计算机组成与系统结构课程设计

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1、学号：计算机组成与系统结构课程设计设计说明书单周期32位CPU的设计起止日期：2014年1月13日至2014年1月17日学生姓名班级11计算机2班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2014年1月17日目录1、指令系统设计12、控制部件设计43、单周期中央处理器cpu设计94、计算机主机系统设计125、调试程序编制及主机系统调试126、心得体会16参考资料161、指令系统设计R型指令(op=0001)│←─━━━op────→│←rs→│←rt→│←rd→│←─━━━━func━━━────│add(func=000001)：将rs寄存器中的值

2、和rt寄存器中的值相加，结果存入rd寄存器sub(func=000010)：将rs寄存器中的值和rt寄存器中的值相减，结果存入rd寄存器and(func=000011)：将rs寄存器中的值和rt寄存器中的值相与，结果存入rd寄存器or(func=000100)：将rs寄存器中的值和rt寄存器中的值进行或运算，结果存入rd寄存器I型指令│←─━━━op────→│←rs→│←rt→│←─━━━━━━━立即数━━━━────│addi(op=1000)：将rs寄存器中的值与（补零成32位的）立即数减，结果存入rt寄存器ori(op=0010)：将rs寄

3、存器中的值与（补零成32位的）立即数或，结果存入rt寄存器lw(op=0011)：将RAM中地址为[rs+立即数]单元的值写入rtsw(op=0100)：将rt中的值写入RAM中地址为[rs+立即数]单元beq(op=0101)：若rs中的值=rt中的值，则跳转到（原本的下一个地址+立即数）wr(op=0111)：把（补零成32位的）立即数写入寄存器rtJ型指令│←─━━━op────→│←───invalid──→│←─━━━━━━━地址━━━━━━────│88jump(op=0110)：直接跳转到目的地址（8位）开始执行16指令译码器的作业是

4、对取指令操作中得到的指令进行译码，确定这条指令需要完成的操作。从而产生相应的控制信号，驱动执行状态中的各种动作。它是控制器的一个重要组成部分。在MIPS指令集中，根据操作码OP和功能码FUNC来区别指令。根据表3-3列出的20条指令编码的逻辑表达式如下，其中，OP[5..0]为操作码OP，FUNC[5..0]为功能码FUNC，电路符号如图9-4所示。域编号[31..26][25..21][20..16][15..11][10..06][05..00]R形式OpRsRtRdSaFuncAdd000000RsRtRd00000100000Sub0000

5、00RsRtRd00000100010And000000RsRtRd00000100100Or000000RsRtRd00000100101Xor000000RsRtRd00000100110Sll00000000000RtRdSa000000Srl00000000000RtRdSa000010Sra00000000000RtRdSa000011Jr000000Rs000000000000000001000I形式OpRsRtImmediate(立即数)Addi001000RsRtImmediateAndi001100RsRtimmediateOri

6、001101RsRtimmediateXori001110RsRtimmediateLw100011RsRtOffsetSw101011RsRtOffsetBeq000100RsRtOffsetBne000101RsrtOffsetLui001111000000RtImmediateJ形式OpaddressJ000010targetjal000011target16图5-2指令执行时序图216仿真结果：1、控制部件设计控制器是计算机中发号施令的部件，它控制计算机的各部件有条不紊的进行工作。更具体的讲，控制器的任务是从内存中取出指令解题步骤加以分析，

7、然后执行某种操作。PCSOURCE是用于标记下一条指令的地址，通过计算得到的下一条指令有下列4种情况：为0时：下一条指令地址取PC+4（用于指令存储器的地址是[7..2]）；为1时：下一条指令地址取分支跳转（BEQ、BNQ指令）；为2时：下一条指令地址取跳转（J指令）；为3时：下一条指令地址取跳转变链接（JAL指令）。CALL（JAL）标记31号寄存器，由于JAL指令要把分支延迟槽下一条指令的指令地址保存在寄存器31号中，故需要设置一个控制信号CALL，当CALL=1时，选择31号寄存器，为JAL跳转指令提供寄存器，当CALL=0时，从32位的寄存

8、器堆中根据地址选择出一个32位的寄存器用于读或写数据。M2REG（LW指令）标记是将运算的结果直接写入寄存器堆，还是将数据