华科计算机组成原理 单周期 MIPS CPU设计 24条指令（Logisim&Educoder）

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原理大家参照上一篇文章MIPS CPU单周期（8条指令）的设计，主要是还是两部分：控制器+数据通路。
传送门单周期8条指令

单周期MIPS CPU 24条指令

1. 总体结构设计
   单周期CPU设计实验我们首先设计一个硬布线控制器，利用硬布线控制器的设计原理，来实现一个支持24条指令的MIPS单周期CPU。利用在运算器实验和存储系统实验中构建的运算器、寄存器文件、存储系统等部件以及Logisim其他功能部件，来构建一个32位MIPS CPU单周期数据通路。
   
2. 数据通路的设计
   数据通路要将运算和功能部件进行连接，组成一个能个执行取值、译码、执行、进一步可能包含中断的数据连接，能够让指令从PC开始，流向各运算和功能部件，并成功指令相应的功能，给出相应的返回。并且数据通路要具备基本的CPU要求，能够形成相应的数据流和状态转移。
   
3. 控制器的设计

   1. 运算器控制器
      运算器控制器设计的基本思想是通过24条MIPS指令的运算指令，进行组合逻辑分析，将运算指令送入到ALU_OP中。首先要对24条MIPS指令具体的执行过程进行分析，然后对每条MIPS指令，结合运算器ALU单元的运算规格，给出每条MIPS指令的运算类型，填入到自动生成表格中，进行ALU_OP值的生成，然后利用分析电路功能，自动生成电路。
      

   2. 控制信号生成器
      控制信号生成器的基本思想与运算器部分类似，但这次不是对于24条MIPS指令的运算执行部分进行分析，而是对于24条MIPS指令具体所需要的控制信号进行分析，对每一条MIPS所需的控制信号分析，通过组合逻辑分析，得到控制信号的组合逻辑。
      

4. 控制器的实现
   1. 根据总体方案设计中控制器的设计那一小节的相关内容，在Logism上进行主控制器、Branch控制器、SYSCALL控制器的具体实现。
      
   2. 主存控制器的控制信号填入表中后，自动生成出相应的逻辑表达式，将表达式复制粘贴到电路中的分析电路功能中，自动生成组合逻辑电路如下，得到了24条MIPS指令关于ALU_OP的输入值组合逻辑。
      
   3. 主存控制器的控制信号填入表中后，自动生成出相应的逻辑表达式，将表达式复制粘贴到电路中的分析电路功能中，自动生成组合逻辑电路如下，得到了24条MIPS指令所对应的控制信号的组合逻辑。
   4. 最终的控制器
      

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