MIPS单周期CPU设计2018年版体会

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1、11条MIPS指令单周期CPU设计2018元月份，我按照袁春风老师的第三版教材，乂重新设计了11条MIPS指令的单周期CPU。这次的设计与我2017年7月份的单周期CPU还是有些区别。2017年7月份设计的CPU主要是参考《计算机组成与设计■硬件/软件接口DavidA.PattersonL设计中的几点体会如下：一.基本流程1.首先要分析清楚这□条指令的格式和特点。按照MIPS指令的格式和特点，完全掌握它们的功能和执行的过程。2.这些指令执行过程中需要哪些硬件部件和控制信号，这些部件如何连接构成数据通路。3.对所有需要的

2、控制信号进行归纳分析，列出真值表，设计相应的控制电路。二.具体设计过程1.ALU的设计。ALU的设计重点在于先设计岀32位的加法器，减法运算是利用加法的“变反加一”。同吋要产生各种运算结果的信号：溢出（OF）、进位（CF）、符号位（SF）、零符号位（Zero）。OF=Cn®Cn-i;CF=C0Ut®Cino至于需要其它的运算指令，如逻辑运算、移位运算、乘除法运算，都可以直接调用logisim库中的器件，添加到ALU中，这些运算的结果可以同时产生，只是最后用多路选择器来选择那种指令的结果输出，用的控制信号是OPctro在

3、ALU中需要设计一个控制信号生成部件，用于产生ALU内部需要的各种控制信号。见袁春风老师教材P155o（第一次实验：ALU部件的设计）（ALU设计中，现在的加法器只是串行的，可以让好的学生用先行进位加法器）图1：ALU电路图Result丄I图2：寄存器电路图DOOOOOOO0000000000000000oooooooo2・设计寄存器部件。设计一个32个*32位的寄存器部件。两路输入和两路输出,可读写。（第二次实验：寄存器部件的设计）3.数据通路的设计。通路的设计不能急于求成，要一条指令一条指令来分析和设计。首先设计R

4、-type中的add^sub、subu、sit、situ等的通路。要注意是否要判断溢岀。在此基础上，再分析I-type带立即数运算指令的数据通路，分析出需要添加哪些部件。再分析sw.lw指令的数据通路，分支指令的数据通路，无条件跳转指令的数据通路。通过逐步添加部件，最后就实现了整个数据通路。其实添加新部件的过程，就是不断添加多路选择器的过程。3.控制器的设计。分析设计完成了数据通路，就知道所需要的所有控制信号。按照信号产生的条件，就可以写出真值表P166、P167,产生逻辑电路，即控制器。其实控制器的设计过程，就是写真

5、值表。(第三次实验：单周期CPU的设计)。图3：11条指令的单周期CPU电路图一.Logisim的使用同学们自己网上查找资料。四.编写测试程序(test_ll.asm)1.利用用Mars4.5软件编写测试程序。测试程序使用自己设计的11条MIPS指令来实现。2.打开Mars4.5软件，用Edit编辑汇编源代码，后缀是.asmEditExecutetosCH.awn1•«X・$c).1<$>«ro)1«Si2.2CSs«r3ee..ad3»3.3»2.$»14*•$<3.3C$s*r«)5・ub5«3.1

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8、yConfiguration3xOOOO7ff£memorymaplimitaddress3x00007f££kernelspacehighaddress3x00007£00F.1MIObaseaddress3xOOOO7«££kerneldatasegmentlimitaddress3x00005000・kdatabaseaddress3x00004f£ckerneltextlimitaddress3x00004180exceptionhandleraddress3x00004000kernelspacebasead

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