湘潭大学计算机原理实验三多周期MIPSCPU的控制部件预习报告

湘潭大学计算机原理实验三多周期MIPSCPU的控制部件预习报告实验三多周期MIPS CPU的控制部件实验用有限状态机实现多周期CPU的控制部件一．实验目的1、了解MIPS—CPU控制器的功能和工作原理；2、掌握用有限状态机技术实现多周期控制器的方法；3、熟练掌握用Verilog HDL语言设计多周期控制器的方法；4、熟练掌握对多周期控制器的仿真实验验证和硬件测试两种调试方法；5、掌握向MIPS-CPU顶层数据通路中增加控制单元的方法，并通过仿真验证和硬件测试两种方法对电路进行故障定位的调试技术。

二．实验内容（1）MIPS—CPU控制器的有限状态机设计，根据MIPS—CPU 各种类型指令执行要求和有限状态机的设计原理，将多周期控制器的指令执行划分为多个状态，确定每一种指令的有限状态机，最后归纳为完整的多周期控制器有限状态机。

通过Verilog HDL语言实现多周期控制器有限状态机。

（2）根据MIPS—CPU控制器的接口要求，在有限状态机的基础上，用Verilog HDL实现完整的MIPS—CPU控制器的设计，并根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；（3）设计控制器的硬件下载测试方案。

将编译通过的电路下载到实验台中。

根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序重新编译；最终完成控制器的硬件电路设计；（4）在MIPS—CPU指令系统的数据通路基础上，增加控制单元电路，并进行编译，仿真波形和调试。

根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；（5）对增加了控制单元的顶层数据通路设计硬件下载测试方案。

将编译通过的电路下载到实验台中。

根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；最终完成增加了控制单元的顶层数据通路设计。

三．实验原理与步骤1.把指令执行分成多个阶段，每个阶段在一个时钟周期内完成（1）.时钟周期以最复杂阶段所花时间为准（2）.尽量分成大致相等的若干阶段（3）.每个阶段内最多只能完成：1次访存或1次寄存器堆读/写或1次ALU2.每步都设置相应的存储元件，执行结果都在下个时钟开始保存到相应单元3.认真阅读书上的控制部件代码后，将其按照电路图进行拆分，拆分为三个部件，并在顶层模块中连接线路。

mips运算器设计的实验报告MIPS运算器设计的实验报告在计算机科学领域，MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种常见的指令集架构，被广泛用于教学和研究。

