CPU计算机组成原理实验报告.docx

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1、计算机组成与系统结构实验报告CPU设计与实现院（系）：专业班级：计算机科学与技术组员：指导教师：实验目的:设计实现CPU部件。实验仪器：PC机（安装Altebra公司的开发软件QuartusII，Modelsim）两台TEC-CA计算机组成原理试验箱实验过程：一、理论设计1.1、设计指令集设计CPU第一步，就是根据需求，确定功能，并且设计出指令集。指令集包括每一条指令的编码方式，操作码以及每一条指令实现的功能。考虑到第一次设计CPU，在指令集设计过程中难免会出现考虑不周全或者指令集设计不科学的问题，我们借鉴了经典的31条MIPS指令集。在对指令集每一

2、条指令进行解读、分析后，我们确定：31条MIPS指令可以满足我们的CPU的基本功能。下面将31条MIPS指令的编码格式、对应的操作类型以表格的形式列举出来：MIPS指令集(共31条）助记符指令格式示例示例含义操作及其解释Bit#31..2625..2120..1615..1110..65..0   R-typeoprsrtrdshamtfunc   addrsrtrd00000 add$1,$2,$3 $1=$2+$3 rd<-rs+rt   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1addursrtrd00000 addu$1,$2,$3 $1=$2

3、+$3 rd<-rs+rt   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1,无符号数subrsrtrd00000 sub$1,$2,$3 $1=$2-$3 rd<-rs-rt   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1subursrtrd00000 subu$1,$2,$3 $1=$2-$3 rd<-rs-rt   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1,无符号数andrsrtrd00000 and$1,$2,$3 $1=$2 & $3 rd<-rs&rt   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1orrsrtrd00000 or$1,$2,$3

4、 $1=$2 

5、 $3 rd<-rs

6、rt   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1xorrsrtrd00000 xor$1,$2,$3 $1=$2 ^ $3 rd<-rsxorrt   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1(异或）norrsrtrd00000 nor$1,$2,$3 $1=~($2 

7、 $3) rd<-not(rs

8、rt)   ；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1(或非）sltrsrtrd00000 slt$1,$2,$3 if($2<$3)   $1=1 else   $1=0 if(rs

9、d=0；其中rs＝$2，rt=$3,rd=$1sltursrtrd00000 sltu$1,$2,$3 if($2<$3)   $1=1 else   $1=0 if(rs>10 rd<-rt>>sham

10、t；(logical)，其中rt=$2,rd=$1sra00000rtrdshamt sra$1,$2,10 $1=$2>>10 rd<-rt>>shamt ；(arithmetic) 注意符号位保留 其中rt=$2,rd=$1sllvrsrtrd00000 sllv$1,$2,$3 $1=$2<<$3 rd<-rt <>$3 rd<-rt >>rs  ；(logical)其中rs＝$3，rt=$2,rd=$1sravrsrtrd0

11、0000 srav$1,$2,$3 $1=$2>>$3 rd<-rt >>rs  ；(arithmetic) 注意符号位保留 其中rs＝$3，rt=$2,rd=$1jrrs000000000000000 jr $31 goto $31 PC<- rsI-typeoprsrtimmediate   addirsrtimmediate addi $1,$2,100 $1=$2+100 rt<-rs+(sign-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2addiursrtimmediateaddiu $1,$2,100 $1=$2+10

12、0 rt<-rs+(zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2andirsrt