2018计算机组成原理试验报告模板

1、武汉大学计算机学院本科生实验报告MIPS流水线CPU设计与实现专业名称：XXXXXX课程名称：XXXXXX指导教师：徐爱萍教授学生学号：20XXXXXXXXX学生姓名：XXX二。一八年四月郑重声明（打印在正面）本人呈交的实验报告，是在指导老师的指导下，独立进行实验工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本实验报告不包含他人享有著作权的内容。对本实验报告做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本实验报告的知识产权归属于培养单位。本人签名：手写签名日期:摘要（打印在正面）XXX双验的实当目的是XXXX实验设计主要遵循XXXX实验内容主要包括

2、：实验结论为XXXX关键词：关键词1;关键词2;关键词3（黑体小4）（宋体小4）目录（自动生成）正面开始目录（自动生成）正面开始I1实验目的和意义（正面开始）11.1 实验目的11.2 实验意义12实验设计22.1 概述22.2 实验环境22.2.1 VerilogHDL简介22.2.2 ModelSim简介22.2.3 MARS简介22.2 硬件设计32.2.1 CPU总体结构（按流水线来写）32.2.2 程序计数器（XX）32.2.3 寄存器设计（XX）32.2.4 算术逻辑运算单元（XX）42.2.5 扩展单元（XX）52.2.6 数据存储器（XX）52.2.7 指令存储器（XX）52.

3、2.8 控制器（XX）62.2.9 模型机（MIPS）72.3 软件设计72.3.1 程序计数器（PcUnit）72.3.2 寄存器（GPR）82.3.3 算术逻辑运算单元（ALU）82.3.4 扩展单元（Extender82.3.5 数据存储器（DMem）82.3.6 指令存储器（IM）82.3.7 控制器（Ctrl）82.3.8 模型机（MIPS）92.4 设计结果分析92.4.1 测试文件92.4.2 测试机器码（与上面对应）92.4.3 测试结果分析（例子是按单周期写的，改成按流水线CPU来写，2.4.4 和阻塞的要分析、有控制冒险的也要分析）92.4.3.1 lui$1,0x1000

4、指令122.4.3.2 ori$1,$1,0x2211指令12结论14参考文献15教师评语评分161实验目的和意义（正面开始）1.1 实验目的本实验（宋体小4,正文行间距固定为23磅，字符间距为标准）1.2 实验意义2.1概述2.2实验环境2.2.1 VerilogHDL简介2.2.2ModelSim简介2.2.3MARS简介2实验设计2.2 硬件设计2.2.1 CPU总体结构（按流水线来写）流水线CPU总体结构如下图所示，其中包括程序计数器（PC）、指令存储器（IM）、寄存器组（RF）、运算器（ALU）、数据扩展单元（EXT）、数据存储器（DM）和控制器（Ctrl）。自己画图2.2.2 程序

5、计数器（XX）（1）功能描述（2）模块接口表2.1程序计数器模块接口定义信号名方向描述2.2.3 寄存器设计（XX）（1）功能描述(2)模块接口信号名方向描述2.2.4 算术逻辑运算单元(X»(1)功能描述ALU主要功能是完成对输入数据的进行加法、减法、与、或、左移、右移、乘法、除法运算以及判断两个操作数是否相等。(2)模块接口表2.3ALU模块接口定义信号名方向描述Datalnl31:0I操作数ADataln231:0I操作数BALUOp1:0I需要进行的运算00:加法01:减法10:或运算ZeroO两操作数是否相等AluResult31:0O运算结果2.2.5 扩展单元(X

6、87;(1)功能描述EXT主要功能是将16位的数据扩展为32位数据(2)模块接口信号名方向描述Imm1615:0I需要进行扩展的数据EXTOp1:0I扩展方式的控制信号00:0扩展01:符号扩展10:将立即数扩展到高位Imm3231:0O扩展结果2.2.6 数据存储器(XX)(1)功能描述(2)模块接口信号名方向描述2.2.7 指令存储器(XX)(1)功能描述(2)模块接口信号名方向描述2.2.8 控制器(X»(1)功能描述(2)模块接口信号名方向描述2.2.9 模型机（MIPS）(1)功能描述(2)模块接口信号名方向描述其他自己编写的模块加进去里面根据需要可以加下级目录2.3 软件

7、设计2.3.1 程序计数器(PcUnit)放代码和说明2.3.2 寄存器（GPR放代码和说明2.3.3 算术逻辑运算单元（ALU放代码和说明2.3.4 扩展单元（Extender）放代码和说明2.3.5 数据存储器（DMem放代码和说明2.3.6 指令存储器（IM）放代码和说明2.3.7 控制器（Ctrl）放代码和说明2.3.8 模型机（MIPS）放代码和说明其他自己编写的模块加进去2.4 设计结果分析2.4.1 测试文件2.4.2 测试机器码（与上面对应）2.4.3 测试结果分析（例子是按单周期写的，改成按流水线CP咏写，有数据冒险和阻塞的要分析、有控制冒险的也要分析）例如：ori$29,$