MIPS运算器设计实验旨在通过实际操作，加深对MIPS指令集的理解，提高学生的计算机系统设计能力。

实验开始前需要明确设计的目标和功能需求。

在设计MIPS运算器时，需要考虑指令的执行流程、寄存器的设计、ALU的功能等关键要素。

设计者应该清楚每条指令的操作码、操作数及操作结果的存储位置，确保整个运算器的功能正常实现。

根据设计要求，搭建MIPS运算器的硬件结构。

在硬件设计中，需要考虑到时钟频率、数据通路的连接、控制信号的传输等方面。

合理的硬件设计是保证运算器正常运行的基础，需要对各个模块进行充分测试和调试，确保整个系统的稳定性和可靠性。

接着，进行指令集的编码和解码工作。

MIPS指令集包括常见的算术运算指令、逻辑运算指令、分支跳转指令等，设计者需要为每条指令赋予唯一的操作码，并实现指令的编码和解码功能。

编码和解码的准确性直接影响到指令的执行结果，需要仔细检查和验证每条指令的功能和操作。

进行仿真和调试工作。

通过仿真软件模拟MIPS运算器的运行过程，检查指令执行的正确性和时序的准确性。

在调试过程中，需要重点关注指令执行的过程中是否存在冲突和错误，及时修改和优化设计方案，确保运算器的功能完整和稳定。

总的来说，通过设计MIPS运算器的实验，可以帮助学生深入理解计算机系统的结构和工作原理，提高他们的设计和调试能力，培养他们的团队合作和问题解决能力。

同时，这也是一个很好的实践机会，让学生将理论知识应用到实际项目中，提升他们的综合素质和创新能力。

希望通过这样的实验，能够激发学生对计算机科学的兴趣，培养他们对技术研究的热情，为未来的科技发展做出贡献。

多周期M I P S微程序实验目的◼掌握多周期MIPS CPU设计原理◼掌握微程序控制器设计的基本原理◼利用微程序控制器的设计实现多周期MIPS处理器◼主要任务☐绘制多周期MIPS CPU数据通路☐实现微程序控制器☐测试联调核心指令集8条（可实现内存区域冒泡排序）#MIPS指令RTL功能描述1add$rd,$rs,$rt R[$rd]←R[$rs]+R[$rt]溢出时产生异常，且不修改R[$rd] 2slt$rd,$rs,$rt R[$rd]←R[$rs]<R[$rt]小于置1，有符号比较3addi$rt,$rs,imm R[$rt]←R[$rs]+SignExt(imm)溢出产生异常16b4lw$rt,imm($rs)R[$rt]←Mem4B(R[$rs]+SignExt16b(imm))5sw$rt,imm($rs)Mem4B(R[$rs]+SignExt16b(imm))←R[$rt]6beq$rs,$rt,imm if(R[$rs]=R[$rt])PC←PC+SignExt18b({imm,00})7bne$rs,$rt,imm if(R[$rs]!=R[$rt])PC←PC+SignExt18b({imm,00})8syscall系统调用，这里用于停机多周期MIPS CPU 数据通路参考A L UENCLK31:265:001Addr InstrData15:015:1120:1625:21Sign ExtendR1#R2#W#WDWER1R2RegisterFileA BSignImm4<<2SrcASrcBEqualAluResultCAluoutEN控制器FuncOp 01rsrtrdCLKCLKCLKCLKCLKCLKIRDRIorD IRWriteMemWrite PCWrite Branch PCSrc AluOp ALUSrcB ALUSrcA RegWritePCEnRegDst MemtoRegPC00011011010101WE RD AMemoryWDCLK步骤1：构建多周期MIPS CPU数据通路◼在MIPS多周期CPU（微程序）子电路中，利用如下组件构建CPU数据通路☐PC、MEM、IR、DR、RegFile、ALU、Controller步骤2：设计微程序控制器◼输入信号◼指令字Opcode，Func字段（12位）◼时钟信号、复位信号◼输出信号◼多路选择器选择信号◼内存访问控制信号◼寄存器写使能信号◼运算器控制信号、指令译码信号控制信号功能说明（8条核心指令集）#控制信号信号说明产生条件1PCWrite PC写使能控制取指令周期，分支指令执行2IorD指令还是数据0表示指令，1表示数据3IRwrite指令寄存器写使能高电平有效4MemWrite写内存控制信号sw指令5MemRead读内存控制信号lw指令取指令6Beq Beq指令译码信号Beq指令7Bne Bne指令译码信号Bne指令8PcSrc PC输入来源顺序寻址还是跳跃寻址9AluOP运算器操作控制符4位ALU_Control控制，00加，01减，10由Funct定10AluSrcA运算器第一输入选择11AluSrcB运算器第二输入选择Lw指令，sw指令，addi12RegWrite寄存器写使能控制信号寄存器写回信号13RegDst写入寄存器选择控制信号R型指令14MemToReg写入寄存器的数据来自存储器lw指令◼载入微程序，设计地址转移逻辑下址字段逻辑微指令译码阶段地址转移逻辑◼打开CPU.circ打开多周期微程序控制器电路◼首先完成如下电路逻辑：指令译码、ALU控制2.实现微程序地址转移逻辑◼填写微程序地址入口表（Excel表微程序地址转移逻辑自动生成.xlsx）☐左侧是译码信号，右侧是对应类型指令对应的入口地址，地址转移逻辑会自动生成◼自动生成微程序地址转移逻辑子电路☐Logisim的分析电路功能Project →Analyze CircuitR_Type ADDI LW SW BEQ BNE SYSCALL 入口地址10进制S3S2S1S0170111 1111011 1910011111机器指令译码信号微程序入口地址构建指令状态变换图◼一个状态对应一个时钟周期◼一个状态对应一条微指令◼状态值对应微指令地址3.根据状态图构建微程序◼状态值→微指令地址◼不同状态→微控制信号、P字段设置、下址字段→微指令→微程序微指令、微程序自动生成Excel表格步骤3：CPU测试◼在存储器中载入排序程序sort.hex◼时钟自动仿真，Windows：Ctrl+k Mac: command+k运行程序◼程序停机后，查看数据存储器中排序情况，有符号降序排列下节课再见…。

mips运算器设计的实验报告
MIPS运算器设计的实验报告
MIPS运算器是一种使用MIPS指令集进行运算的微型计算机。

它是一个重要的数字逻辑电路设计实验，能够让我们深入了解计算机的内部结构、运算的实现原理和操作系统等重要的概念。

本文将简要介绍MIPS运算器的设计原理和实验过程。

首先，MIPS运算器的设计由以下六个部分组成：存储器、CPU、输入控制器、输出控制器、时钟和调试器。

存储器包括一个程序存储器和一个数据存储器，分别用于存储程序和数据。

CPU包括ALU和寄存器，用于处理运算。

输入控制器用于控制输入设备，输出控制器用于控制输出设备，时钟用于同步和计时，调试器用于调试程序。

其次，在设计MIPS运算器时，我们采用了门级逻辑的方法。

首先，我们先根据MIPS指令集定义CPU的指令格式和指令编码，然后使用Karnaugh图和布尔代数等方法进行逻辑门电路的设计和优化，最终实现电路的硬件描述语言（HDL）编写和模拟仿真。

