计算机组成原理实验报告单周期CPU的设计与实现

1、计算机组成原理实 验报告单周期CPU 的设计与实现 电子科技大学计算机科学与工程学院 标准实验报告 （实验）课程名称：计算机组成原理实验 电子科技大学教务处制表 电子科技大学 实 验 报告 文档仅供参考，不当之处，请联系改正 学生姓名： 郫县尼克杨学 号：指导教师：陈虹 实验地点： 主楼A2-411实验时间：12周-15周 一、实验室名称： 主楼A2-411 二、实验项目名称： 单周期CPU勺设计与实现。 三、实验学时： 8学时 四、实验原理： （一）概述 单周期（Single Cycle ） CPU是指CPU从取出1条指令到执行 1个时钟周 Cloc k 指令0 指令1 指令2 指令4 指令

2、5 期 完该指令只需1个时钟周期。 一条指令的执行过程包括：取指令-分析指令-取操作数- 执行指令f保存结果。对于单周期CPU来说，这些执行步骤均在 一个时钟周期内完成。 （二）单周期cpu总体电路 本实验所设计的单周期 CPU的总体电路结构如下。 文档仅供参考，不当之处，请联系改正 （三） MIPS指令格式化 MIPS指令系统结构有 MIPS-32和MIPS-64两种。本实验的 MIPS指令选用 MIPS-32。以下所说的 MIPS指令均指 MIPS-32。 R型指 I型指 J型指 32- op 22v21r11 Fs一FtFd -16 sa 50 func MIPS的指令格式为32位。下图

3、给出MIPS指令的3种格式 3 op in rt1- immediate address 本实验只选取了 9条典型的MIPS指令来描述CPU逻辑电路的 设计方法。下图列出了本实验的所涉及到的9条MIPS指令。 文档仅供参考，不当之处，请联系改正 31:261 (20:16) 11啊 51 dd OOOOOO rs rt rd 00000 100000 加 $ub OQOOQQ rs rt rd 00000 10X110 oooooo a rt rd OOQOO 10D100 寄存器与 ar oooooo rs rt rd 00000 100101 或 or oooocn n rt rd 000

4、00 100110 寄存养异或 01： 翎1 (20:16 H5J0J Iw 100011 a rt Immediate 取字戴据 fW 101011 n rt iinniHiediite 存半k据 OODIOD 13 it 1 immediate 相畔料和 lui Willi OOQW rt imnieidiMie, 五、实验目的 1、掌握单周期 CPU的工作原理、实现方法及其组成部件的原 理和设计方法，如控制器、运算器等。 2、认识和掌握指令与 CPU的关系、指令的执行过程。 3、 熟练使用硬件描述语言Verilog、EDA工具软件进行软件 设计与仿真，以培养学生的分析和设计CPU的能力。 六、实验内容 （一）拟定本实验的指令系统，指令应包含R型指令、I型 指令和J型指令，指令数为9条。 （二）CPU各功能模块的设计与实现。 （三）对设计的各个模块的仿真测试。 （四）整个CPU的封装与测试。 七、实验器材（设备、元器件）： （一）安装了 Xilinx ISE Design Suite 13.4的 PC机一台 （二）FPGA开发板：Anvyl Spartan6/XC6SLX45 （三）计算