(完整word版)MIPS单周期CPU设计2018版体会

时间：2020-10-07 12:31:43　来源：勤学考试网本文已影响人

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，又重新设计了 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 David

A.Patterson》。

设计中的几点体会如下：

一．基本流程

首先要分析清楚这 11 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。

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。

对所有需要的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

ALU的设计。ALU的设计重点在于先设计出 32 位的加法器，减法运算是利用加法的 “变反加一”。同时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-1；CF=Cout⊕Cin。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 OPctr 。在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 P155。（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

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）

图 2：寄存器电路图

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-type 中的 add、sub、subu、slt 、sltu 等的通路。要注意是否要判断溢出。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

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