最后，我们进行了一系列实验验证了MIPS运算器的正确性和性能。

我们通过加载不同的程序和数据，进行了各种不同的运算测试，包括加、减、乘、除、与、或、异或、移位等运算，同时还测试了运算器的运行速度和存储器的容量等性能
指标。

实验结果表明，MIPS运算器的设计符合MIPS指令集的规范，功能完备，性能稳定，能够满足各种不同的运算需求。

总之，MIPS运算器是一款非常实用且具有挑战性的数字逻辑电路设计实验，它可以让我们更好地理解计算机的原理和操作系统等重要的概念，同时也能够培养我们的动手能力和解决问题的能力。

实验四多周期MIPS CPU +存储器实验一．实验目的1、深入理解MIPS—CPU指令系统的功能和工作原理；2、掌握多周期CPU的工作原理和逻辑功能实现；3、熟练掌握用Verilog HDL语言设计多周期存储器的方法；4、熟练掌握对多周期存储器的仿真实验验证和硬件测试两种调试方法；5、通过对多周期CPU的运行情况进行观察和分析，进一步加深理解。

二．实验设备硬件：现代计算机组成原理实验系统（兼）Nios 32位嵌入式系统实验开发平台EP1C12Q240Core（TM）i3-3240 CPU@3.40GHz 3.39GHz 1.91GB的内存软件：QuartusII 13.0sp1Microsoft Windows xp三．实验内容1、设计一个32位MIPS多周期CPU具体的要求如下:至少运行下列的6类32条MIPS指令。

（1）算术逻辑指令and、sub、addi（2）逻辑运算指令and、0r、xor、andi、ori、xori（3）位移指令sll、srl、sra（4）条件分支指令beq、bne、（5）无条件跳转指令j、jr（6）数据传送指令lw、sw2.设计一个存储器四．实验原理与步骤实现上述原理框图根据功能将其分划分为控制单元(cunit)、执行单元(eunit)、指令单元(iunit)以及存储单元(munit)四大模块。

（1）.控制单元(cunit)是多周期微处理器的核心控制微处理器取指令、指令译码和指令执行等工作。

主要由指令译码器控制器(outputs control)、算术逻辑运算控制器(ALU control)两个子模块组成。

（2）.执行单元(eunit)主要由寄存器堆(registers)和算术逻辑单元(ALU)两个子模块组成。

其中寄存器是微处理器最基本的元素MIPS系统的寄存器堆由32个32位寄存器组成而ALU则是微处理器的主要功能部件执行加、减、比较等算术运算和与、或、或非、异或等逻辑运算。

CPU计算机组成原理实验报告实验名称：CPU计算机组成原理实验一、实验目的：1.了解计算机硬件的基本组成原理，特别是CPU的工作原理；2.掌握计算机的组装和调试技能；3.熟悉计算机操作系统的安装和配置方法；4.学习使用计算机进行基本的应用程序开发。

二、实验设备和材料：1.CPU主机：包括主板、CPU、内存、硬盘等；2.显示设备：显示器、键盘、鼠标等；3.软件：操作系统、开发工具等。

三、实验步骤：1.将主板、CPU、内存、硬盘等硬件组件组装到主机箱中，连接电源、显示器、键盘、鼠标等外设；2.打开电源，按照BIOS界面提示进行主板和硬件设置；3.插入操作系统安装光盘，根据安装界面提示进行操作系统的安装；4.安装完成后，进入操作系统，根据提示进行相应驱动程序的安装和配置；5.打开开发工具，进行编程实践。

