带中断系统的五级流水线CPU设计.pdf

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1、广东工业大学硕±学化论文．＾．（工学硕±）带中断系统的五级流水线ＣＰＵ设计阿布杜’：；．■；二〇—五年十月—圓——＂：；－－－？？？分类号；学校代号；１１８４５ＵＤＣ：密级；学号；２２５１２０５０３１广东工业大学硕壬学位论文（工学硕±）带中断系统的五级流水线ＣＰＵ设计阿布柱指导教师姓名、职称；刘怡俊（教授）专业或领域名称：计算机科学与技术学生所属学院；计算机学院－２０１５１０论文答辩日期：Ａ

2、ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ（ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｉｅｎｃｅ）ｇｇＤｅｓｉｇｎｏｆＡＦｉｖｅＳｔａｇｅＰｉｐｅｌｉｎｅＣＰＵｗｉｔｈＩＭｅｉｒｕｐｔｉｏｎＳｙｓ化ｍＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＡＢＤＵＬＲＡＱＥＢＡＢＤＵＬＬＡＨＳＡＥＥＤＡＢＤＯＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬｉｕＹｉｊｕｎＯｃｔ２０巧Ｓ

3、ｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｚｈｏｕＧｕａｎｄｏｎＰ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ５１０００６ｇ，ｇｇ，，摘要摘要中央处理器广义上指一系列可Ｗ执行复杂的计算化程序的逻辑机器。这个空＂＂泛的定义很容易地将在ＣＲＩ这个名称被普遍使用，之前的早期计算机也包括在内。无论如何，至少从２０世纪６０年代早期开始Ｗｅｉｋ１９６１，这个名称及其缩写（）＂＂已开始在电子汁算机产业中得到

4、广泛应用。尽管与早期相比，中央处理器在物理形态、设计制造和具体任务的执行上有了戏剧性的发展，但是其基本的操作原理一直没有改变。早期的中央处理器通常是为大型及特定应用的计算机而定制。但是，这种昂贵的为特定应用定制ＣＰＵ的方沿良大程度上已经让位于开发便宜、标准化、适用．于一个或多个目的的处理器类。这个标准化趋势始于由单个晶体管组成的大型机。１ＣＣＰＵ和微机年代，随着集成电路的出现而加速使得更为复杂的可Ｗ在很小的空间中设汁和制造Ｕ一（在微米的量级）。ＣＰ的标准化和小型化都使得这类数字设备在现代生活中

5、的出现频率远远超过有限应用专用的计算机。现代微处理器出现在包括从汽车到手机到儿童玩具在内的各种物品中。论文首先介绍了中央处理器发展的历史，，Ｗ及本文设计的研究背景并在此基础上着重介绍了精简指令ＲＩＳＣ评Ｕ的结构Ｗ及基于ＲＩＳＣ结构的ＭＩＰＳＣＰＵ的一Ｍ有关背景资料ＩＰＳ，为论文后续的设计做好铺垫。接着详细介绍了款基于指令集的５级流水线Ｃ削的设计。本ＣＰＵ主要包括流水线模块，控制模块，中断处理模块，化及ＲＯＭ和ＲＡＭ模块。本文成功解决了流水线设计中的数据相关Ｗ及控制相关问题，并为精确中断和异常处理

6、设计了相应的电路。最后使用邸Ａ验证软件Ｍｏｄｅｌｓｉｍ对设计进行了功能仿真和口级仿真，并将设计下载到了基于Ａｌｔｅｒａ巧ｃｌｏｎｅ４ＦＰＧＡ的开发板上进行了验证。验证结果表明本设计能实现所有功能。关键词：ＣＰＵ；ＭＩＰＳ；流水线；中断Ｉ广东王业欠学硕壬学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ（ＣＰＵ），ａｌｓｏｒｅｆｅｒｒｅｄ化ａｓａｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒｕｎｉｔ，ｉｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｗｉｔｈｉｎａｃｏｍｐｕｔ

7、ｅｒｔｈａｔｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｔｈｅｉｎ巧ｒｕｃｔｉｏ打ｓｏｆａｃｏｍｕｔｅｒｐｒｏｒ过ｍｂｅｒｆｏｒｍｉｎｔｈｅｂａｓ１ｉｃａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｌｌｏｉｃ过这打ｄｉｎｕｔ／ｏｕｔｕｔｏｅｒａｉｏ打ｓｏｆｐｙｐｇ，ｔｇ，ｇｐｐｐ化ｅｓｙ巧ｅｍ．Ｔｈｅｔｅｒｍｈａｓｂｅｅｎｉｎｕｓｅｉｎｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙａｔｌｅａｓｔｓｉｎｃｅｔｈｅｅａｒｌｙ１９６０ｓ．Ｔｈｅｆｏｒｍｄｅｓｉｎａｎｄｉｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏ打ｏｆＣ

8、ＰＵｓｈａｖｅｃｈａｎｅｄｏｖｅｒ化ｅｃｏｕｒｓｅ，，ｇｐｇｏｆｔｉｒｈｉｓｔｏｒｂｕｔｔｈｅｒ扣ｎｄａｍｅ打ｔａｌｏｅｒａｔｉｏ打ｒｅｍａｉｎｓｍｕｃｈｔｈｅｓａｍｅ．ｈｅｙ，ｉｐＡｃｏｍｐｕｔｅｒｃａｎｈａｖｅｍｏｒｅｔｈａｎｏｎｅＣＰ