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Verilog语言构建了一个单周期MIPS CPU,包含42条指令。

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简介:
实验内容涉及ISA2的扩展,新增了3条指令。为了实现MIPS CPU,采用硬件描述语言(Verilog)进行设计,并支持一套经过定义的指令集。首先,ISA1包含42条指令,具体包括ADD、ADDU、SUB、SUBU、SLL、SRL、SRA、SLLV、SRLV、SRAV、AND、OR、XOR、NOR、SLT、SLTU、ADDI、ADDIU、ANDI、ORI、XORI、LUI, SLTI, SLTIU, LB, LBU, LH, LHU, LW, SB, SH, SW, BEQ, BNE, BGEZ, BGTZ, BLEZ, BLTZ以及J和JAL/JR。随后,ISA2引入了24条新的指令,具体包括add, sub, addu, subu, addi, ori, lui, and ,andi ,or ,nor ,slt ,sltu ,sll ,srl ,sllv ,srlv ,lw ,sw ,beq ,bne ,j 和 jal 以及 jr. 仿真软件Modelsim被用于对包含源代码以及实验报告的汇编程序进行模拟,并且模拟过程中需要考虑数据冒险和控制冒险的影响。

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客服
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  • 基于 Verilog MIPS CPU 设计(支持42
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    本项目设计并实现了一个基于Verilog语言的单周期MIPS处理器,能够执行包括算术、逻辑和控制转移在内的42种不同指令。 实验内容(ISA2新增3条指令) - 使用硬件描述语言(Verilog)设计MIPS CPU,支持以下指令集: - ISA1 = {ADD/ADDU/SUB/SUBU/SLL/SRL/SRA/SLLV/SRLV/SRAV/AND/OR/XOR/NOR/SLT/SLTU/ADDI/ADDIU/ANDI/ORI/XORI/LUI/SLTI/SLTIU/LB/LBU/LH/LHU/LW/SB/SH/SW/BEQ/BNE/BGEZ/BGTZ/BLEZ/BLTZ/J/JAL/JR/JALR},共42条指令。 - ISA2 = {add, sub, addu, subu, addi, ori, lui, and, andi, or,nor,slt, sltu, sll, srl,sllv,srlv,lw,sw,beq,bne,j,jal,jr},共24条指令。 - 使用仿真软件Modelsim对存在数据冒险和控制冒险的汇编程序进行仿真实验。实验文件包含源代码以及详细的实验报告。
  • CPU的31MIPS
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    本项目详细介绍并实现了一个能够执行31条基本MIPS指令的单周期CPU设计。通过Verilog硬件描述语言编程,展示了数据路径、控制单元及寄存器组的具体构造方法。 本科生计算机组成原理课程大作业使用Xilinx N4开发板实验实现31条MIPS指令单周期CPU,该设计可以通过前仿真但不能下载到硬件板上运行,具体原因尚未查明。
  • MIPSCPU设计(24)(HUST)
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    本项目为华中科技大学课程作业,设计并实现了一个支持24条基本指令的MIPS单周期CPU,涵盖取指、译码、执行等核心过程。 让学生熟悉中断软硬协同的机制,并能够设计支持多级嵌套中断的单周期MIPS CPU。 为单周期MIPS增加单级中断机制,可以支持1、2、3共三个按键中断事件,其中断优先级依次是1 < 2 < 3。当CPU执行中断服务程序时不会被其他中断请求打断。
  • MIPSCPU的设计与实现(12
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    本项目设计并实现了支持12条基本指令的MIPS单周期CPU,涵盖数据处理、寄存器操作及I/O控制等功能。通过Verilog硬件描述语言构建,具备较高的执行效率和简洁性,在计算机架构学习中具有重要实践意义。 本段落将深入探讨如何设计并实现一个基于MIPS架构的单周期CPU,并支持12条基本指令:算术运算、逻辑运算、内存访问及分支跳转。重点在于使用Verilog语言进行硬件描述,以及在Xilinx Vivado 2023.2集成开发环境中完成验证。 MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)是一种精简指令集计算机架构,以其高效简洁的设计著称。单周期CPU是指所有指令在一个时钟周期内执行完毕的处理器类型,简化了设计但可能限制性能表现。 本段落将实现以下12条基本指令: 1. **ADD**:两个寄存器操作数相加,结果存储在目标寄存器中。 2. **SUB**:两个寄存器操作数相减,结果同样存储于目标寄存器内。 3. **AND**:执行按位与运算,并将两操作数的计算结果保存到目标寄存器里。 