四、实验结果与分析：通过以上步骤，成功组装了一台计算机并安装了操作系统。

在操作系统中，能够正常运行各种应用程序，并且能够进行编程开发。

通过实验，可以清楚地了解到计算机硬件的组成原理，特别是CPU的工作原理。

CPU 作为计算机的核心部件，负责指令的执行和数据的处理。

通过对CPU的组装和调试，可以更深入地了解其工作原理和操作方法。

五、实验心得与体会：通过实验，我对计算机硬件的组装和设置有了更深入的理解。

计算机硬件的组成非常复杂，需要我们仔细阅读说明书，按照步骤进行操作。

在实验过程中，我们学会了解决一些常见的硬件问题，如硬件不兼容、连接错误等。

此外，操作系统的安装和配置也是非常重要的一步，只有正确地安装和配置操作系统，才能保证计算机的正常运行。

通过这个实验，我不仅学到了理论知识，还锻炼了实际操作的能力。

计算机的组装和调试需要我们仔细、耐心地进行，一丝不苟地对待每一步操作。

只有掌握了计算机组成原理，才能更好地理解和应用计算机技术。

通过实验，我深刻地认识到计算机是一台高度复杂的机器，它可以帮助我们解决各种问题，提高工作效率。

计算机组成原理实验报告-MIPS指令系统和MIPS体系结构实验内容：二. 实验内容和步骤首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim 的指令系统。

（1）、启动MIPSsim。

（2）、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。

（3）、参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。

（4）、选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置。

三、观察寄存器和内存的情况，回答问题1、寄存器寻址、立即寻址、寄存器间接寻址的区别？2、PC的作用，请描述在非转移指令，无条件转移、条件转移指令中的PC变化过程的相同点和不同点？3、load和store指令作用，指令中用了大量的寄存器，寄存器的作用和优缺点？实验步骤与预习：课前预习：1、寄存器寻址就是指令中存放的是地址，直接解析这个地址；立即寻址就是指令当中自带数据，直接读取，最快；寄存器间接寻址就只指令中存放的是地址的地址，或者是存放地址的寄存器，最慢。

2、PC是程序计数器，作用是，用于存放下一条将要执行指令的地址。

当一条指令按PC所指向的地址从程序存储器中取出之后，PC的值会自动增加，指向下一条指令。

3、Load/Store指令用于寄存器和内存间数据的传送。

Load 用于把内存中的数据装载到寄存器中。

Store用于把寄存器中的数据存入内存。

该集合的指令使用频繁，在指令集中最为重要，因为其他指令只能操作寄存器，当数据存放在内存中时，必须先把数据从内存装载到寄存器，执行完后再把寄存器中的数据存储到内存中。

Load/Store指令分为3类：（1）单一数据传送指令（LDR和STR等）（2）多数据传送指令（LDM和STM）（3）数据交换指令（SWP和SWPB）实验结果：疑难小结：在做这个实验的时候遇到的最大的问题还是对工具的不了解，参考了网上的资料才算有所了解，然后才发现这个实验很简单就是执行了一个程序而已，可能这个实验就是为下面的实验做铺垫吧，先熟悉一下工具的操作。

组成原理实验报告【实验名称】多周期MIPS CPU设计【实验目的】1.学习如何使用ISE的IP核2.学习使用Xilinx FPGA内的RAM资源3．熟悉mips指令集4．掌握多周期mips CPU的原理。

5.多周期状态机的编写。

【实验内容】•设计CPU，完成以下程序代码的执行，其功能是起始数为3和3的斐波拉契数列的计算。

只计算20个数。

•.data•fibs: .word 0 : 20 # "array" of 20 words to contain fib values•size: .word 20 # size of "array"•temp: .word 3 3•.text•la $t0, fibs # load address of array•la $t5, size # load address of size variable•lw $t5, 0($t5) # load array size•la $t3, temp # load•lw $t3, 0($t3)•la $t4, temp•lw $t4, 4($t4)•sw $t3, 0($t0) # F[0] = $t3•sw $t4, 4($t0) # F[1] = $t4•addi $t1, $t5, -2 # Counter for loop, will execute (size-2) times•loop: lw $t3, 0($t0) # Get value from array F[n]•lw $t4, 4($t0) # Get value from array F[n+1]•add $t2, $t3, $t4 # $t2 = F[n] + F[n+1]•sw $t2, 8($t0) # Store F[n+2] = F[n] + F[n+1] in array•addi $t0, $t0, 4 # increment address of Fib. number source•addi $t1, $t1, -1 # decrement loop counter•bgtz $t1, loop # repeat if not finished yet.•out:•j out•实验设计中可以不使用给定的数据通路和状态机，但仅允许使用一个存储器。

mips实验报告Title: MIPS实验报告Abstract:本实验报告旨在介绍MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）架构及其在计算机体系结构课程中的应用。

