CPU大作业报告详细Word文件下载.docx
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根据我们组的实际情况我们做的是32位五级流水MIPS指令集CPU,分为取指、译码、执行、访存、写回五个步骤。
设计步骤
1.设计计算机的总体框图
1、数据通路应予以标注;
2、可使用其它颜色突出小组特色的功能部件或结构;
3、复杂处理器可以给出多或多层次结构图予以描述;
4、文档所有插图格式为“嵌入型”,并居中。
结构图双击可放大编辑
2.设计各个功能部件的功能
(1)算术逻辑运算单元ALU:
其功能及与外部的连接端口如下:
下图为示例
功能简述:
根据ID_op的值选择相应的操作:
'
b000000:
ALU_out=A+B;
//add(op[3:
2]==00meansRinstruction)
'
b000001:
ALU_out=A-B;
//sub
b000110:
//addI(op[3:
2]==01meansIinstruction)
b000111:
//subI
b000100:
//store
b000101:
//load
b001110:
Flag=1;
(2)程序计数器PC:
插图
1、当pc_En为1时,pc_out<
=pc_in;
否则pc_out<
=pc_out;
2、当reset为0时,pc_out<
='
b0;
(2)通用寄存器GR:
1、当w_wRegEn置1时,register[w_rt]<
=w_data;
将w_data读到地址为w_rt的通用寄存器中;
2、传递信号:
Aout=register[rs];
Bout=register[rt];
(4)IMem
功能简述:
I=data[pc_out];
将地址为pc_out的数据读到I并输出。
(5)ALU-MUX1
当forwardA为00时,选择A=IDoutA;
为01时,选择A=m_ALUout;
为10时,选择A=w_data;
(6)MemReg
当Mem_En为1时,传递信号:
w_wRegEn<
=m_wRegEn;
w_MemR<
=m_MemR;
w_MemW<
=m_MemW;
w_MemToReg<
=m_MemToReg;
w_rt<
=m_rt;
w_MEMout<
=OuterDB;
w_ALUout<
=m_ALUout;
(7)ALU-MUX2
当forwardB为00时,选择B=IDoutB;
为01时,选择B=m_ALUout;
为10时,选择B=w_data;
(8)RegMUX
当op[2]为0时,选择BIout=Bout;
否则选择BIout=Ex_I;
(9)Mem_MUX
当w_MemToRega为1时,选择w_data=w_ALUout;
否则w_data=w_MEMout;
(10)EX_MemReg
当Ex_En时传递信号:
m_wRegEn<
=ID_wRegEn;
m_MemR<
=ID_MemR;
m_MemW<
=ID_MemW;
m_MemToReg<
=ID_MemToReg;
m_ALUout<
=ALU_out;
m_RBdata<
=B;
m_rt<
=e_rt;
(11)PC_MUX
PC控制信号选择,当flag为1时选择PC_out2信号,否则选择PC_out1信号。
(12)IF_Reg
1、IF_En置1时取指;
2、取指后将PC_out1和I输出;
3、pc_out3<
=pc_out1;
Imm<
=I[15:
0];
op<
=I[31:
26];
rs<
=I[25:
21];
rt<
=I[20:
16];
rd<
11];
shamt<
=I[10:
6];
func<
=I[5:
(13)PC_AddImm
(14)ID_ExReg
1、ID_En置1时ID_ExReg工作;
2、BIout和Aout是两个操作数的输入;
3、PC_out3信号决定指令类型;
(15)MEM
1、通过OouterDB信号将MEM的容通过MemReg读到RegArray;
2、通过m_RBdata信号将RegArray的容写到MEM里;
3、通过mem_addr信号将执行后的结果写MEM里;
4、通过w_MemR和w_MemW使能信号控制MEM的读写。
(16)PC_Add
每次执行指令之前,PC_Add将PC的值加1以PC_out1传到IF_Reg。
3.指令系统
1、字体格式,宋体、小4号;
2、可用颜色标注特色指令。
指令表
指令操作码(IR_in[7:
3])
代码指令
指令含义
000000
ADD
A加B结果存到RegArray
000001
SUB
A减B结果存到RegArray
000110
AddI
A加立即数结果存到RegArray
000111
SUBI
A减立即数结果存到RegArray
000100
Store
将RegArray中的值存到MEM
aA
000101
LOAD
将MEM里的值载入RegArray
001110
JUMP
111111
NOP
空操作
4.控制器
描述控制器的设计与实现,给出信号编码表。
1、字体格式,宋体、小4号。
op
指令
第一拍
第二拍
第三拍
第四拍
第五拍
pc_out3<
Imm<
26]rs<
rt<
rd<
shamt<
func<
e_rt<
=rd;
ID_op<
=op;
ID_func<
=func;
ID_shamt<
=shamt;
IDoutB<
=BIout;
B=IDoutB;
A=IDoutA;
m_ALUout<
=ALU_out
w_ALUout<
=m_ALUout
w_data=w_ALUout;
指令每一拍中使能信号的值:
00000
PC_En=1
ID_En=1
ForwardA=00
m_MEM_R=0
w_MemToReg=1
IF_Ex=1
w_addr=1
ForwardB=00
m_MEM_W=0
w_wRegEn=1
ADDI
w_addr=0
m_MEM_W=1
w_wRegEn=0
Load
m_MEM_R=1
w_MemToReg=0
J
系统测试
描述部件以及整机的测试方案和测试结果,并分析和总结测试结果。
2、无需给出每个部件的测试,只需关键或者特色指令和部件的测试过程即可,另外,也可给出整机的测试结果。
特色和创新
相比练习2给出的示例处理器,小组有何创新工作和特色,请详细叙述,并贴出相关结构图。
若无改进工作,则该章节可删除。
实验总结和建议
(每个组员必须提供课程总结,并分人列出,每人篇幅不少于200字)
组长:
组员1:
组员2:
2、容包括:
实验收获,体会和总结,对课程教学的评价和建议。
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