《计算机组成原理》课程实践

《计算机组成原理》课程实践

题目：单周期MIPSCPU设计

学号：__________

姓名：李兴旺

班级：软件20-1______________

学院：计算机科学与工程学院

山东科技大学

2022年6月

课程实践：单周期MIPSCPU设计

1.目的与要求

1）本课程要求根据所学计算机组成原理的相关知识，结合实验内容，基于

EDA环境设计一个简易CPU,并能利用EDA等现代仿真工具建立研究对象的模

型，模拟系统设计的正确性。

2）学生掌握控制器设计的基本原理，能利用硬布线控制器的设计原理在

Logisim平台中设计实现MIPSCPU。

2.实验内容

对照多周期MIPS处理器数据通路图，采用微程序控制器的设计方法实现控

制器，构造多周期MIPS处理器，要求能支持表中的8条MIPS核心指令，最终

设计实现的MIPS处理器能运行实验包中的冒泡排序测试程序，该程序自动在数

据存储器0~15号字单元中写入16个数据，然后利用冒泡排序将数据升序拄序。

实验电路应能自动统计指令数目、时钟周期数。

3.实验过程与方案

OPCunc

jgoooojfcjOiUiU.OP

(OP][FUNC|[疝塞可

指令烽回信号

ttMIPS指令RTL功能描述

1addSrd.Srs.SrtR[$rd]^-R[$rs]+R[$rt]溢出时产生异常,且不修改R[$rd]

2sitSrd,Srs.SrtR[Srd]<-R[$rs]<R[Srt]小于置1,有符号比较

3addi$rt.$rs.immR[$rt]*-R[$rs]+SignExti6t)(imm>溢出产生异常

4IwSrt.ininUSrs)R[$gl^Mem4B(R[$rs]+SignExti6b(imm))

5swSrt.iinin(Srs)Mem4B(R[$El±SignExti6b(imm))<—R[$rt]

6beqSrs.Srt.immif(R[Srs]=RFSrtnPC-PC+SignExtiM{imm,00})

7bne$rs.$rt.inimif{R[Srs]_t=R[Srt])PC-PC+SignExti8b((inim,00})

8syscall系统调用，这里用于停机

4.电路框架

####电路引脚

I信号I输入/输出位宽I功能描述I

CLK|输入|1|时钟信号|

PC|输出|32|程序寄存器的值|

IRI输出|32|当前指令字|

RegWritel输出|1|寄存器文件写使能控制信号|

RDin|输出|32|寄存器文件写入端口的数据|

MemWritel输出|1|存储器写使能控制信号|

MDin|输出|32|存储器写入端口的数据|

4.实验电路测试

指令谙倒邃辑

给出WW的海文型ALU_OP与。P、Fune2赳的对（5关系

给出曾他的涉超女班对防指令许有（8号，LW、SW,BEO.BNE.ADDI.ADD.SLT.SYSCALL,R_TYPE.

注jftRJYPE费示R5?在凝指令，8Y8CALL罡特殊的R型指令，不及于这个类别

31/1全郃通过

一则输出一——实际输出——

RMI

PCIRRDinMe«WMLCntPCIRRDfM[

fkrwxnz>ziz>zi1一f0

IzWWWV2010f£ffffffffff0傲0000066000002910"开f0(

1位00(

fwwyww\/i0e

00000004201100000M0001VWWWM29110060)0f1

000的1

0000000830360200000000001fl000200000008□e300200)0o(

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1)Me00(

0000000(22100001000000000供0003221000010d

1皿0e(

/wwvwwx<A00

VAAWAAwfVtAAlfvt22310064090000040供OOMwwwXV223100^4)00(

00eg11

0e0(

00000014ae300200000000001佻000500000014ae3002001800(

0Q£/yxc/ee*

vAAwAQuAwA-AIO22100001000000016WOOwfWWw¥YwW>110Q22100G010(

10o*0

/WWWWWk/^O)005(

0O00001C22310004vwwwOeecOoe7eeeeeeic223100e40e21

00^0

00000020ae300200000000001供0008UWAAWZV■3002001eok00(

0000002422100001000000020供00090060002422100001eeme00(

1*J0

fWWVWVW^^z^/wvwwx*>oeo3e(

0000002822310064WVWWUeM0003www40223100e4631(x

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eeoee02cae366206eeeewwi«oeeo3630020010e00(

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0000003022100001000000930供000c221000010

1eell)M0

/WVWWW14Ag

0000003422310004WWW1ve侥000d22310004041

00000038ae360200000000031佻000eae3002001)eee0

加

0000003c22100001000000640供000f2210000110

<YZk/*t<*>Z>ZlJI/I

UWVW*v2231000400009014e供eeie22310004

6.实验总结与心得

本次实践作业通过logisim平台实现了一个简易的单周期的MIPSCPU,为了

完成本次实验，我查询了大量网络资料，对计算机组成原理的基础知识和一些设

计电路的方法有了更深刻的了解，并对计算机整体的工作原理等有了更加深刻的

认识与理解，

7.附件(源代码)

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ThisfileisintendedtobeloadedbyLogisim().

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