通过实验，我们将了解MIPS指令集架构的基本原理和实现，以及如何使用MIPS模拟器进行程序设计和调试。

本报告将详细介绍MIPS架构的特点、指令集、寄存器组、内存模型等内容，并通过实验结果分析MIPS在计算机体系结构中的重要性和应用价值。

Introduction:MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛应用于嵌入式系统和高性能计算领域。

在计算机体系结构课程中，学习MIPS架构可以帮助学生深入理解计算机的工作原理和指令级并行处理技术。

通过实验，学生可以通过模拟器编写和调试MIPS汇编程序，加深对计算机体系结构的理解。

MIPS Architecture:MIPS架构采用精简指令集（RISC）的设计理念，包括32位寄存器、固定长度的指令格式和简单的指令集。

MIPS架构的特点包括高性能、低功耗、易于实现和优化等优点，因此在嵌入式系统和高性能计算领域得到广泛应用。

MIPS指令集包括算术运算指令、逻辑运算指令、数据传输指令、控制流指令等，能够满足各种计算需求。

MIPS Simulator:为了方便学生学习和实验MIPS架构，通常会使用MIPS模拟器进行程序设计和调试。

MIPS模拟器可以模拟MIPS处理器的运行过程，包括指令执行、寄存器操作、内存访问等，帮助学生理解MIPS指令集的工作原理和实现过程。

通过MIPS模拟器，学生可以编写和调试MIPS汇编程序，加深对计算机体系结构的理解。

Experiment Results:通过实验，我们学习了MIPS架构的基本原理和实现，包括指令集、寄存器组、内存模型等内容。

计算机原理与设计实验报告实验三多周期MIPS CPU的控制部件用有限状态机实现多周期CPU的控制部件姓名： XXX学号： 2013551728班级： 13级软件工程2班实验日期： 2014年 11 月12 日一．实验目的1、了解MIPS—CPU控制器的功能和工作原理；2、掌握用有限状态机技术实现多周期控制器的方法；3、熟练掌握用Verilog HDL语言设计多周期控制器的方法；4、熟练掌握对多周期控制器的仿真实验验证和硬件测试两种调试方法；5、掌握向MIPS-CPU顶层数据通路中增加控制单元的方法，并通过仿真验证和硬件测试两种方法对电路进行故障定位的调试技术。

二．实验内容（1）MIPS—CPU控制器的有限状态机设计，根据MIPS—CPU各种类型指令执行要求和有限状态机的设计原理，将多周期控制器的指令执行划分为多个状态，确定每一种指令的有限状态机，最后归纳为完整的多周期控制器有限状态机。

通过Verilog HDL语言实现多周期控制器有限状态机。

（2）根据MIPS—CPU控制器的接口要求，在有限状态机的基础上，用Verilog HDL实现完整的MIPS—CPU控制器的设计，并根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；（3）设计控制器的硬件下载测试方案。

将编译通过的电路下载到实验台中。

根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序重新编译；最终完成控制器的硬件电路设计；（4）在MIPS—CPU指令系统的数据通路基础上，增加控制单元电路，并进行编译，仿真波形和调试。

根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；（5）对增加了控制单元的顶层数据通路设计硬件下载测试方案。

将编译通过的电路下载到实验台中。

根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；最终完成增加了控制单元的顶层数据通路设计。

三．实验原理与步骤1.把指令执行分成多个阶段，每个阶段在一个时钟周期内完成（1）.时钟周期以最复杂阶段所花时间为准（2）.尽量分成大致相等的若干阶段（3）.每个阶段内最多只能完成：1次访存或1次寄存器堆读/写或1次ALU2.每步都设置相应的存储元件，执行结果都在下个时钟开始保存到相应单元3.认真阅读书上的控制部件代码后，将其按照电路图进行拆分，拆分为三个部件，并在顶层模块中连接线路。

多周期cpu 实验报告多周期CPU 实验报告引言计算机的发展已经走过了几十年的历程，从最初的单周期CPU，到后来的多周期CPU，每一次的改进都为计算机的性能和效率带来了显著的提升。

