【正文】 學 號： 計算機組成與系統(tǒng)結構課程設計 設計說明書 單周期 32 位 CPU 的設計 起止日期： 2021 年 1 月 13 日 至 2021 年 1 月 17 日 學 生 姓 名 班級 11 計算機 2 班 成績 指 導 教 師 ( 簽字 ) 計算機 與 信息 工 程 學院 2021 年 1 月 17 日 目錄 指令系統(tǒng)設計 ............................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 控制部件設計 ........................................................................................................................... 4 單周期中央處理器 cpu設計 ...................................................................................................... 9 計算機主機系統(tǒng)設計 .............................................................................................................. 12 調試程序編制及主機系統(tǒng)調試 ................................................................................................ 12 心得體會 ................................................................................................................................ 16 參考資料 ....................................................................................................................................... 16 1 指 令系統(tǒng)設計 R 型指令 (op=0001) │ ←─━━━ op────→ │ ← rs → │ ← rt → │ ← rd → │ ←─━━━━ func━━━──── │ add(func=000001)：將 rs 寄存器中的值和 rt 寄存器中的值相加，結果存入 rd 寄存器 sub(func=000010)：將 rs 寄存器中的值和 rt 寄存器中的值相減，結果存入 rd 寄存器 and(func=000011)：將 rs 寄存器中的值和 rt 寄存器中的值相與，結果存入 rd 寄存器 or(func=000100)：將 rs 寄存器中的值和 rt 寄存器中的值進行或運算，結果存入 rd 寄存器 I 型指令 │ ←─━━━ op────→ │ ← rs → │ ← rt → │ ←─━━━━━━━立即數(shù)━━━━──── │ addi(op=1000)：將 rs 寄存器中的值與（補零成 32 位的）立即數(shù)減，結果存入 rt 寄存器 ori(op=0010)：將 rs 寄存器中的值與（補零成 32 位的）立即數(shù)或，結果存入 rt 寄存器 lw(op=0011)：將 RAM 中地址為 [rs+立即數(shù) ]單元的值寫入 rt sw(op=0100)：將 rt 中的值寫入 RAM 中地址為 [rs+立即數(shù) ]單元 beq(op=0101)：若 rs 中的值 =rt 中的值，則跳轉到（原本的下一個地址 +立即數(shù)） wr(op=0111)：把（補零成 32 位的）立即數(shù)寫入寄存器 rt J 型指令 │ ←─━━━ op────→ │ ←─── invalid ──→ │ ←─━━━━━━━地址━━━━━━──── │ 8 8 jump(op=0110)：直接跳轉到目的地址（ 8 位）開始執(zhí)行 2 指令譯碼器的作業(yè)是對取指令操作中得到的指令進行譯碼，確定這條指令需要完成的操作。從而產生相應的控制信號，驅動執(zhí)行狀態(tài)中的各種動作。它是控制器的一個重要組成部分。在 MIPS 指令集中，根據(jù)操作碼 OP 和功能碼 FUNC來區(qū)別指令。根據(jù)表 33 列出的 20 條指令編碼的邏輯表達式如下，其中，OP[5..0]為操作碼 OP， FUNC[5..0]為功能碼 FUNC，電路符號如圖 94 所示。 域編號 [31..26] [25..21] [20..16] [15..11] [10..06] [05..00] R 形式 Op Rs Rt Rd Sa Func Add 000000 Rs Rt Rd 00000 100000 Sub 000000 Rs Rt Rd 00000 100010 And 000000 Rs Rt Rd 00000 100100 Or 000000 Rs Rt Rd 00000 100101 Xor 000000 Rs Rt Rd 00000 100110 Sll 000000 00000 Rt Rd Sa 000000 Srl 000000 00000 Rt Rd Sa 000010 Sra 000000 00000 Rt Rd Sa 000011 Jr 000000 Rs 00000 00000 00000 001000 I 形式 Op Rs Rt Immediate(立即數(shù) ) Addi 001000 Rs Rt Immediate Andi 001100 Rs Rt immediate Ori 001101 Rs Rt immediate Xori 001110 Rs Rt immediate Lw 100011 Rs Rt Offset Sw 101011 Rs Rt Offset Beq 000100 Rs Rt Offset Bne 000101 Rs rt Offset Lui 001111 000000 Rt Immediate J 形式 Op address J 000010 target jal 000011 target 3 V C COP[ 5. . 0] IN P U TV C CF U N C [ 5. . 0] IN P U TSLLO U T P U TSR LO U T P U TSR AO U T P U TJRO U T P U TAD D IO U T P U TAN D IO U T P U TOR IO U T P U TX OR IO U T P U TLWO U T P U TSWO U T P U TBEQO U T P U TBN QO U T P U TLU IO U T P U TJO U T P U TJ ALO U T P U TSU BO U T P U TAN DO U T P U TORO U T P U TAD DO U T P U TX ORO U T P U TA N D 6ins tA N D 6ins t 1A N D 6ins t 2A N D 6ins t 3A N D 6ins t 4A N D 6ins t 5A N D 6ins t 6A N D 6ins t 7A N D 6ins t 8A N D 6ins t 29A N D 6ins t 30A N D 6ins t 31A N D 6ins t 32A N D