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MIPS指令五级流水CPU设计剖析MIPS指令五级流水CPU设计是一种高性能的处理器设计架构，它将指令的执行过程拆分为五个阶段，并且在每个阶段中可以同时处理多条指令，实现了指令级并行处理。
在这种设计中，分别是取指（Instruction Fetch）、译码（Instruction Decode）、执行（Execute）、访存（Memory Access）和写回（Write Back）这五个阶段。
在MIPS指令五级流水CPU设计中，首先是取指（Instruction Fetch）阶段，这是整个处理器开始处理一条指令的阶段。
在这个阶段，处理器从指令存储器中读取即将执行的指令，并将其送入流水线中。
这个阶段还会包括对指令地址的计算和异常处理的操作。
当一条指令流入流水线后，处理器就会进行下一个阶段的操作。
接下来是译码（Instruction Decode）阶段，这个阶段主要是将取到的指令进行解码，确定指令的操作类型和需要操作的寄存器等信息。
在这个阶段，会根据指令的不同分支到不同的功能单元中处理。
同时还会识别指令之间的数据相关性，以便在后续阶段进行相应的控制。
第三个阶段是执行（Execute）阶段，在这个阶段，CPU执行指令的操作，进行算数运算或逻辑运算，或者进行跳转等控制操作。
在这个阶段，CPU还将从寄存器文件中读取数据，并进行相应的运算。
这个阶段涉及到的计算量比较大，所以需要比较多的时钟周期来完成。
接下来是访存（Memory Access）阶段，这个阶段主要是处理访问数据内存的操作，比如从数据内存中读取数据，或将结果写入数据内存等。
在这个阶段，处理器还会涉及到访存相关的操作，比如缓存机制的处理等。
这个阶段的操作通常是比较高速的存储器操作。
最后是写回（Write Back）阶段，这个阶段是处理器的最后一个阶段，处理器将执行结果写回到寄存器文件中，或进行其他相关的操作。
这个阶段可以认为是指令执行的结束阶段，对前面四个阶段产生的结果进行最终的处理。
mips中为了减少停顿采用的技术MIPS是一种常用的指令集架构，它采用了一系列的技术来优化指令的执行过程，从而减少停顿，提高程序的执行效率。
本文将介绍MIPS中为了减少停顿所采用的一些技术。
一、流水线技术流水线技术是指将指令的执行过程分为若干个阶段，然后将不同指令的不同阶段交错在一起，从而使得多条指令可以同时执行，提高了程序的执行效率。
MIPS中采用了五级流水线技术，将指令的执行过程分为取指阶段、译码阶段、执行阶段、访存阶段和写回阶段。
这样，每条指令在执行时都可以同时进行不同的阶段，从而提高了程序的执行效率。
二、分支预测技术分支指令是指在程序执行过程中需要根据条件进行跳转的指令。
在MIPS中，分支指令的执行会影响到流水线的执行顺序，从而导致停顿的发生。
为了减少这种停顿，MIPS采用了分支预测技术。
分支预测技术是指根据历史执行情况，对分支指令的跳转方向进行预测。
如果预测正确，程序可以继续执行；如果预测错误，程序会回滚到分支指令的位置重新执行。
通过这种技术，可以减少分支指令带来的停顿，提高程序的执行效率。
三、乱序执行技术乱序执行技术是指在流水线执行过程中，根据指令之间的依赖关系，动态调整指令的执行顺序，从而减少停顿的发生。
MIPS中采用了乱序执行技术，将指令的执行顺序动态调整，使得不同指令之间的依赖关系得到了更好的处理。
通过这种技术，可以充分利用流水线的并行性，提高程序的执行效率。
四、多发射技术多发射技术是指在一个时钟周期内同时发射多条指令，从而提高程序的执行效率。
MIPS中采用了多发射技术，将流水线分为多个单元，并且每个单元都可以发射一条指令。
通过这种技术，可以使得多条指令可以同时执行，提高程序的执行效率。
五、数据前推技术数据前推技术是指在指令执行过程中，将计算结果直接传递给需要使用这个结果的指令，从而减少停顿的发生。
MIPS中采用了数据前推技术，将计算结果直接传递给需要使用这个结果的指令，从而避免了停顿的发生，提高了程序的执行效率。
MIPS指令多周期CPU设计MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种经典的指令集架构，也是一种常用的计算机体系结构之一、在本文中，将介绍如何设计一个多周期CPU来执行MIPS指令。
