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    (完整word版)MIPS單周期CPU設計2018版體會

    時間:2020-10-07 12:31:43 來源:勤學考試網 本文已影響 勤學考試網手機站

    11 條 MIPS 指令單周期 CPU設計

    2018 元月份,我按照袁春風老師的第三版教材,又重新設計了 11 條 MIPS

    指令的單周期 CPU。這次的設計與我 2017 年 7 月份的單周期 CPU還是有些區別。

    2017 年 7 月份設計的 CPU主要是參考《計算機組成與設計 -硬件 / 軟件接口 David

    A.Patterson》。

    設計中的幾點體會如下:

    一.基本流程

    首先要分析清楚這 11 條指令的格式和特點。按照 MIPS 指令的格式和特點,完全掌握它們的功能和執行的過程。

    這些指令執行過程中需要哪些硬件部件和控制信號,這些部件如何連接構成數據通路。

    對所有需要的控制信號進行歸納分析,列出真值表,設計相應的控制電路。

    二.具體設計過程

    ALU的設計。ALU的設計重點在于先設計出 32 位的加法器, 減法運算是利用加法的 “變反加一”。同時要產生各種運算結果的信號:溢出( OF)、進位(CF)、符號位( SF)、零符號位( Zero)。OF=Cn⊕Cn-1;CF=Cout⊕Cin。至于需要其它的運算指令,如邏輯運算、移位運算、乘除法運算,都可以直接調用 logisim 庫中的器件,添加到 ALU中,這些運算的結果可以同時產生,只是

    最后用多路選擇器來選擇那種指令的結果輸出,用的控制信號是 OPctr 。在ALU中需要設計一個控制信號生成部件,用于產生 ALU內部需要的各種控制信號。見袁春風老師教材 P155。(第一次實驗: ALU部件的設計)( ALU設計中,現在的加法器只是串行的,可以讓好的學生用先行進位加法器)

    圖 1:ALU電路圖

    設計寄存器部件。設計一個 32 個*32 位的寄存器部件。兩路輸入和兩路輸出,可讀寫。(第二次實驗:寄存器部件的設計)

    圖 2:寄存器電路圖

    數據通路的設計。通路的設計不能急于求成,要一條指令一條指令來分析和

    設計。首先設計 R-type 中的 add、sub、subu、slt 、sltu 等的通路。要注意是否要判斷溢出。在此基礎上,再分析 I-type 帶立即數運算指令的數據通路,分析出需要添加哪些部件。再分析 sw、lw 指令的數據通路,分支指

    令的數據通路,無條件跳轉指令的數據通路。通過逐步添加部件,最后就實現

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