论5级流水32bit risc cpu设计

目录 一.什么是CPU? 二.RISC CPU结构 1.时钟发生器 2.指令寄存器 3.累加器 4.RISC CPU算术逻辑运算单元 5.数据控制器 6.状态控制器 7.程序计数器 8.地址多路器 9.外围模块 10.地址译码器 a.RAM b.ROM 三.RISC CPU中各部件的相互连接关系 四.RISC CPU和它的外围电路 五.RISC CPU的寻址方式和指令系统 六.RISC CPU的操作和时序 正文 一.什么是CPU? CPU 即中央处理单元的英文缩写,它是计算机的核心部件.计算机进

CPU指令设计,除了命名之外,更重要的是分析出指令如何才能够实现.对于图 3 1的CPU结构,如果指令是预先放到irom里的,那么,指令执行时要一条一条地从irom取出来,放到ir指令寄存器中,提供给control进行分析执行.每一条指令如何转变成机器动作,CPU的设计者必须认真地进行分析和规划.这一过程叫指令全程动作分析,简称指令全程分析. 我们针对图 3-1的结构,可以尝试设计一些用符号表示的汇编指令,然后对这些汇编指令如何实现,进行细致地分析.汇编指令的二进制数表示就是机器指令.汇编指令和

第一章    模型机基本结构 由功能分析, 本次组成原理实验中设计的模型机包含下面这些部件:算术逻辑运算部件(ALU).程序计数器(PC).指令寄存器(IR).存储器(RAM).时序和微程序控制部件.模型机的数据通路为单总线结构,总线宽度为8位. 第二章    设计思想 1.基于状态机的模型机 如图1所示,整体模型机的设计采用了状态机的思想,将cpu的取指令.指令译码.指令执行所对应的操作拆分到各个状态中,并由此设计模型机的微操作. 图1 - 时钟控制信号状态机模型示意图 2.周期.节拍.脉冲制

------更新一下bug(测试代码有毒)------- 和单周期CPU的设计相同,都是为了实现一系列的指令功能,但需要指出的是何为多周期(注意与前面写道的单周期的区别,这也是设计的关键之处) 多周期CPU指的是将整个CPU的执行过程分成几个阶段,每个阶段用一个时钟去完成,然后开始下一条指令的执行,而每种指令执行时所用的时钟数不尽相同,这就是所谓的多周期CPU. 理解完多周期与单周期的区别后,开始我们的多周期CPU设计之路(可以随时对应单周期的设计,注意联系与区别). 需要设计的指令及格式如下:

RISC处理器指令和变量数目非常少但结构复杂,因此RISC处理器可实现更高的并行性.本文设计的RISC处理机的特点如下: (1)指令简单且数量较少 通过对程序的静态指令进行静态分析,最终只将最常见的指令在RISC处理器中实现,其他指令由编译器综合实现.要实现这一特性以及减少诸如数据相关或程序跳转引起的流水线冲突较少,主要依赖于合适的编译器和特殊硬件来实现.指令集的简单也带来了相对简单的指令传送机制,可以减少对存储器进行指令的读和写操作. (2)格式固定而且指令长度简短 简单指令基本上字长是固定的

将粗略结构模型的数据通路划分为:取指令单元IFU.指令译码单元IDU.算术运算单元ALU.存储器访问单元MAU以及前推和数据寄存器堆FRU. 前推和数据寄存器堆FRU包括写回级.寄存器堆和数据前推逻辑.一些指令的功能涉及在多个流水线级的操作,把流水线的控制功能集中在两个模块完成. 因此分别设计流水线控制单元PCU和总线控制单元BCU,用以实现对外存储器和总线控制协议的接口. 1.取指令级IFU IFU包括程序计数器PC.跳转解码.PC逻辑.通用指令Cache MPC和条件转移目标Cache BT

一款CPU是如何设计出来的? 前面一段,我们了解了芯片的制造过程,也就是如何从沙子中提取硅.把硅切成片,在片上通过离子注入实现PN结.实现各种二极管.三极管.CMOS管.从而实现千万门级大规模集成电路的大致流程.接下来,我们继续了解一下,一款CPU是如何设计出来的.集成电路设计一般分为模拟IC设计.数字IC设计以及数模混合等.而数字IC设计,比如设计一款ARM Soc CPU芯片的基本流程如下: 1)设计芯片规格:根据需求,设计出基本的框架.功能.模块划分.有些复杂的芯片可能还需要建模.使用MA

从软件的角度来看CPU,似乎CPU 就是一连串的指令符号构成的.因而,我们设计一个CPU,首先就要考虑应该设计哪些指令.计算机的指令系统需要根据任务需求来规划,一般都会有算术运算指令.逻辑运算指令.数据传送指令.访问存储器指令.结构转移指令等. 我们设计一个简单的CPU,一般也要有加.减.乘.除这四种算数运算,所以该CPU要有加.减.乘.除运算的指令.其实任何一个CPU都不能缺少算术运算的功能,因而算术运算的指令对每一个CPU都是不能缺少的指令. 如果你是一个软件编程人员,那么你一定熟悉程序的基

将连接好的器件结构的基本动作进行适当地组织,就可以完成一些稍微复杂一点的功能,这些功能用特定的名称表达出来,就是我们所说的指令. 我们想设计一个数据通过指令给出,能够完成算术运算,并能将运算结果送到寄存器out输出的CPU.根据这个任务目标的需要,我们可以对图 3-1的结构设计出下面一些基本功能指令. (1)将dram的数取出送到da: (2)将dram的数取出送到out输出: (3)将dram的数与da的数相加,结果放在da: (4)将dram的数与da的数相减,结果放在da: (5)将dra