多周期CPU是一种在各个阶段使用不同时钟周期数的中央处理器设计。
其核心思想是将指令处理过程划分为若干个阶段，每个阶段由单独的硬件电路来执行。
通过这种方式，可以提高CPU的效率和性能。
下面将逐步介绍多周期CPU的设计步骤：1. 指令存储器（Instruction Memory）：首先，需要设计一个指令存储器，用于存储MIPS指令。
指令存储器通常使用随机存取存储器（Random Access Memory, RAM），可以通过指令地址来读取指令。
2. 指令解码（Instruction Decode）：在该阶段中，需要将从指令存储器中读取的指令进行解码。
解码的目的是确定指令的类型以及操作数的位置。
根据指令的类型，还需要通过控制信号来决定执行的下一步操作。
3. 寄存器读取（Register Read）：在这个阶段中，需要从寄存器文件中读取操作数。
MIPS架构中有32个通用寄存器，它们存储着变量和数据。
4. 执行（Execute）：在这个阶段中，需要执行指令的操作。
具体的操作取决于指令的类型。
例如，加法操作需要将操作数相加，存储结果。
5. 存储器访问（Memory Access）：在这个阶段中，需要进行内存访问操作。
MIPS架构中，可以使用lw（load word）指令将数据从内存中加载到寄存器中，使用sw（store word）指令将数据从寄存器中存储到内存中。
6. 寄存器写入（Register Write）：在这个阶段中，需要将执行阶段的结果写入到寄存器文件中。
以上是多周期CPU的基本设计流程。
在设计过程中，还需要考虑异常处理和分支跳转等特殊情况。
MIPS指令五级流水CPU设计剖析MIPS指令五级流水将指令的执行过程划分为取指（Instruction Fetch, IF）、译码（Instruction Decode, ID）、执行（Execution, EX）、访存（Memory Access, MEM）和写回（Write Back, WB）五个阶段。
每个阶段由一个独立的硬件逻辑电路实现，这样指令可以在同一时间在不同阶段同时执行，从而提高了CPU的吞吐量。
在取指阶段，CPU从指令缓存（Instruction Cache）中读取指令，并将其送入指令译码阶段。
取指阶段主要包括以下几个步骤：首先，CPU从PC寄存器中读取下一条指令的地址；然后，CPU将这个地址发送到指令缓存中，读取对应的指令；最后，CPU将读取到的指令送入译码阶段。
在译码阶段，CPU对指令进行译码，确定指令的类型和操作数，并将这些信息传递给执行阶段。
译码阶段主要包括以下几个步骤：首先，CPU从指令中解析出操作码和操作数；然后，CPU根据操作码确定指令的类型，并确定需要使用的操作数；最后，CPU将指令类型和操作数传递给执行阶段。
在执行阶段，CPU执行指令的实际操作，并计算结果。
执行阶段主要包括以下几个步骤：首先，CPU根据指令类型和操作数进行相应的运算；然后，CPU将计算结果传递给访存阶段或写回阶段，具体传递给哪个阶段取决于指令的类型；最后，CPU将执行完成的指令从流水线中清除。
在访存阶段，CPU将数据存储到内存或从内存中读取数据，并将数据传递给下一个阶段。
访存阶段主要包括以下几个步骤：首先，CPU将执行阶段产生的数据存储到内存；然后，CPU从内存中读取数据；最后，CPU将读取到的数据传递给写回阶段或下一个指令的取指阶段。
在写回阶段，CPU将执行阶段产生的结果写回到寄存器文件（Register File）中，以保存计算结果。
写回阶段主要包括以下几个步骤：首先，CPU将执行阶段产生的结果写入寄存器文件；然后，CPU更新PC寄存器的值，以指向下一条需要执行的指令；最后，CPU将流水线上所有已经执行完成的指令清除。
MIPS芯片架构说明MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）即无竞争流水线微处理器，是一种精简指令集（RISC）的芯片架构。
MIPS 架构由美国斯坦福大学的约翰·亨尼西等人于1981年提出，并于1984年成立MIPS公司进行商业化开发和推广。
MIPS架构在计算机领域有着广泛的应用，尤其在网络设备、数字视频处理、嵌入式系统等领域具有重要地位。
MIPS架构的设计理念是简化指令集，提高流水线效率，以提供高性能和高效能的微处理器。