4. **OR**:进行按位或运算,其结果亦被放置在目标寄存器中。 5. **ADDI**:立即数和寄存器操作数相加后存储于目标寄存器内。 6. **ANDI**:执行立即数与寄存器操作数的按位与运算,并将结果保存至目标寄存器。 7. **ORI**:进行立即数与寄存器的操作数据之间的按位或运算,最终把计算结果放入目标寄存器中。 8. **LW**:从内存加载数据到指定的寄存器。 9. **SW**:将特定寄存器中的内容写入内存地址中去。 10. **BEQ**:若两个操作数相等,则跳转至程序代码内的新地址继续执行。 11. **BNE**:如果两操作数不相同,就会发生无条件的指令分支转向新的目标位置。 12. **J**:直接跳转到指定的目标地址。 在Verilog中,我们需要定义包括寄存器文件、ALU(算术逻辑单元)、控制单元、数据存储器和总线接口在内的各种模块。这些组件协同工作以执行上述指令集。例如,控制单元根据接收到的编码来生成适当的信号,并指挥ALU进行正确的运算操作;同时负责管理数据在内存与寄存器之间的传输。 使用Vivado工具时,我们需要建立项目、添加源代码及配置硬件资源(如时钟),然后经过综合和实现阶段最终得到比特流文件。通过硬件仿真技术可以验证CPU是否能准确执行测试用例中的指令序列。 单周期CPU设计面临的挑战是如何在单一的时钟脉冲内完成所有操作,这通常需要精心规划数据路径与控制逻辑的设计。例如,在处理过程中可能需要用到多个寄存器以同时准备运算数、计算结果以及存储输出值;此外还需快速响应不同类型指令,并生成正确的控制信号。 借助Vivado工具中的波形仿真功能可以观察CPU执行不同种类的指令时内部状态的变化情况,确保其行为符合预期。若发现存在问题,则需对Verilog代码进行调试和优化处理以解决潜在同步或逻辑错误问题。 综上所述,设计并实现一个MIPS单周期CPU需要理解指令集架构、掌握Verilog硬件描述语言以及熟练使用Vivado开发环境等技能;这一过程充满挑战却也极具成就感,能够见证从编程到实际运行的硬件系统转化。
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    本项目设计并实现了一个32位MIPS架构的单周期CPU,能够执行包括算术、逻辑和数据传输在内的16条基础指令。通过Verilog硬件描述语言完成电路模块的设计与仿真验证,确保处理器正确无误地运行各种测试案例。 32位MIPS单周期CPU可以实现16条指令。
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  • 32位MIPSCPU,可执行16
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    本项目设计并实现了一个基于32位MIPS架构的单周期处理器,能够高效执行包括算术、逻辑运算在内的16种基本指令。 MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)是一种精简指令集计算机(RISC)架构,在教学、研究及嵌入式系统设计领域中被广泛应用。在32位的MIPS单周期CPU中,我们关注的是如何在一个单一时钟周期内完成一条指令的执行过程。这与传统的多周期CPU不同,后者通常需要多个时钟周期来处理指令的不同阶段如取指、解码、运算、存储和转发。 该架构支持32位的数据及指令处理能力,这意味着它能够访问最大4GB(即2^32)的空间,并且可以执行32位的数值操作。此外,其指令集也是由固定的32位编码组成,这使得它可以包含更多的操作类型。 在单周期CPU设计中,所有必要的电路在一个时钟周期内并行工作,包括取指、解码、运算、内存访问和结果写回等步骤。这种简化了的硬件结构减少了延迟时间,但可能限制了处理器的速度,因为它无法处理复杂的指令流水线或资源冲突。 MIPS32位单周期CPU可以实现16种基本指令集,涵盖了基础算术逻辑操作(如加法、减法)、条件及无条件跳转、数据加载和存储等。这些指令的执行依赖于专门设计的硬件单元来完成各种任务:例如,用于解码指令的功能块;进行运算的算数逻辑单元(ALU);处理寄存器间的数据交互以及内存访问的操作。 文件名“mips32CPU单周期.circ”可能代表了一个描述该处理器内部结构和工作流程的具体仿真模型或电路图。通过这个文件,可以详细了解每一个硬件组件及其协作方式。 简而言之,MIPS架构下的32位单周期CPU是计算机体系结构中的一个核心概念。它以简单的硬件设计实现了高效的指令执行,并提供了一种在性能与复杂性之间找到平衡的解决方案。这种类型的处理器特别适合于教学和应用实践场景中使用,对于理解计算机底层运作原理具有很高的教育价值。
  • MIPS与多微程序CPU的24.rar
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    本资源包含MIPS架构下的24条基本指令,并提供单周期及多周期两种实现方式的详细设计文档和微程序代码,适用于计算机体系结构课程学习。 这段文字描述了一个课程设计文档的内容。该文档包含一个.circ文件,其中有两个CPU的设计:一个是单周期的8条指令CPU以及多周期微程序地址转移;另一个是24条指令的多周期CPU及其控制信号表和微程序地址转移表格。此外,还包括相关的.jar文件和其他必要的支持材料。 文中提到的所有内容都是为了展示不同类型的处理器设计,并提供详细的控制逻辑描述以便于理解和分析。这些文档有助于学习者更好地理解计算机体系结构中的单周期与多周期CPU的工作原理以及它们之间的区别。