本实验旨在通过设计和实现一个多周期CPU，来深入理解计算机的工作原理和指令执行过程。

一、实验背景随着计算机应用领域的不断扩大，对计算机性能的要求也越来越高。

而单周期CPU在执行指令时，每个指令都需要占用一个完整的时钟周期，这样效率较低。

为了提高计算机的执行效率，多周期CPU应运而生。

多周期CPU将指令的执行过程划分为多个时钟周期，每个周期执行一个特定的操作，从而提高了计算机的并行度和效率。

二、实验设计1. CPU结构本次实验设计的多周期CPU采用经典的冯·诺依曼结构，包括指令存储器、数据存储器、控制器和运算器等模块。

指令存储器用于存储程序指令，数据存储器用于存储数据，控制器用于控制指令的执行过程，运算器用于执行运算操作。

2. 指令执行过程多周期CPU的指令执行过程可以划分为取指、译码、执行、访存和写回等阶段。

在取指阶段，CPU从指令存储器中读取指令，并将其送入译码阶段。

在译码阶段，CPU解析指令的操作码，并根据操作码控制后续的执行操作。

在执行阶段，CPU执行指令的具体操作，如加法、乘法等。

在访存阶段，CPU根据需要访问数据存储器，读取或写入数据。

在写回阶段，CPU将执行结果写回到寄存器中。

三、实验过程1. 指令存储器设计指令存储器是多周期CPU中的一个重要组成部分，它用于存储程序指令。

在本次实验中，我们采用了基于RAM的指令存储器设计。

通过将指令存储器划分为多个存储单元，每个存储单元存储一个指令，可以有效地提高指令的读取速度。

2. 控制器设计控制器是多周期CPU中的核心模块，它负责指令的执行过程控制。

在本次实验中，我们采用了有限状态机的设计方法来实现控制器。

通过定义不同的状态和状态转移条件，可以实现对指令执行过程的精确控制。

mips运算器设计的实验报告MIPS运算器设计的实验报告一、引言MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipelined Stages）是一种常见的指令集架构，被广泛应用于计算机体系结构课程中。

本实验报告旨在设计一个基于MIPS指令集架构的运算器，并对其进行详细的介绍和分析。

二、设计目标本次实验的设计目标是实现一个能够完成MIPS指令集中的算术和逻辑运算的运算器。

具体包括实现加法、减法、乘法、除法、与、或、非等运算操作，并能够正确处理各种边界情况。

三、设计原理1. 指令解析：首先，需要对输入的指令进行解析，提取出操作码和操作数。

根据操作码的不同，运算器将执行不同的运算操作。

2. 运算操作：根据操作码，运算器将执行相应的算术或逻辑运算操作。

这些操作包括加法、减法、乘法、除法、与、或、非等。

3. 结果返回：运算器将计算得到的结果返回给用户。

四、设计实现1. 指令解析：运算器首先从输入中提取出操作码和操作数。

操作码决定了运算器将执行哪种运算操作，而操作数则是参与运算的数值。

2. 运算操作：根据操作码的不同，运算器将执行相应的算术或逻辑运算操作。

例如，如果操作码是加法，则运算器将执行加法操作，并将操作数相加得到结果。

3. 结果返回：运算器将计算得到的结果返回给用户，用户可以通过输出端口获取结果。

五、实验结果经过设计和实现，本次实验成功地实现了基于MIPS指令集架构的运算器。

运算器能够正确地执行加法、减法、乘法、除法、与、或、非等运算操作，并能够处理各种边界情况。

经过多次测试，运算器的运算结果准确无误。

六、实验分析通过本次实验，我深入了解了MIPS指令集架构以及运算器的设计原理和实现方法。

在实验过程中，我遇到了一些问题，例如如何正确解析指令、如何处理边界情况等。

通过不断的调试和优化，我最终解决了这些问题，并成功实现了运算器。

七、实验总结本次实验使我对MIPS指令集架构和运算器的设计有了更深入的了解。

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。

数字逻辑与处理器基础实验32位MIPS CPU设计综述：我们的最后验收结果时钟频率是84.9MHz。

本实验报告主要分为实验设计说明与实验收获总结两个部分。

附件中有CPU工程文档与模块代码。

第一部分实验设计一、ALU设计1、设计思路实现基本的算术、逻辑、关系、位与移位运算，尽量优化以达到最小的面积延时积。

结构图如下：主要设计思想：A. 加法运算实现可以采用逐次进位、超前进位等结构，减法可以通过加法实现（参见见面理论课讲义或者前面实验）；同时输出Z（结果为零）、V（结果溢出）、N（结果为负）等标志位，注意有符号数和无符号数标志产生的不同。