MIPS指令集体系结构的特征包括：固定长度的32位指令；寄存器-寻址模式；延迟槽；无跳转偏移；定长延迟分支；乱序执行指令流水线；五级流水线等。
MIPS指令集是一种精简的指令集，通过减少指令种类、规定固定的指令格式和长度，以及简化指令的操作模式，达到提高指令执行效率的目的。
MIPS指令集包括加载存储指令，算术逻辑运算指令，分支和跳转指令，协处理器指令等。
MIPS架构采用寄存器-寻址模式来访问数据。
寄存器-寻址模式是指通过指定寄存器的编号来操作数据，而不是通过指定内存地址。
MIPS架构提供了32个通用寄存器，用于存储数据和中间结果，通过对寄存器的操作来实现数据的传输和计算。
这种设计简化了指令的编码和执行，提高了指令执行的效率。
MIPS架构中的延迟槽是指在条件分支指令后的一条或多条指令，不管条件是否满足都会执行。
延迟槽的设计可以充分利用流水线的性能，但需要程序员进行特殊的处理，以确保延迟槽的指令在分支满足或不满足时都能正确执行。
MIPS架构的指令集中，分支和跳转指令的目标地址是相对于当前指令的偏移地址。
相对地址的设计简化了指令的编码和目标地址的计算，提高了指令的执行效率。
MIPS架构中的乱序执行指令流水线是指将多条指令按照最大并行度进行重排序，在这个过程中可能会引入数据依赖、资源竞争等问题。
为了解决这些问题，MIPS架构采取了一系列的措施，如指令重排序、数据前推、动态分支预测等，以提高指令的并行度和流水线的效率。
MIPS体系结构中SIMD指令集的设计与实现研究MIPS是一种常见的RISC处理器架构，以其低功耗、高性能和可伸缩性而在各个领域被广泛应用。
SIMD（Single Instruction Multiple Data）是一种并行计算的方式，能够高效地实现相同的操作在一组数据上同时进行。
本文将介绍MIPS体系结构中SIMD指令集的设计与实现研究。
一、MIPS架构的特点MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）处理器架构以其精简和高效而被广泛应用于各个领域。
MIPS的主要特点包括：1、RISC架构：MIPS的指令集非常精简，指令长度固定，执行速度快，具有低功耗、高性能、易于设计等优点。
2、流水线技术：MIPS采用了5级流水线技术，即取指、译码、执行、访存和写回。
这种流水线技术可以充分利用并行计算的特性，加速指令的执行，提高系统的吞吐量。
3、延迟槽：MIPS的延迟槽是指在指令执行之前，下一条指令已经被取出并放置在延迟槽中等待执行。
这种设计可以提高流水线的效率，避免流水线停顿等待下一条指令。
二、SIMD指令集的设计与实现SIMD指令集是一种高效的并行计算技术，它能够在一条指令的作用下对多个数据进行相同的操作。
这种技术在图像、音频、视频处理等应用领域中被广泛应用。
MIPS体系结构中的SIMD指令集被称为MD（MIPS Digital Media）指令集，其设计和实现主要从以下几个方面展开：1、SIMD指令集的定义：MD指令集定义了一组可以在同一时钟周期内对多个数据进行操作的指令。
MD指令可以执行多个数据的算术、逻辑、比较和位移等操作。
2、MD指令集对MIPS指令集的扩展：MD指令集对MIPS指令集进行了扩展，新增了30多条指令，用来支持MD指令集的实现。
3、MD指令集的硬件实现：为了支持MD指令集，MIPS架构的处理器需要增加SIMD功能单元。
MIPS指令五级流水CPU设计资料1.指令和指令流水线MIPS指令集包含大约50条指令，包括算术/逻辑操作、存储器操作、分支和跳转等。
五级流水线是一种用于加速指令处理的技术，将指令执行过程划分为五个阶段：取指（Instruction Fetch, IF）、译码（Instruction Decode, ID）、执行（Execution, EX）、访存（Memory Access, MEM）和写回（Write Back, WB）。
2.数据通路和控制信号3.流水线冲突在流水线处理器中，常见的冲突有结构冲突、数据冲突和控制冲突。
结构冲突是由于多个指令需要同时访问同一个硬件资源而引起的，例如两个指令同时需要访问寄存器堆。
数据冲突是由于指令之间存在依赖关系而引起的，例如一条指令需要使用前一条指令的结果作为操作数。
控制冲突是由于分支指令的执行导致流水线中的指令不按顺序执行。
4.冲突解决技术为了解决流水线冲突，可以采用以下技术：延迟槽、旁路、分支预测和动态调度。
