单周期CPU实现的计算机组成原理36条指令

简介：
本项目基于Verilog HDL语言设计并实现了包含算术运算、逻辑操作和数据转移等在内的36种基本指令集的单周期CPU，用以展示计算机组成原理。 一、设计目标 1. 设计目的：创建一个包含36条指令的MIPS单周期处理器，并确保这些指令能够准确执行并烧录到实验箱中进行验证。 2. 设计初衷： - 理解MIPS指令结构，掌握常用指令的功能和编码方法。 - 了解MIPS体系中的处理器架构。 - 掌握单周期CPU的工作原理与设计技术。 - 提升使用Verilog语言进行电路设计的能力。 二、实验设备 1. 安装了Xilinx ISE的计算机一台 2. LS-CPU-EXB-002教学系统实验箱一台 三、实验任务 1. 学习MIPS指令集，深入理解常用指令的功能和编码，并确定处理器各部件所需的控制码。例如：选择合适的ALU运算类型及是否需要写入寄存器堆等。 2. 单周期CPU是指在单一时钟周期内完成一条指令的所有操作。设计中所有寄存器和存储单元均采用异步读取同步写入的方式，即无需时钟控制即可读出数据，但需通过时钟信号进行写入操作。 - 根据程序计数器（PC）的值从指令ROM中获取相应的指令； - 对该指令解码后，在寄存器堆中读取所需的操作数并送至ALU模块； - ALU完成运算得到结果，如果是存储类型指令，则其输出被用作数据RAM写入地址；若为加载类指令，则根据此地址从数据RAM中取出相应数值，并将其送往寄存器堆以待后续处理。 如果不是存储或加载操作且需要向寄存器堆写入新值时，直接将ALU运算结果送至目标寄存器准备在下一个周期执行实际的写入动作。对于分支跳转指令，则需更新程序计数器（PC）的内容以实现代码流控制。 以上是设计和实验的主要内容概述。