2018計算機(jī)組成原理試驗(yàn)報告模板

1、武漢大學(xué)計算機(jī)學(xué)院本科生實(shí)驗(yàn)報告MIPS流水線CPU設(shè)計與實(shí)現(xiàn)專業(yè)名稱：XXXXXX課程名稱：XXXXXX指導(dǎo)教師：徐愛萍教授學(xué)生學(xué)號：20XXXXXXXXX學(xué)生姓名：XXX二。一八年四月鄭重聲明（打印在正面）本人呈交的實(shí)驗(yàn)報告，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本實(shí)驗(yàn)報告不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本實(shí)驗(yàn)報告做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本實(shí)驗(yàn)報告的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名：手寫簽名日期:摘要（打印在正面）XXX雙驗(yàn)的實(shí)當(dāng)目的是XXXX實(shí)驗(yàn)設(shè)計主要遵循XXXX實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括

2、：實(shí)驗(yàn)結(jié)論為XXXX關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞1;關(guān)鍵詞2;關(guān)鍵詞3（黑體小4）（宋體小4）目錄（自動生成）正面開始目錄（自動生成）正面開始I1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x（正面開始）11.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.2 實(shí)驗(yàn)意義12實(shí)驗(yàn)設(shè)計22.1 概述22.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境22.2.1 VerilogHDL簡介22.2.2 ModelSim簡介22.2.3 MARS簡介22.2 硬件設(shè)計32.2.1 CPU總體結(jié)構(gòu)（按流水線來寫）32.2.2 程序計數(shù)器（XX）32.2.3 寄存器設(shè)計（XX）32.2.4 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（XX）42.2.5 擴(kuò)展單元（XX）52.2.6 數(shù)據(jù)存儲器（XX）52.2.7 指令存儲器（XX）52.

3、2.8 控制器（XX）62.2.9 模型機(jī)（MIPS）72.3 軟件設(shè)計72.3.1 程序計數(shù)器（PcUnit）72.3.2 寄存器（GPR）82.3.3 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）82.3.4 擴(kuò)展單元（Extender82.3.5 數(shù)據(jù)存儲器（DMem）82.3.6 指令存儲器（IM）82.3.7 控制器（Ctrl）82.3.8 模型機(jī)（MIPS）92.4 設(shè)計結(jié)果分析92.4.1 測試文件92.4.2 測試機(jī)器碼（與上面對應(yīng)）92.4.3 測試結(jié)果分析（例子是按單周期寫的，改成按流水線CPU來寫，2.4.4 和阻塞的要分析、有控制冒險的也要分析）92.4.3.1 lui$1,0x1000

4、指令122.4.3.2 ori$1,$1,0x2211指令12結(jié)論14參考文獻(xiàn)15教師評語評分161實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x（正面開始）1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)（宋體小4,正文行間距固定為23磅，字符間距為標(biāo)準(zhǔn)）1.2 實(shí)驗(yàn)意義2.1概述2.2實(shí)驗(yàn)環(huán)境2.2.1 VerilogHDL簡介2.2.2ModelSim簡介2.2.3MARS簡介2實(shí)驗(yàn)設(shè)計2.2 硬件設(shè)計2.2.1 CPU總體結(jié)構(gòu)（按流水線來寫）流水線CPU總體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中包括程序計數(shù)器（PC）、指令存儲器（IM）、寄存器組（RF）、運(yùn)算器（ALU）、數(shù)據(jù)擴(kuò)展單元（EXT）、數(shù)據(jù)存儲器（DM）和控制器（Ctrl）。自己畫圖2.2.2 程序

5、計數(shù)器（XX）（1）功能描述（2）模塊接口表2.1程序計數(shù)器模塊接口定義信號名方向描述2.2.3 寄存器設(shè)計（XX）（1）功能描述(2)模塊接口信號名方向描述2.2.4 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(X»(1)功能描述ALU主要功能是完成對輸入數(shù)據(jù)的進(jìn)行加法、減法、與、或、左移、右移、乘法、除法運(yùn)算以及判斷兩個操作數(shù)是否相等。(2)模塊接口表2.3ALU模塊接口定義信號名方向描述Datalnl31:0I操作數(shù)ADataln231:0I操作數(shù)BALUOp1:0I需要進(jìn)行的運(yùn)算00:加法01:減法10:或運(yùn)算ZeroO兩操作數(shù)是否相等AluResult31:0O運(yùn)算結(jié)果2.2.5 擴(kuò)展單元(X

