单周期CPU实验报告.pdfVIP

北京工业大学 MIPC-CPU 设计课程 MIPS-CPU 设计实验报告 实验名称： 32 位单周期 MIPS-CPU 设计 姓名学号：刘 高 斯 实验日期： 2014 年 12 月 19 日 第 1 页 北京工业大学 MIPC-CPU 设计课程 目录 前言 MIPS 简介 3 实验目的 3 第一部分 VERILOG HDL 语言实现部分 实验内容 4 试验环境 4 模块简介 4 实验截图 5 实验感想 5 实验代码 6 第二部分 LOGISIM 语言实现部分 实验内容 16 实验环境 16 模块设计 16 试验感想 23 第 2 页 北京工业大学 MIPC-CPU 设计课程 前言 一、 MIPS 简介 MIPS是世界上很流行的一种 RISC处理器。MIPS的意思 “无内部互锁流水级的微处理器” (Microprocessor without interlocked piped stages) ，其机制是尽量利用软件办法避免 流水线中的数据相关问题。它最早是在 80年代初期由斯坦福 (Stanford) 大学 Hennessy 教授 领导的研究小组研制出来的。 MIPS 公司的 R 系列就是在此基础上开发的 RISC 工业产品的微 处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。 MIPS 技术公 司是美国著名的芯片设计公司， 它采用精简指令系统计算结构 (RISC) 来设计芯片。 和英特尔 采用的复杂指令系统计算结构 (CISC) 相比， RISC 具有设计更简单、设计周期更短等优点， 并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。 MIPS是出现最早的商业 RISC架构 芯片之一，新的架构集成了所有原来 MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。 MIPS处理器是八十年代中期 RISC CPU设计的一大热点。 MIPS是卖的最好的 RISC CPU， 可以从任何地方，如 Sony， Nintendo 的游戏机， Cisco 的路由器和 SGI 超级计算机，看见 MIPS产品在销售。 目前随着 RISC 体系结构遭到 x86芯片的竞争， MIPS有可能是起初 RISC CPU 设计中唯一的一个在本世纪盈利的。和英特尔相比， MIPS 的授权费用比较低，也就为除英 特尔外的大多数芯片厂商所采用。 MIPS 的系统结构及设计理念比较先进，其指令系统经过通用处理器指令体系 MIPS I 、 MIPS II 、MIPS III 、MIPS IV 到 MIPSV，嵌入式指令体系 MIPS16、MIPS32到 MIPS64的发展 已经十分成熟。在设计理念上 MIPS强调软硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。 二、实验目的 我们通过 VERILOG HDL 语言和 LOGISIM 语言分别用语句和图形完成对 32位 MIPS-CPU 的设计，通过前 8周的学习我们基本掌握了