CPU設(shè)計(jì)試驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)中央處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、理解中央處理器的原理圖設(shè)計(jì)方法。 2、能夠設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)典型MIPS的11條指令 實(shí)驗(yàn)要求 1、使用Logisim完成數(shù)據(jù)通路、控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2、完成整個(gè)處理器的集成與驗(yàn)證。 3、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并提交電路源文件。 三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境 VMware Workstatio ns Pro + Win dows XP + Logisim-wi n-2.7.1 四、操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟 1、數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)通路主要由NPC、指令存儲(chǔ)器、32位寄存器文件、立即數(shù)擴(kuò)展部件、 ALU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器構(gòu)成。其中指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可直接調(diào)用軟件庫(kù)中的 ROM和RAM

2、元件直接完成，其余部件的設(shè)計(jì)如圖所示： I | 曲MOM I :ia :心 j 1 JW., brmdn - W0- 12 MB - miu 圖 1.1 NPC 函 1.2 32 ora noftii d baaAPd-a g DOO(iD4 D 0 44 Q 圖1.3立即數(shù)擴(kuò)展部件 HIULIM-J. I iriT II 104.144-： *乞初* L 9 L - J . r n 眸川 r 1 i i i R l l-l i i -ER0（） 価- 圖 1.4 ALU 2、控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 控制器的主要設(shè)計(jì)思想如圖所示 Control funct5:0 P5:0| k Instruct

3、ionl :0) * Jump * Extap * Qranch * Mem Write * ALUctr f MemtoReg * ALUSrc * RljWrite * RegDst 指令控制器控制信號(hào) 圖2.1控制器設(shè)計(jì)思想 通過(guò)列真值表得到控制器的兩部分電路，真值表如下： Jf輸入 000000 001101 100011 101011 000100 000010 輸岀 R-type ORI LW SW BEQ JUMP RegDst 1 0 r 0 x x x ALUSrc 0 1 1 1 0 x MemtoReg 0 0 1 x x x RegWrite 1 1 r 1 0 0 P

4、 0 MemWrite 0 0 0 1 0 0 Branch 0 0 0 0 1 0 Jump 0 0 P 0 0 0 1 Extop x 0 1 1 1 x ALUop2 1 0 0 0 0 x ALUop1 1 x 1 P 0 0 x x ALUop0 x 0 0 0 1 x ALUop2:0 Fu nct3:0 指令 ALUctr2:0 111 0000 add 010 111 0010 sub 110 111 0100 and 000 111 0101 or 001 111 1010 slt 111 010 xxxx ori 001 000 xxxx Lw/sw 010 011 xxx

5、x beq 110 表2.1控制器設(shè)計(jì)真值表 Uclr2:0 圖2.2 控制器 3、處理器的集成與驗(yàn)證 集成：將各個(gè)部件按要求鏈接，具體方式如圖所示: 圖 3.1 CPU 驗(yàn)證：將指令的16進(jìn)制表示輸入指令存儲(chǔ)器，運(yùn)行后記錄寄存器中的數(shù) 據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)照： 0 x01 add r2t rlt rl R2 = 0 x00000002 0 x02 and r3r rl7 r2 R3 = 0 x00000000 0 x03 or M rl. r2 R4 = 0 x00000003 0 x04 sit r5, r3t r4 R5 = oxooootmi 0 x05 xub tr6f f*6t r5 盼從0開(kāi)始遞減磁勵(lì) 0 x06 ,vnn r6f 4(r0) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器處保品