8、0,12指令该指令的仿真结果如下图所示，该指令表示将$0寄存器与常数12进行或“运算，结果放入$29号寄存器。仿真结果表明，该指令所在的PC寄存器地址为00003000（十六进制），该指令的机器码为341d000c（十六进制），rs寄存器编号为0,rt寄存器编号为1d（十进制是29）,rd寄存器编号也是1d（十进制是29）,寄存器写入的数据（RWD）是0000000G与指令的预期结果是一致的，说明该指令仿真结果正确。也飙CWsMJWLWOOpF网JV5AlLBIm烟总11nlMsw$2,0($0)该指令的仿真结果如下图所示，该指令表示将$2寄存器存入$0+0的内存单元中，$0寄存器的值总是为0

9、,因此计算的地址是0,即：将$2寄存器存入0号内存单元。仿真结果表明，该指令所在的PC寄存器地址为00003014（十六进制）,该指令的机器码为ac02000（十六进制），rs寄存器编号为0,rt寄存器编号为02（十进制是2）,rd寄存器编号也是02（十进制是2）,RDout2的输出为00001234（十六进制），也就是前面指令执行后$2寄存器的内容，存储器的写入地址dmDataAdr的值为0,即写入地址为0,写入的数据即为RDout2的输出值00001234（见3.1CPU总体结构图中的连线），最终dm_dout的值为00001234（十六进制），与指令的预期结果是一致的，说明该指令仿真结果

10、正确。FieEdiMeuMdFematTedsBookmarksWi刊in#圈pHj:ME国学。a；力电二；i不占哥%JU-f>*|储仙金"网黑廛鼻fTiaa.，:上里工6也围不Bf1E占件H七nLSamSi:K？一aarrrL11u1jg蝌？如出01,iEfi-由1oU11.E.她Jg试时br-融也由也不惊皿：CDHW+1淌e铳mIm3如何jxk：'：|>：.vi:筋闾R山5»>.iTiH|jbrnji：iitocEbbx»算Mhm巾&tma-J_:1«slipQQK71mI二匚pHJME.|jpfe邯_1曲1妙.:1

11、:：QyiKi_1ImssJbbtHWmL法海了:1.EMM部轲曲b1111111LIII$IId11年.iK|D2b加1Hk-0J-SM1:1E.她J吸02L出1匚!tn：W二二»J：teI1鹏邱号忖02iBZZ*员ki1c-lIm£i2knb:1E脚？聊?1浮KMH南工3二融mw.S»»&»teaxwM:toem国即0mMs&11M冲机MF辛DcttlixcaooaiiWTOWIQQGNHi»»S»)xm工的m:IMTOJmSJAJAI心力融E1Irowyoe-:丁E.M：吟M也im呼工侬工悖g

12、«n团i0MOUyIMC继xwwa*:反烟可0_isss1：一-y咯器也由IXH>心2MMaadominn1EmiS»H胃:I7xxmjBRM痈XOK用以胸片魁即加：ljftM仪央4iWMlWw1二1EaJiI11D"Ejb乩fdt函s时m6z:席三M附1bewh1:i1b+：1bw1&r2抑？呜曲山UQiliYaiihiEmaizH£nxi：H5&1tocom二:阿EgLE-Lf11-一-1匚1&*MjMLH畤8Njj-DC团itiIis-:1B*nraJtAlirem£ZZiW/1HlEH1MlMi11n1加：

13、二1¥*IJmEhUKHiWii事pzd10_,_._口itoJbM-MT砧*<3BFi',IF她fIIi.年鹏一曲山闺金皿！GL46111Embi随.凯XE闽L誓汽浦值弧伸：aaafliLj8MHJ5出»制加口空耍阅kKcaoq漕“川Hir一40强Jrikiiurrruu11mJ-FA-."."-.-.t图2.1sw$2,0（$01旨令仿真图beq$2,$5,_lb2指令该指令的仿真结果如下图所示，该指令表示将$0寄存器与$5寄存器进行减”运算，结果不保存，通过置的zero标记来决定是否转移。如果zero=1则表示$0寄存器与$5寄存器数

14、据相等，转移到lb2标号，否则就不转移。仿真结果表明，该指令所在的PC寄存器地址为00003024（十六进制），该指令的机器码为8c050004（十六进制），rs寄存器编号为2,rt寄存器编号为5（十进制是5）,rd寄存器编号也是5（十进制是5）,寄存器RDout1的输出值为00001234,寄存器RDout2的输出值也为00001234,两者相等，根据测试文件程序应该专业到下面的lw$5,4（$0）指令，其指令地址为0000302c,与指令的预期结果是一致的，说明该指令仿真结果正确。Fi*EdhYpwAddT-odiVrirdwH*lp2.4.3.1 lui$1,0x1000指令2.4.3.2 ori$1,$1,0x2211指令下面的自己列lui$2,0x1000ori$2,$2,0x4433add$3,$2,$1sw$3,0($0)lui$4,0x3000ori$4,$4,0x5566sub$5,$3,$4sw$5,4($0)l