《计算机组成原理与接口技术实验》
实验报告
学院名称 | ： | |
学生姓名 | ： | |
学号 | ： | |
专业（班级） | ： | |
合作者 | ： | |
时间 | ： | 2016 | 年 | 4 | 月2012北京高考理综 | 25 | 日 |
| | honorific | | | | | |
一. 实验目的
1. 掌握单周期CPU数据通路图的构成、原理及其设计方法；
2. 掌握单周期CPU的实现方法，代码实现方法；
3. 认识和掌握指令与CPU的关系；
4. 掌握测试单周期CPU的方法。
二. 实验内容
设计一个单周期CPU，该CPU至少能实现以下指令功能操作。需设计的指令与格式如下：
==> 算术运算指令
（1）add rd , rs, rt （说明：以助记符表示，是汇编指令；以代码表示，是机器指令）
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天津外语培训000000 | rs(5位) | rt(5位) | rd(5位) | rerved |
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功能：rd←rs + rt。rerved为预留部分，即未用，一般填“0”。
（2）addi rt , rs ,immediate
000001 | rs(5位) | rt(5位) | immediate(16位) |
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拟真台球
功能：rt←rs + (sign-extend)immediate；immediate符号扩展再参加“加”运算。
（3）sub rd , rs , rt
000010 | rs(5位) | rt(5位) | rd(5位) 高中数学教科书 | rerved |
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完成功能：rd←rs - rt
==> 逻辑运算指令
（4）ori rt , rs ,immediate
010000 | rs(5位) | rt(5位) | immediate(16位) |
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功能：rt←rs | (zero-extend)immediate；immediate做“0”扩展再参加“或”运算。
（5）and rd , rs , rt
010001 | rs(5位) | rt(5位) | rd(5位) | rerved |
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功能：rd←rs & rt；逻辑与运算。
（6）or rd , rs , rt
010010 | rs(5位) | rt(5位) | rd(5位) | rerved |
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功能：rd←rs | rt；逻辑或运算。
==> 传送指令
（7）move rd , rs
100000 | rs(5位) | 00000 | rd(5位) | rerved |
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功能：rd←rs + $0 ；$0=$zero=0。
==> 存储器读/写指令
（8）sw rt ,immediate(rs) 写存储器
trigger线
mtl100110 | rs(5位) | 现场管理工作总结 rt(5位) | immediate(16位) |
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功能：memory[rs+ (sign-extend)immediate]←rt；immediate符号扩展再相加。
祝我生日快乐英文（9) lw rt , immediate(rs) 读存储器
100111 | rs(5位) | rt(5位) | immediate(16位) |
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功能：rt ← memory[rs + (sign-extend)immediate]；immediate符号扩展再相加。
==> 分支指令
（10）beq rs,rt,immediate
110000 | rs(5位) | rt(5位) | immediate(位移量，16位) |
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功能：if(rs=rt) pc←pc + 4 + (sign-extend)immediate <<2；
特别说明：immediate是从PC+4地址开始和转移到的指令之间指令条数。immediate符号扩展之后左移2位再相加。为什么要左移2位？由于跳转到的指令地址肯定是4的倍数（每条指令占4个字节），最低两位是“00”，因此将immediate放进指令码中的时候，是右移了2位的，也就是以上说的“指令之间指令条数”。
==> 停机指令
（11）halt
111111 | 00000000000000000000000000(26位) |
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功能：停机；不改变PC的值，PC保持不变。
三. 实验原理
单周期CPU指的是一条指令的执行在一个时钟周期内完成，然后开始下一条指令的执行，
即一条指令用一个时钟周期完成。电平从低到高变化的瞬间称为时钟上升沿，两个相邻时钟上升沿之间的时间间隔称为一个时钟周期。时钟周期一般也称振荡周期（如果晶振的输出没有经过分频就直接作为CPU的工作时钟，则时钟周期就等于振荡周期。若振荡周期经二分频后形成时钟脉冲信号作为CPU的工作时钟，这样，时钟周期就是振荡周期的两倍。）
