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单周期CPU设计，MIPS结构，modelsim仿真实现，多条指令
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文章目录
程序源代码 联系企鹅号 3270516346一、计算机系统概述1、设计内容2、计算机的基本硬件组成3、指令执行的各个阶段
二、指令系统设计1、指令格式2、CPU寄存器3、设计的指令及功能4、10个数累加并求平均数的指令设计
三、模块详细设计1、寄存器模块设计①程序计数器设计（PC）②次地址计算单元（NPC）③指令寄存器（IM）④寄存器堆（RF）⑤数据存储器（DM）
2、算数逻辑单元（ALU）3、数据扩展模块（EXT）4 、主控制器（CU）
四、设计完整微处理器硬件1、数据通路的设计2、控制通路的设计
五、设计结果分析附录１、完整微处理器硬件结构图：２、顶层文件代码（部分）
程序源代码 联系企鹅号 3270516346
一、计算机系统概述
1、设计内容
本设计为一个单周期CPU，采用MIPS结构。此CPU支持多种指令集，能够满足基本的功能需求。在此设计中，编写了一个求平均数和实现位反转的程序，通过modelsim等仿真工具进行仿真，以验证CPU功能的正确性。
2、计算机的基本硬件组成
计算机硬件系统由计算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，是计算机系统的物理组成部分。 1、控制器：它是分析输入指令并统一控制计算机各部件完成一定任务的部件。 它通常由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时间电路和控制电路组成，是指挥和协调其他部件的中心。 2、运算器：又称算术逻辑单元，是进行算术和逻辑操作的组件，计算机的基本操作都由运算器执行。 3、存储器：它是计算机记忆或临时存储数据的组成部分，又分为内部存储器和外部存储器，可以使计算机随时存储和检索数据。 4、输入设备：它是一个重要的人机接口，用于接收用户输入的原始数据和程序，并将其转换为计算机识别的二进制存储到内存中。 5、输出设备：输出计算机处理结果的设备，用于将存储在内存中的计算机处理结果转换为可接受的输出形式。 3、指令执行的各个阶段取指令（IF）、译码（ID）、执行（EX）、访存（MEM）、回写（WB） 二、指令系统设计 1、指令格式① R型指令：寄存器操作 MIPS架构的CPU拥有32个通用寄存器和32个浮点寄存器，每个寄存器的编号、代号以及用途如下： add: R-R型,寄存器相加运算
程序计数器为一个32位的寄存器，它决定下一条将要执行的命令的地址。PC有一个输入端输入下一地址，一个输出端决定当前程序执行地址，在此PC中还加入了一个使能位，以配合流水线CPU的控制。 module PC( input clk, input reset, input [31:0] di, // output reg [31:0] do // ); always @(posedge clk,negedge reset) begin if(!reset) do |
计算机系统的主要硬件组成包括：
op: 操作码 rs、rt :源操作数 rd :目的操作数 funct : 使用操作码告诉计算机执行什么操作 shamt：位移指令的位移量，不是位移指令就为0 ②I型指令：立即数型 
op : 操作码 rs : 源操作数 rt : 目的操作数 imm: 立即数 ③J型指令：跳转类型 
op : 操作数 addr: 立即数，跳转地址
sub : R-R型，寄存器相减运算 
and :R-R型，寄存器与运算 
div :R-R型，寄存器相除 
addi : R-I型，立即数与寄存器相加运算 
andi R-I型指令，与 
j :跳转指令 
lw : R-I型指令 ，加载存储字 
sw : R-I型指令 ，存储字 
ben :R-I型，相等时转移 
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