实验中央处理器的设计与实现 一 实验目的 理解中央处理器的原理图设计方法 能够设计实现典型MIPS的 11 条指令 二 实验要求 1 使用 Logisim完成数据通路 控制器的设计与实现 2 完成整个处理器的集成与验证 3 撰写实验报告 并提交电路源文件 三 实验环境 VMware Workstations Pro Windows XP 操作方法与实验步骤 1 数据通路的设计与实现 数据通路主要由NPC 指令存储器 32 位寄存器文件 立即数扩展部件 ALU 数据存储器构成 其中指令存储器和数据存储器可直接调用软件库中的ROM 和 RAM 元件直接完成 其余部件的 设计如图所示 图NPC 图32 位寄存器 图立即数扩展部件 图ALU 2 控制器的设计与实现 控制器的主要设计思想如图所示 图 控制器设计思想 通过列真值表得到控制器的两部分电路 真值表如下 输入 000000001101100011101011000100000010 输出 R typeORILWSWBEQJUMP RegDst100 xxx ALUSrc01110 x MemtoReg001xxx RegWrite111000 MemWrite000100 Branch000010 Jump000001 Extopx0111x ALUop210000 x ALUop1x100 xx ALUop0 x0001x ALUop 2 0 Funct 3 0 指令ALUctr 2 0 1110000add010 1110010sub110 1110100and000 1110101or001 1111010slt111 010 xxxxori001 000 xxxxLw sw010 011xxxxbeq110 表控制器设计真值表 图控制器 3 处理器的集成与验证 集成 将各个部件按要求链接 具体方式如图所示 图 CPU 验证 将指令的16 进制表示输入指令存储器 运行后记录寄存器中的数据与标准值进行对照 图 寄存器对照值 图寄存器实际运行值 由上两图对照可得CPU的功能实现成功