6、87;(1)功能描述EXT主要功能是將16位的數(shù)據(jù)擴(kuò)展為32位數(shù)據(jù)(2)模塊接口信號名方向描述Imm1615:0I需要進(jìn)行擴(kuò)展的數(shù)據(jù)EXTOp1:0I擴(kuò)展方式的控制信號00:0擴(kuò)展01:符號擴(kuò)展10:將立即數(shù)擴(kuò)展到高位Imm3231:0O擴(kuò)展結(jié)果2.2.6 數(shù)據(jù)存儲器(XX)(1)功能描述(2)模塊接口信號名方向描述2.2.7 指令存儲器(XX)(1)功能描述(2)模塊接口信號名方向描述2.2.8 控制器(X»(1)功能描述(2)模塊接口信號名方向描述2.2.9 模型機(jī)（MIPS）(1)功能描述(2)模塊接口信號名方向描述其他自己編寫的模塊加進(jìn)去里面根據(jù)需要可以加下級目錄2.3 軟件

7、設(shè)計2.3.1 程序計數(shù)器(PcUnit)放代碼和說明2.3.2 寄存器（GPR放代碼和說明2.3.3 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU放代碼和說明2.3.4 擴(kuò)展單元（Extender）放代碼和說明2.3.5 數(shù)據(jù)存儲器（DMem放代碼和說明2.3.6 指令存儲器（IM）放代碼和說明2.3.7 控制器（Ctrl）放代碼和說明2.3.8 模型機(jī)（MIPS）放代碼和說明其他自己編寫的模塊加進(jìn)去2.4 設(shè)計結(jié)果分析2.4.1 測試文件2.4.2 測試機(jī)器碼（與上面對應(yīng)）2.4.3 測試結(jié)果分析（例子是按單周期寫的，改成按流水線CP詠寫，有數(shù)據(jù)冒險和阻塞的要分析、有控制冒險的也要分析）例如：ori$29,$

8、0,12指令該指令的仿真結(jié)果如下圖所示，該指令表示將$0寄存器與常數(shù)12進(jìn)行或“運(yùn)算，結(jié)果放入$29號寄存器。仿真結(jié)果表明，該指令所在的PC寄存器地址為00003000（十六進(jìn)制），該指令的機(jī)器碼為341d000c（十六進(jìn)制），rs寄存器編號為0,rt寄存器編號為1d（十進(jìn)制是29）,rd寄存器編號也是1d（十進(jìn)制是29）,寄存器寫入的數(shù)據(jù)（RWD）是0000000G與指令的預(yù)期結(jié)果是一致的，說明該指令仿真結(jié)果正確。也飆CWsMJWLWOOpF網(wǎng)JV5AlLBIm煙總11nlMsw$2,0($0)該指令的仿真結(jié)果如下圖所示，該指令表示將$2寄存器存入$0+0的內(nèi)存單元中，$0寄存器的值總是為0

9、,因此計算的地址是0,即：將$2寄存器存入0號內(nèi)存單元。仿真結(jié)果表明，該指令所在的PC寄存器地址為00003014（十六進(jìn)制）,該指令的機(jī)器碼為ac02000（十六進(jìn)制），rs寄存器編號為0,rt寄存器編號為02（十進(jìn)制是2）,rd寄存器編號也是02（十進(jìn)制是2）,RDout2的輸出為00001234（十六進(jìn)制），也就是前面指令執(zhí)行后$2寄存器的內(nèi)容，存儲器的寫入地址dmDataAdr的值為0,即寫入地址為0,寫入的數(shù)據(jù)即為RDout2的輸出值00001234（見3.1CPU總體結(jié)構(gòu)圖中的連線），最終dm_dout的值為00001234（十六進(jìn)制），與指令的預(yù)期結(jié)果是一致的，說明該指令仿真結(jié)果

