CPU设计实验报告.doc

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1、实验中央处理器的设计与实现一、实验目的1、理解中央处理器的原理图设计方法。2、能够设计实现典型MIPS的11条指令。二、实验要求1、使用Logisim完成数据通路、控制器的设计与实现。2、完成整个处理器的集成与验证。3、撰写实验报告，并提交电路源文件。三、实验环境VMwareWorkstationsPro+WindowsXP+Logisim-win-2.7.1四、操作方法与实验步骤1、数据通路的设计与实现数据通路主要由NPC、指令存储器、32位寄存器文件、立即数扩展部件、ALU、数据存储器构成。其中指令存储器和数据存储器可直接调用软件库中的ROM和RAM元件直

2、接完成，其余部件的设计如图所示：图1.1NPC图1.232位寄存器图1.3立即数扩展部件图1.4ALU2、控制器的设计与实现控制器的主要设计思想如图所示图2.1控制器设计思想通过列真值表得到控制器的两部分电路，真值表如下：输入000000001101100011101011000100000010输出R-typeORILWSWBEQJUMPRegDst100xxxALUSrc01110xMemtoReg001xxxRegWrite111000MemWrite000100Branch000010Jump000001Extopx0111xALUop210000xA

3、LUop1x100xxALUop0x0001xALUop[2:0]Funct[3:0]指令ALUctr[2:0]1110000add0101110010sub1101110100and0001110101or0011111010slt111010xxxxori001000xxxxLw/sw010011xxxxbeq110表2.1控制器设计真值表图2.2控制器3、处理器的集成与验证集成：将各个部件按要求链接，具体方式如图所示：图3.1CPU验证：将指令的16进制表示输入指令存储器，运行后记录寄存器中的数据与标准值进行对照：图3.2寄存器对照值图3.3寄存器实际运

4、行值由上两图对照可得CPU的功能实现成功。