B. 比较运算根据减法运算的结果（Z/V/N）产生，自行分析比较操作与算术运算之间的关系。

C. 移位运算可以考虑将移位操作拆分为16 位移位、8 位移位、4 位移位、2 位移位、1位移位等几个子运算的组合，然后级联形成最后的运算结果。

D. 逻辑运算可以根据要求直接产生。

功能表接口说明2、主要模块a)32bit加法器采用8个4bit超前进位加法器极连的方式，构成32bit加法器。

对于逸出位v的处理如下：由有符号数的性质可知，对最高位32和次高位31位取抑或，输出信号则为是否逸出。

对32位运算结果取反后，再对相邻两位反复取与，最终得到结果是否为零的输出z.如果是有符号数，则符号位=n。

由于这一方法部分程度上减弱了高位计算对低位计算的依赖程度，因此可以实现延时的降低。

同时，由于其超前进位网络的大量逻辑运算，较大程度上提升了电路的面积，造成最终的面积延时积特性恶化。

关键代码见附录1b)32bit减法器对加法器按位取反，再加一。

关键代码见附录1c)32bit 右移32bit 左移32bit 算术右移将移位操作拆分为16 位移位、8 位移位、4 位移位、2 位移位、1位移位等几个子运算的组合，然后级联得到最后的运算结果。

关键代码见附录1d)32bit 逻辑比较单元采用行为级语句直实现逻辑比较功能。

多周期cpu实验报告多周期CPU实验报告一、引言多周期CPU是计算机体系结构中的一种重要设计，它通过将指令执行过程划分为不同的阶段，从而提高了计算机的性能和效率。