延迟槽是将分支指令后面的一条指令当作分支指令的一部分，使得分支指令的下一条指令能够在分支决策前执行。
旁路技术用于解决数据冲突，将计算结果旁路给后续指令使用。
分支预测技术用于解决控制冲突，根据过去的分支历史进行预测。
动态调度技术则根据指令的真实执行情况来进行调度，以最大程度地减少冲突。
5.性能优化为了提高CPU的性能，可以采取一些优化技术，例如流水线分段、超标量和超流水线。
流水线分段将指令流水线划分为多个段，使得每个段可以并行工作，提高指令的吞吐量。
超标量技术引入多个功能单元来同时执行多条指令，提高指令的并行度。
超流水线技术则进一步增加流水线的级数，以提高指令的处理速度。
总结：MIPS指令五级流水线CPU是一种高效的处理器设计，它采用五级流水线来加速指令处理，并通过解决流水线冲突来提高指令执行的效率。
该CPU的设计需要考虑数据通路和控制信号，以及解决冲突的技术和性能优化的方法。
2018 年软件2018,V〇1.39,N o. 8第 39 卷第 8 期COMPUTER ENGINEERING&SOFTWARE国际IT 传媒品牌基金项玛办文基于M IPS架构的多周期CPU设计柳成，荣静(扬州大学广陵学院，江苏扬州225000)摘要：为了提高多周期C P U流水线的效率，在指令存储器和数据存储器的数据读取中设计发送地址在上升 沿、读取数据在下降沿，从而实现译码和访存在一个周期内完成。
在取指级不再单独设置加法器，把PC+4放在ALU 中完成。
通过大量的多路选择器与数据交互总线来进行数据联通。
采用VerilogHDL语言设计出CPU，并在VIVADO 平台上实现仿真，最后通过龙芯公司的LS-CPU-EXB-002试验箱来进行验证，结果表明所设计的多周期C P U的有 效性。
关键词：流水线；V e r ilo g H D L;多周期C PU; L S-C P U-E X B-002试验箱中图分类号：TP332 文献标识码：A D O I: 10.3969/j.issn.l003-6970.2018.08.009本文著录格式：柳成，荣静•基于M IP S架构的多周期C P U设计[J].软件，2018, 39 (8):40-44Design of Multi-cycle CPU Based on MIPS ArchitectureLIU Cheng, RONG Jing(Guangling College ofYangzhou University, Yangzhou225000)【Abstract】：In order to improve the efficiency of the multi-cycle CPU pipeline,the designation of the sending ad-dress is on the rising edge and the reading data is on the falling edge in the data reading of the instruction memory and the data memory,so that the decoding and the access are completed in one cycle.The adder is no longer set separately at the fetch level，and PC+4 is placed in the ALU.Data communication is performed through a large number of multiplexers and data exchange buses.The CPU was designed using Verilog HDL language,and the simulation was implemented on the VIVADO platform.Finally,the verification was performed by the companyf s LS-CPU-EXB-002 test box.The results showed the effectiveness of the designed multi-cycle CPU.