本文档详细介绍了基于MIPS指令集的单周期CPU设计，涵盖了架构原理、模块划分及实现技术等内容。适合计算机体系结构课程学习与研究使用。
单周期MIPS CPU设计涉及创建一个能够在单一时钟周期内完成一条MIPS指令的CPU架构。MIPS（无互锁流水线阶段的微处理器）是一种广泛用于教学与研究中的指令集架构，因其相对简单且功能强大而被广泛应用。
以下是简化的单周期MIPS CPU设计概述：
- **指令集**：首先需要熟悉MIPS指令集。这类指令包括算术、逻辑运算、内存访问及控制流等类型。确保CPU能够处理这些不同类别的指令是必要的。
- **数据通路设计**：这是执行指令所需的硬件组件集合，对于单周期的MIPS CPU来说，在一个时钟周期内必须完成取指、译码、执行阶段（如果需要进行内存访问）和写回等步骤。这通常包括程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令解码器、算术逻辑单元(ALU)、寄存器文件(RF)以及数据存储(DM)等组件。
- **控制器设计**：负责生成控制信号以驱动上述硬件组件的运行。在单周期MIPS CPU中，根据当前执行中的指令类型和状态，控制器需要产生正确的控制信号。这通常通过查找表（如微操作码ROM）或有限状态机(FSM)来实现。
- **时钟周期**：单周期MIPS CPU的所有操作都在一个固定的时钟周期内完成，确保了每个步骤的同步进行。
