CPU计算机组成原理实验报告.pdf

计算机组成与系统结构实验报告

CPU设计与实现

院（系）：

专业班级：计算机科学与技术

组员：

指导教师：
实验目的:

设计实现CPU部件。

实验仪器：

PC机（安装Altebra公司的开发软件QuartusII，Modelsim）两

台

TEC-CA计算机组成原理试验箱
实验过程：

一、理论设计

、设计指令集

设计CPU第一步，就是根据需求，确定功能，并且设计出指令集。指令集
包括每一条指令的编码方式，操作码以及每一条指令实现的功能。考虑到第一次
设计CPU，在指令集设计过程中难免会出现考虑不周全或者指令集设计不科学

的问题，我们借鉴了经典的31条MIPS指令集。在对指令集每一条指令进行解
读、分析后，我们确定：31条MIPS指令可以满足我们的CPU的基本功能。下
面将31条MIPS指令的编码格式、对应的操作类型以表格的形式列举出来：
MIPS指令集(共31条）

Bit31..25..20..15..10..
5..0
#262116116
R-tysha
oprsrtrdfunc
pemt
00000001000addrd<-rs+rt；其中rs
addrsrtrd$1=$2+$3
000000$1,$2,$3＝$2，rt=$3,rd=$1
rd<-rs+rt；其中rs
add00000001000addu
rsrtrd$1=$2+$3＝$2，rt=$3,rd=$1,
u000001$1,$2,$3
无符号数
00000001000subrd<-rs-rt；其中rs
subrsrtrd$1=$2-$3
000010$1,$2,$3＝$2，rt=$3,rd=$1
rd<-rs-rt；其中rs
sub00000001000subu
rsrtrd$1=$2-$3＝$2，rt=$3,rd=$1,
u000011$1,$2,$3
无符号数
00000001001andrd<-rs&rt；其中rs
andrsrtrd$1=$2&$3
000000$1,$2,$3＝$2，rt=$3,rd=$1
00000001001orrd<-rs|rt；其中rs
orrsrtrd$1=$2|$3
000001$1,$2,$3＝$2，rt=$3,rd=$1
rd<-rsxorrt；其中
00000001001xor
xorrsrtrd$1=$2^$3rs＝$2，rt=$3,
000010$1,$2,$3
rd=$1(异或）
rd<-not(rs|rt)；其
00000001001nor$1=~($2|$
norrsrtrd中＝$2，
000011$1,$2,$33)rsrt=$3,
rd=$1(或非）
if($2<$3)
if(rs<rt)
00000001010slt？
sltrsrtrdrd=1elserd=0；其中
000010$1,$2,$3$1=1else
rs＝$2，rt=$3,rd=$1
$1=0
if($2<$3)if(rs<rt)
00000001010sltu？rd=1elserd=0；其中
sltursrtrd
000011$1,$2,$3$1=1elsers＝$2，rt=$3,rd=$1
$1=0(无符号数）
rd<-rt<<shamt；
0000000sha0000sll$1=$2<<1shamt存放移位的位
sllrtrd
0000mt00$1,$2,100数，
也就是指令中的立即

数，其中rt=$2,rd=$1
rd<-rt>>shamt；
0000000sha0000srl$1=$2>>1
srlrtrd(logical)，其中rt=$2,
0000mt10$1,$2,100
rd=$1
rd<-rt>>shamt；
0000000sha0000sra$1=$2>>1(arithmetic)注意符号
srartrd
0000mt11$1,$2,100位保留
其中rt=$2,rd=$1
00000000001sllv$1=$2<<$rd<-rt<<rs；其中rs
sllvrsrtrd
000000$1,$2,$33＝$3，rt=$2,rd=$1
rd<-rt>>rs；
00000000001srlv$1=$2>>$
srlvrsrtrd(logical)其中rs＝$3，
000010$1,$2,$33
rt=$2,rd=$1
rd<-rt>>rs；
(arithmetic)注意符号
00000000001srav$1=$2>>$
sravrsrtrd位保留
000011$1,$2,$33
其中rs＝$3，rt=$2,
rd=$1
00000000000000010
jrrsjr$31goto$31PC<-rs
0000000000
I-ty
oprsrtimmediat