【Key words】：Pipeline;Verilog HDL;Multi-cycle CPU;LS-CPU-EXB-002 test box0引言M IPS架构是为流水线而生，每条M IPS指令的 执行分为五个部分，每一个部分为一个流水级。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010958681.8(22)申请日 2020.09.14(71)申请人 西北工业大学地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人 唐家祺 画佳恒 王硕 马可 刘耀坤 王澍 王喜平 何成骋 姚远 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心61204代理人 刘新琼(51)Int.Cl.G06F 30/32(2020.01)G06F 9/30(2006.01)G06F 9/32(2006.01)(54)发明名称一种基于MIPS32指令系统的三级流水线CPU设计方法(57)摘要本发明涉及一种基于MIPS32指令系统的三级流水线CPU设计方法，其中在三级流水线实现的过程中，提出了一个新颖的逻辑结构使得三级流水线正常工作与运行，其通过取值、移码与执行三个阶段，并使用插入其中的流水线寄存器控制与记录每一级产生的新的信息，相比于五级流水线来说，其逻辑结构更为简单，使得其具有更快的时钟频率。
同时，由于只需要对极少的指令冒险和数据冒险，所以旁路设计逻辑简单，可以一定程度上提升指令的处理器的时钟频率和运行速度。
权利要求书1页 说明书26页 附图5页CN 112182999 A 2021.01.05C N 112182999A1.一种基于MIPS32指令系统的三级流水线CPU设计方法，其特征在于：三级流水线由两个流水线寄存器和在其三个流水级中插入的模块构成；三级流水线CPU的运行过程由取指令、译码和执行三级组成；其流水情况为：CLK 12345INS1IF DECODE EXEINS2 IF DECODE EXEINS3 IF DECODE EXE其中：IF——取指令DECODE——译码EXE——执行CLK——时钟节拍数INS——指令所述的取指令过程：首先由多路选择器模块MUX1选择适合的PC值，将其PC值发送给对应的PC模块，PC模块再将对应的地址转送给指令存储器，进行取地址操作，除此之外，再将地址存入下一级流水线寄存器中；当指令存储器收到指令对应的地址时，进行取指令操作，将这一拍取出的指令存入下一级流水线寄存器中；所述的译码过程：指令被送译码器中，根据所拥有的指令不同生成不同的控制信号，这些控制信号将帮助执行指令时保证指令正常运行，构成了指令的控制通路，将这些信号存入下一级流水线寄存器中；同时，指令信号被分段传输入寄存器文件中，这些信号是寄存器的索引，通过索引读出数据，将数据存入下一级流水线寄存器中；同时，还有部分信号和数据是直接在指令中包含的，通过前一级的流水线寄存器将其取出，然后导入下一级流水线寄存器中；所述的执行过程：流水线寄存器发出所有的数据信号和控制信号，他们将完成指令最终的操作，并将结果传回PC模块中；在直接跳转单元中，指令完成的是跳转地址的计算与选择操作，将最终地址传回多路选择器MUX1后，通过控制信号选择接下来的地址传入PC中；在算数逻辑运算单元模块ALU中，完成的是算数计算指令和逻辑运算指令，根据信号，将结果写回寄存器文件中；指令运行时可能发生异常，当异常发生时，异常处理模块将会改写指令的控制信号，使指令按照异常发生的控制信号进行运作，ALU或流水线寄存器将遇到的异常提交到协处理器单元CP0中，然后CPU会将这些进行处理；在Branch模块中，判断指令是否为分支跳转指令，视情况将不同的指令地址送入；流水线最后的多路选择器MUX2将选择何种数据写入寄存器文件；而多路选择器MUX3作用是判断是写入哪个寄存器文件中的寄存器。
mips 实验报告MIPS 实验报告摘要：本实验报告介绍了MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）处理器的基本结构和工作原理，以及在实验中对MIPS处理器进行了仿真和验证的过程和结果。
通过本次实验，我们深入了解了MIPS处理器的指令集架构、流水线设计和性能特点，同时也对计算机体系结构有了更深入的认识。
