mips單周期cpu實驗報告

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2、《計算機組成原理實驗》實驗報告（實驗二）學院名稱：專業(yè)（班級）：學生姓名：學號：時間：2017年11月25日

3、成績:實驗二：單周期CPU設計與實現(xiàn)一.實驗目的(1)掌握單周期CPU數(shù)據(jù)通路圖的構成、原理及其設計方法；(2)掌握單周期CPU的實現(xiàn)方法，代碼實現(xiàn)方法；(3)認識和掌握指令與CPU的關系；(4)掌握測試單周期CPU的方法；(5)掌握單周期CPU的實現(xiàn)方法。二.實驗內(nèi)容設計一個單周期的MIPSCPU，使其能實現(xiàn)下列指令：==>算術運算指令（1）addrd,rs,rt（說明：以助記符表示，是匯編指令；以代碼表示，是機器指令）000000rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserve

4、d功能：rd←rs+rt。reserved為預留部分，即未用，一般填“0”。（2）addirt,rs,immediate000001rs(5位)rt(5位)immediate(16位)功能：rt←rs+(sign-extend)immediate；immediate符號擴展再參加“加”運算。（3）subrd,rs,rt000010rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved功能：rd←rs-rt==>邏輯運算指令（4）orirt,rs,immediate010000rs(5位)rt(5位)immediate(16位)功能：rt←rs

5、(zero-extend)immediate；imm

6、ediate做“0”擴展再參加“或”運算。（5）andrd,rs,rt010001rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved功能：rd←rs&rt；邏輯與運算。（6）orrd,rs,rt010010rs(5位)rt(5位)rd(5位)reserved功能：rd←rs

7、rt；邏輯或運算。==>移位指令（7）sllrd,rt,sa011000未用rt(5位)rd(5位)sareserved功能：rd<－rt<<(zero-extend)sa，左移sa位，(zero-extend)sa==>比較指令

8、（8）sltrd,rs,rt帶符號數(shù)011100rs(5位)rt(5位)rd(5位)res

9、erved功能：if(rs存儲器讀/寫指令（9）swrt,immediate(rs)寫存儲器100110rs(5位)rt(5位)immediate(16位)功能：memory[rs+(sign-extend)immediate]←rt；immediate符號擴展再相加。即將rt寄存器的內(nèi)容保存到rs寄存器內(nèi)容和立即數(shù)符號擴展后的數(shù)相加作為地址的內(nèi)存單元中。（10)lwrt,immediate(rs)讀存儲器100111rs(5位)rt(5位)immediate(16位)功能：rt←memory[rs+(sign-ext

10、end)immediate]；immediate符號擴展再相加。即讀取rs寄存器內(nèi)容和立即數(shù)符號擴展后的數(shù)相加作為地址的內(nèi)存單元中的數(shù)，然后保存到rt寄存器中。==>分支指令（11）beqrs,rt,immediate110000rs(5位)rt(5位)immediate(16位)功能：if(rs=rt)pc←pc+4+(sign-extend)immediate<<2elsepc←pc+4特別說明：immediate是從PC+4地址開始和轉移到的指令之間指令條數(shù)。immediate符號擴展之后左移2位再相加。為什么要左移2位？由于跳轉到的指令地址肯定是4的倍數(shù)（每條指令占4個字節(jié)），最低兩位

11、是“00”，因此將immediate放進指令碼中的時候，是右移了2位的，也就是以上說的“指令之間指令條數(shù)”。12）bners,rt,immediate110001rs(5位)rt(5位)immediate功能：if(rs!=rt)pc←pc+4+(sign-extend)immediate<<2elsepc←pc+4特別說明：與beq不同點是，不等時轉移，相等時順序執(zhí)行。（13）bgtzrs,immediate110010rs(5位)00000immediate功能：if(rs>0)pc←pc+4+(sign-extend)immediate<<2elsepc←pc+4==>跳轉指令（14）j

12、addr111000addr[27..2]==>停機指令（15）halt11111100000000000000000000000000(26位)功能：停機；不改變PC的值，PC保持不變。

13、一.實驗原理1.時間周期：單周期CPU指的是一條指令的執(zhí)行在一個時鐘周期內(nèi)完成，然后開始下一條指令的執(zhí)行，即一條指令用一個時鐘周期完成。電平從低到高變化的瞬間稱為時鐘上升沿，兩個相鄰時鐘上升沿之間的時間間隔稱為