10、正確。FieEdiMeuMdFematTedsBookmarksWi刊in#圈pHj:ME國學(xué)。a；力電二；i不占哥%JU-f>*|儲仙金"網(wǎng)黑廛鼻fTiaa.，:上里工6也圍不Bf1E占件H七nLSamSi:K？一aarrrL11u1jg蝌？如出01,iEfi-由1oU11.E.她Jg試時br-融也由也不驚皿：CDHW+1淌e銃mIm3如何jxk：'：|>：.vi:筋閭R山5»>.iTiH|jbrnji：iitocEbbx»算Mhm巾&tma-J_:1«slipQQK71mI二匚pHJME.|jpfe邯_1曲1妙.:1

11、:：QyiKi_1ImssJbbtHWmL法海了:1.EMM部軻曲b1111111LIII$IId11年.iK|D2b加1Hk-0J-SM1:1E.她J吸02L出1匚!tn：W二二»J：teI1鵬邱號忖02iBZZ*員ki1c-lIm£i2knb:1E腳？聊?1浮KMH南工3二融mw.S»»&»teaxwM:toem國即0mMs&11M沖機(jī)MF辛DcttlixcaooaiiWTOWIQQGNHi»»S»)xm工的m:IMTOJmSJAJAI心力融E1Irowyoe-:丁E.M：吟M也im呼工儂工悖g

12、«n團(tuán)i0MOUyIMC繼xwwa*:反煙可0_isss1：一-y咯器也由IXH>心2MMaadominn1EmiS»H胃:I7xxmjBRM癰XOK用以胸片魁即加：ljftM儀央4iWMlWw1二1EaJiI11D"Ejb乩fdt函s時m6z:席三M附1bewh1:i1b+：1bw1&r2抑？嗚曲山UQiliYaiihiEmaizH£nxi：H5&1tocom二:阿EgLE-Lf11-一-1匚1&*MjMLH畤8Njj-DC團(tuán)itiIis-:1B*nraJtAlirem£ZZiW/1HlEH1MlMi11n1加：

13、二1¥*IJmEhUKHiWii事pzd10_,_._口itoJbM-MT砧*<3BFi',IF她fIIi.年鵬一曲山閨金皿！GL46111Embi隨.凱XE閩L誓汽浦值弧伸：aaafliLj8MHJ5出»制加口空耍閱kKcaoq漕“川Hir一40強(qiáng)Jrikiiurrruu11mJ-FA-."."-.-.t圖2.1sw$2,0（$01旨令仿真圖beq$2,$5,_lb2指令該指令的仿真結(jié)果如下圖所示，該指令表示將$0寄存器與$5寄存器進(jìn)行減”運(yùn)算，結(jié)果不保存，通過置的zero標(biāo)記來決定是否轉(zhuǎn)移。如果zero=1則表示$0寄存器與$5寄存器數(shù)

14、據(jù)相等，轉(zhuǎn)移到lb2標(biāo)號，否則就不轉(zhuǎn)移。仿真結(jié)果表明，該指令所在的PC寄存器地址為00003024（十六進(jìn)制），該指令的機(jī)器碼為8c050004（十六進(jìn)制），rs寄存器編號為2,rt寄存器編號為5（十進(jìn)制是5）,rd寄存器編號也是5（十進(jìn)制是5）,寄存器RDout1的輸出值為00001234,寄存器RDout2的輸出值也為00001234,兩者相等，根據(jù)測試文件程序應(yīng)該專業(yè)到下面的lw$5,4（$0）指令，其指令地址為0000302c,與指令的預(yù)期結(jié)果是一致的，說明該指令仿真結(jié)果正確。Fi*EdhYpwAddT-odiVrirdwH*lp2.4.3.1 lui$1,0x1000指令2.4.3.2 ori$1,$1,0x2211指令下面的自己列l(wèi)ui$2,0x1000ori$2,$2,0x4433add$3,$2,$1sw$3,0($0)lui$4,0x3000ori$4,$4,0x5566sub$5,$3,$4sw$5,4($0)l