本实验旨在通过设计和实现一个简单的多周期CPU，来加深对计算机体系结构的理解和应用。

二、实验目的1. 理解多周期CPU的基本原理和工作流程。

2. 掌握多周期CPU的设计和实现方法。

3. 进一步熟悉计算机组成原理相关知识。

三、实验环境本实验使用Verilog HDL语言进行设计，并在ModelSim仿真环境下进行验证和测试。

四、实验过程1. CPU的整体设计在多周期CPU中，指令执行过程被划分为取指、译码、执行、访存和写回等多个阶段。

我们首先设计了一个基本的多周期CPU框架，包括指令寄存器、控制单元、ALU等核心组件，并通过总线连接各个组件。

2. 指令寄存器的设计指令寄存器用于存储当前正在执行的指令，它的输入端连接到指令存储器的输出端，输出端连接到译码器。

在每个周期的取指阶段，指令寄存器将从指令存储器中读取指令，并传递给译码器进行解码。

3. 控制单元的设计控制单元负责生成各个阶段的控制信号，以控制各个组件的工作。

在多周期CPU中，控制单元需要根据当前指令的类型和执行阶段的状态，生成相应的控制信号。

例如，在取指阶段，控制单元会生成使指令寄存器读取指令的控制信号。

4. ALU的设计ALU是多周期CPU中的核心组件之一，它负责执行各种算术和逻辑操作。

在多周期CPU中，ALU的输入端连接到寄存器文件和译码器的输出端，输出端连接到数据存储器和写回阶段。

在执行阶段，控制单元会生成相应的操作码，并将其传递给ALU，以执行相应的操作。

5. 数据存储器的设计数据存储器用于存储程序中定义的数据，并在需要时进行读写操作。

在多周期CPU中，数据存储器的输入端连接到ALU的输出端和写回阶段，输出端连接到ALU的输入端和访存阶段。

在访存阶段，控制单元会生成使数据存储器读写数据的控制信号。

多周期CPU实验报告1. 引言本实验旨在设计并实现一个多周期CPU，以加深对计算机体系结构和指令执行过程的理解。

本文将介绍实验的设计思路、实验步骤、实验结果和分析。

2. 设计思路在设计多周期CPU之前，我们需要先理解单周期CPU的执行过程。

单周期CPU包含一个时钟周期，每个指令在一个时钟周期内完成执行。

然而，单周期CPU的执行效率较低，因为每个指令的执行时间是固定的，无论指令复杂与否。

为了提高CPU的执行效率，多周期CPU将每条指令的执行过程分为若干个阶段，每个阶段对应一个时钟周期。

每个阶段执行的操作可以并行进行，从而实现多条指令的同时执行。

在设计多周期CPU时，我们需要确定所需的指令集、寄存器的位宽、指令格式和控制信号。

具体步骤如下：1.确定指令集：选择常用的指令集，如MIPS指令集。

2.确定寄存器位宽：根据指令集的要求，确定寄存器的位宽，一般为32位。

3.确定指令格式：根据指令集的要求，设计指令的格式，并确定每个字段的位数和含义。

4.确定控制信号：根据指令的格式和执行过程，确定每个阶段需要的控制信号，并分配给相应的控制单元。

3. 实验步骤本实验的实验步骤如下：步骤一：确定指令集根据实验要求，选择MIPS指令集作为多周期CPU的指令集。

步骤二：确定寄存器位宽根据MIPS指令集的要求，确定寄存器的位宽为32位。

步骤三：确定指令格式根据MIPS指令集的要求，设计指令的格式。

MIPS指令格式一般包括操作码、源操作数寄存器、目标操作数寄存器和立即数等字段。

步骤四：确定控制信号根据指令的格式和执行过程，确定每个阶段需要的控制信号，并分配给相应的控制单元。

常见的控制信号包括时钟、复位、使能信号等。

步骤五：实现多周期CPU根据以上设计思路，开始实现多周期CPU。

根据指令格式和控制信号，设计数据通路和控制单元，并进行仿真测试。

步骤六：调试和优化在实现过程中，可能会出现一些错误或不理想的情况。

通过调试和优化，解决这些问题，使多周期CPU能够正确地执行指令。

PLC典型控制模拟及应用实验报告院系：信息工程学院专业班级：自动化一班姓名：谢海鹏学号：2010550133时间：2013年5月目录实验一基本指令的编程练习 (2)(一) 与或非逻辑功能实验 (2)（二）定时器/计数器功能实验 (3)实验二四节传送带的模拟 (5)实验十五相步进电动机控制的模拟 (10)总结 (13)实验一基本指令的编程练习(一) 与或非逻辑功能实验在S21 S7-200模拟实验挂箱（一）上完成本实验。

一、实验目的1、熟悉PLC实验装置，S7-200系列编程控制器的外部接线方法2、了解编程软件STEP7的编程环境，软件的使用方法。

3、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。

二、基本指令编程练习的实验面板图左图中的接线孔，通过防转座插锁紧线与PLC的主机相应输入输出插孔相接。

I为输入点，Q为输出点。

上图中下面两排I0.0～I1.5为输入按键和开关，模拟开关量的输入。

上边一排Q0.0～Q1.1是LED指示灯，接PLC主机输出端，用以模拟输出负载的通与断。

三、梯形图参考程序通过程序判断Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4的输出状态，然后再输入并运行程序加以验证。

梯形图四、实验步骤梯形图中的I0.1、I0.3分别对应控制实验单元输入开关I0.1、I0.3。

通过专用PC/PPI电缆连接计算机与PLC主机。

打开编程软件STEP7，逐条输入程序，检查无误后，将所编程序下载到主机内,并将可编程控制器主机上的STOP/RUN开关拨到RUN 位置，运行指示灯点亮，表明程序开始运行，有关的指示灯将显示运行结果。

拨动输入开关I0.1、I0.3，观察输出指示灯.Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4是否符合与、或、非逻辑的正确结果。

（二）定时器/计数器功能实验在S21 S7-200模拟实验挂箱（一）上完成本实验。

一、实验目的掌握定时器、计数器的正确编程方法，并学会定时器和计数器扩展方法,用编程软件对可编程控制器的运行进行监控。

mips实验报告MIPS实验报告引言：计算机体系结构是计算机科学中的重要研究领域，而MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种经典的RISC（Reduced Instruction Set Computer）体系结构。

本实验报告将介绍我对MIPS实验的理解和实践，包括MIPS指令集的基本特点、实验环境的搭建、以及在MIPS架构下编写和运行程序的过程。

一、MIPS指令集的基本特点MIPS指令集是一种精简的指令集，其特点主要包括以下几点：1. 定长指令格式：MIPS指令采用32位定长指令格式，使得指令解码和执行过程更加高效。

2. 延迟槽：MIPS指令集中的延迟槽是指在分支指令后的一条指令，它总是会被执行，无论分支是否发生。

这种设计可以提高指令流水线的效率。

3. 五种指令格式：MIPS指令集包括R格式、I格式、J格式、COP0格式和COP1格式，分别用于处理寄存器相关操作、立即数操作、跳转操作、协处理器0操作和协处理器1操作。

4. 寄存器：MIPS体系结构中有32个通用寄存器，可以进行高速数据传递和操作。

二、实验环境的搭建为了进行MIPS实验，我们需要搭建相应的实验环境。

在本次实验中，我选择使用MARS（MIPS Assembler and Runtime Simulator）作为MIPS实验的模拟器。

MARS提供了一个图形化界面，可以方便地进行MIPS程序的编写、调试和运行。

搭建实验环境的步骤如下：1. 下载和安装MARS：从MARS官方网站上下载最新版本的MARS软件，并按照提示进行安装。

2. 配置MARS：打开MARS软件后，点击“Settings”菜单，选择“MIPS Assembler”选项卡。

在这里，我们可以设置MIPS汇编程序的语言类型、字符集和显示格式等。

3. 编写MIPS程序：在MARS的编辑器中，我们可以编写MIPS程序。