1. 背景MIPS处理器是一种经典的RISC（Reduced Instruction Set Computer）架构的处理器，其设计简洁高效，广泛应用于嵌入式系统和高性能计算领域。
MIPS处理器采用了五级流水线结构，包括取指、译码、执行、访存和写回等阶段，能够实现指令级并行和流水线加速，提高了处理器的运行效率和性能。
2. 实验目的本次实验旨在通过对MIPS处理器的仿真和验证，加深对计算机体系结构和处理器设计的理解，掌握MIPS指令集架构的特点和流水线设计的原理，培养学生的计算机系统分析和设计能力。
3. 实验内容本次实验主要包括以下内容：（1）MIPS处理器的指令集架构和寄存器组设计；（2）MIPS处理器的流水线结构和控制信号设计；（3）使用Verilog HDL对MIPS处理器进行建模和仿真；（4）通过仿真验证MIPS处理器的正确性和性能。
4. 实验步骤（1）熟悉MIPS指令集架构和寄存器组设计；（2）设计MIPS处理器的流水线结构和控制信号；（3）使用Verilog HDL对MIPS处理器进行建模和仿真；（4）编写测试程序，对MIPS处理器进行功能验证和性能评估；（5）分析仿真结果，验证MIPS处理器的正确性和性能。
5. 实验结果通过对MIPS处理器的仿真和验证，我们得到了以下实验结果：（1）MIPS处理器能够正确执行各类指令，并能够实现指令级并行和流水线加速；（2）MIPS处理器的性能优秀，能够在较短的时钟周期内完成指令的执行；（3）MIPS处理器的流水线结构设计合理，能够有效提高处理器的运行效率和性能。
多级流水线处理器的设计和实现随着智能化时代的到来，人们对计算机处理速度和效率的需求越来越高。
多级流水线处理器因其高效、快速、可靠的特点被广泛应用于各种计算机和设备的设计中。
本文旨在讨论多级流水线处理器的设计和实现，介绍其基本原理以及实现方法。
一、多级流水线处理器的基本原理多级流水线处理器是一种将数据通路分为多个阶段、并行处理指令的计算机处理器结构。
其基本原理是将指令的操作分为多个阶段，每个阶段处理一种操作，并将每个阶段的结果传递给下一个阶段。
在这种处理方式下，每个阶段只需要集中处理自己的部分数据，而不是整个数据，这样可以极大地提高处理速度和效率。
基本的多级流水线处理器由以下几个阶段组成：1. 取指令（Fetch）：从存储器中读取指定地址的指令。
2. 指令译码（Decode）：对取得的指令进行译码处理。
3. 执行操作（Execute）：根据译码结果进行操作执行。
4. 存储结果（Store）：将执行结果存储到存储器中。
多级流水线处理器每个阶段的执行都是独立的，因此可以使用不同的硬件和指令集架构。
当一个指令的执行被分解为多个阶段后，每个阶段既可以使用不同的处理器，也可以由同一个处理器完成。
这种处理方式使得多级流水线处理器可以在处理器中间隔着CLOC的时钟周期内执行多个指令，从而极大地提高了计算机的操作速度和效率。
二、多级流水线处理器的实现方法多级流水线处理器最基本的实现方法是采用硬件插件，将每个阶段所需的硬件组合在一起。
这种实现方式可以根据具体的处理需求和指令集架构灵活的组合硬件，减少芯片的面积和功耗。
同时，硬件插件的实现方式也能够大大提升处理器的性能，因为在处理器执行时，硬件的处理速度是的软件的执行速度的数百倍，因此通过硬件插件实现多级流水线处理器，计算机的处理能力会得到很大的提升。
除了硬件插件以外，多级流水线处理器还可以使用软件来实现。
软件实现的多级流水线处理器可以在不同的处理器和操作系统之间共享处理器资源，支持多个处理器同时处理任务，从而提高了计算机的性能和效率。
摘要CPU是计算机系统的核心部件，在各类信息终端中得到了广泛的应用。
处理器的设计及制造技术也是计算机技术的核心之一。
而MIPS 是世界上很流行的一种RISC处理器。
MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”（Microprocessor without interlocked piped stages），其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。
本文围绕着指令执行过程中需经历的五个阶段，详细描述了处理器中各阶段的逻辑设计及其相关功能模块的设计。
这五个阶段包括：取指令阶段IF，指令译码阶段ID，指令执行阶段EXE，存储器读写阶段MEM，寄存器写回阶段WB。
