计算机组成原理|【北航计组】P3 单周期CPU（施工中……） vscode|BUAA

系列文章目录【北航计组】P3 单周期CPU

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前置技能
一、CPU基本结构
- 1. 取指模块
- - 1.1 指令
  - 1.2 取指令
- 2. 控制器
- 3. 寄存器堆
- 4. 运算模块
- 5. 内存
二、CPU运行原理
- 对于运算类指令
- 对于分支指令
- 对于跳转指令
- 对于内存相关指令
三、电路图及详解
总结

【计算机组成原理|【北航计组】P3 单周期CPU（施工中……）】
前置技能

利用logisim绘制状态机
利用verilog编写状态机
利用MARS编写递归程序

一、CPU基本结构单周期CPU基本结构如下所示：
上图CPU分为：取指模块、控制器、寄存器堆、运算模块、内存五个部分。
1. 取指模块 1.1 指令
??在32位机中，每一条指令都由一个32位二进制数表示，占用4个字节。
??例如 add $2, $0, $1 这条指令，意思是将寄存器0和寄存器1的值相加，结果存入寄存器2中。MARS会将它翻译成：其中31-26位和5-0位分别是，表示这条指令是加法指令；25-21，20-16，15-11位分别表示要操作的寄存器编号；对于加法指令，10-6位是空缺的，填充0。
??其他指令也会按照类似的规则转化成32位二进制码，存在指令寄存器中。
详见【北航计组】P3 pre 指令详解
1.2 取指令
??当程序执行时，由程序计数器记录当前运行到第几条指令，然后从指令寄存器中取出对应的指令（一个32位数），传递给其他模块。
2. 控制器 ??控制器的功能是识别指令，并对其他模块发出信号。控制器通常要读取OpCode、Function部分，有时也需要rs、rt、rd、shamat部分。当OpCode（和Function等其他部分）的组合符合某一条指令时，控制器识别到这条指令，并发出各个模块执行这条指令所需要的信号。
??例如，当OpCode = ，Function = 时，控制器识别到加法指令，然后发出RegWrite（写寄存器信号）给寄存器堆，add（加法指令信号）给运算模块，同时还要给需要用到的选择器发送信号，例如选择写入寄存器地址的选择器。
3. 寄存器堆 ??存储32个寄存器的值，在MIPS-C寄存器中，0号寄存器永远是0，无法被写入；31号寄存器是跳转地址寄存器，在jal指令时，存入指令地址。
??寄存器堆有两个数据输出端、一个数据输入端。A1、A2、A3分别对应这三个端口的寄存器编号。
详见【北航计组】P3 pre 寄存器堆
4. 运算模块 ??支持加、减、移位等运算。读入两个数据，根据控制器的信号，做出对应的运算就可以了。
5. 内存 ??存储数据，支持内存与寄存器堆之间的读写。
二、CPU运行原理最初，程序计数器内值为0x3000，即从这一条指令开始执行。
对于运算类指令