·16位通用寄存器8个·一个移位比较器·一个程序计数器·一个指令寄存器·一个比较器·一个地址寄存器·一个控制单元·输出寄存器·一个工作寄存器2、一个16×256寄存器通过16位总线与CPU连接。2216位精简指令CPU设计图2.1　　16位CPU结构图2、指令系统设计指令系统决定CPU能够有那些功能，并针对这些功能添加相应的指令集，直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址和变址寻址。根据

6、指令的数量对指令进行编码，指令功能不同占的长度不同，按指令长度可以分为单字指令，双子指令或多字指令。指令高5位为操作码后面跟操作数地址（如果有），如下表所示。表2.1单字节指令操作数源操作数目的操作数1514131211109876543210表2.2双字节指令操作数目的操作数15141312111098765432102、指令操作码下面是为CPU设计的操作码，以及编码。设置CPU的指令长度为16位。指令确定了操作类型、寄存器地址和存储器地址2216位精简指令CPU设计表2.3指令操作码功能表NOPNOopration00000ZEROZeroaregister0

7、1111LOADLoadregister00001BRANCHLTIBranchlessthantoimmediateaaddress10000STOREStoreregister00010BRANCHLTBranchlessthan10001MOVEMovevaluetoregister00011BRANCHNEQBranchnotequal10010LOADILoadregisterwithimmediateaddress00100BRANCHEQIBranchtoimmediateaddress10011BRANCHIBranchtoimmediateadd

8、ress0