相关模块包括：程序存储器imem，控制单元controller，寄存器堆regfile，算术逻辑单元alu，数据存储器dmem。
在完成了CPU的整体逻辑设计后，通过Modelsim仿真软件在所设计的CPU上运行了测试程序，测试输出波形表明了处理器逻辑设计的正确性。
关键词：MIPS；处理器；流水线AbstractThe Central Processing Unit (CPU) is the key part of a computer, which has been widely used in various information terminals.Also, the design and manufacturing technology of the processor is one of the cores of the computer technology. And, as a RISC processor, MIPS is very popular in the world. MIPS means “microprocessor without interlocked piped stages”, the mechanism of it is to avoid the data-related problems in the pipeline as much as possible by software.Around the five stages of the instruction execution, the article describes the logic designs of the processor and it’s related functional modules in detail.The five stages include: the instruction fetch stage IF, the instruction decode stage ID, the instruction execution stage EXE, the memory read/write stage MEM, and the register write back stage WB. The related modules include: the instruction memory imem, the control unit controller, the register file regfile, the arithmetic logic unit alu, and the data memory dmem.Upon the completion of the whole logic designs, running the test programs by the Modelsim, the correctness of the logic designs is proved by the output waveform.Keywords: MIPS, CPU, Pipeline目录摘要 (I)Abstract (II)目录.............................................................................................. I II 第1章MIPS体系结构概述.. (1)1.1 流水线技术 (1)1.2 RISC技术 (2)1.3 MIPS简介 (4)1.4 MIPS指令集 (5)1.5 本章小结 (10)第2章MIPS处理器的实现 (11)2.1 MIPS CPU顶层结构 (11)2.2 IF级 (13)2.3 ID级 (14)2.4 EXE级 (16)2.5 MEM级 (17)2.6 WB级 (19)2.7 外部数据输入中断 (19)2.8 本章小结 (20)第3章流水线CPU的仿真 (21)3.1 流水线CPU的指令仿真 (21)3.2 本章小结 (37)第4章总结和展望 (38)参考文献 (39)致谢 (40)附录1 英文文献 (41)附录2 中文译文 (48)附录3 主要模块代码 (54)第1章MIPS体系结构概述1.1 流水线技术在任一条指令的执行过程中，各个功能部件都会随着指令执行的进程而呈现出时忙时闲的现象。
