CPU大作业报告详细.docx
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CPU大作业报告详细
CPU大作业报告（详细）
计算机原理课程设计
小组信息
小组编号
XX
成员信息
姓名
学号
实验分工
分值比例
组长
PC、控制器CU、硬件
成员1
。
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。
。
。
。
成员2
。
。
。
。
。
。
成员3
。
。
。
。
。
。
注：
1、字体格式，宋体、小4号，居中；
2、小组编号以课代表处公布为准；
3、分值比例应由小组成员共同协商，总和为1。
设计内容和要求
注：
1、字体格式，宋体、小4号，居中;
2、该项内容简述即可。
通过之前的课程作业实践，进一步学习和理解计算机原理组成原理，在此基础上，设计和实现小组的计算机系统。
该系统能够顺利执行自编的程序（使用自定义指令集），得出正确的运算结果。
实验按照结构组成、指令集、控制器和其它部件、单部件测试、系统组装和系统测试等步骤进行，设计一个较为完整的功能程序。
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
注：
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张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
插图
功能简述：
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
插图
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
功能简述：
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
功能简述：
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
功能简述：
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
功能简述：
当op[2]为0时，选择BIout=Bout;否则选择BIout=Ex_I;
（9）Mem_MUX
功能简述：
当w_MemToRega为1时，选择w_data=w_ALUout;否则w_data=w_MEMout;
（10）EX_MemReg
功能简述：
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
功能简述：
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
功能简述：
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<=I[15:
11];
shamt<=I[10:
6];
func<=I[5:
0];
（13）PC_AddImm
功能简述：
（14）ID_ExReg
功能简述：
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
功能简述：
1、通过OouterDB信号将MEM内的内容通过MemReg读到RegArray；
2、通过m_RBdata信号将RegArray内的内容写到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
功能简述：
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
注：
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。
注：
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
000000
ADD
pc_out3<=pc_out1;
Imm<=I[15:
0];
op<=I[31:
26]rs<=I[25:
21];rt<=I[20:
16];
rd<=I[15:
11];
shamt<=I[10:
6];
func<=I[5:
0];
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;
000001
000110
000111
000100
000101
001110
111111
指令每一拍中使能信号的值：
指令
op
第一拍
第二拍
第三拍
第四拍
第五拍
ADD
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
SUB
000001
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
000110
PC_En=1
ID_En=1
ForwardA=00
m_MEM_R=0
w_MemToReg=1
IF_Ex=1
w_addr=0
ForwardB=00
m_MEM_W=0
w_wRegEn=1
SUBI
000111
PC_En=1
ID_En=1
ForwardA=00
m_MEM_R=0
w_MemToReg=1
IF_Ex=1
w_addr=0
ForwardB=00
m_MEM_W=0
w_wRegEn=1
Store
000100
PC_En=1
ID_En=1
ForwardA=00
m_MEM_R=0
w_MemToReg=1
IF_Ex=1
w_addr=0
ForwardB=00
m_MEM_W=1
w_wRegEn=0
Load
000101
PC_En=1
ID_En=1
ForwardA=00
m_MEM_R=1
w_MemToReg=0
IF_Ex=1
w_addr=0
ForwardB=00
m_MEM_W=0
w_wRegEn=1
J
001110
NOP
111111
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。
注：
1、字体格式，宋体、小4号；
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。
注：
1、字体格式，宋体、小4号。
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）
组长姓名：
。
。
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。
。
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组员1姓名：
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。
。
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组员2姓名：
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。
。
。
注：
1、字体格式，宋体、小4号；
2、内容包括：
实验收获，体会和总结，对课程教学的评价和建议。
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