《我的Vivado实战

  不知道你是否和我有过同样的感受，《计算机组成原理》这门学科学起来如此的艰难：一节课下来，教室黑板上留下了满满的 “足迹”，看上去也挺简单的，不就是 0 和 1 嘛。但这些看起来简简单单的 0 1 码却成为了我当时学习路上的绊脚石。源码、反码、补码等等等等，各种的码制转换令我一头雾水，我曾一度怀疑这就是计算机干的活儿吗？

  随着后面慢慢了解《计算机组成原理》后，我愿称计算机为世界上最麻烦的电子产品。也形象的将计算机描述为一套有电源、有身体、有框架，但就是没有思想的空壳儿。这时候，我们的人类社会才萌生了许许多多“ 利用 ”它们的主人—程序“ 猿 ”。

  程序员就是要为计算机这个富有 ” 聪明 “潜质的伙伴编写一套一套的 “程序” ，告诉它们应该去做什么亦或是怎么去做。正是由于它们能吃苦、不怕累的精神再加上完美程序的契合，我们的生活质量得以大幅度提升。

  即使你不是计算机专业的学生，相信对于CPU你也有所了解。正所谓CPU（Central Processing Unit），也就是中央处理器。负责解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。中央处理器主要包含控制器、运算器两部分，其中还包括cache以及实现它们之间信息互换的数据、总线。   可千万别小看这个不起眼的 “小东西” ，它可是程序执行、机器正常运转必不可少的元器件。作为电子计算机三大核心部件（CPU、内存、I/O设备）之一的CPU，在计算机体系结构中承载着控制调配硬件资源、执行通用运算等重要职责。下面我们来了解较为简单的单周期CPU功能指令。

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分析实现单周期CPU的14条指令计算结果，比较理论与实践结果的正确性。

  分析第一个周期，指令地址为041008，在程序测试段中，可以看到，本条指令为addi，那么现在开始检验指令addi的实现过程：指令addi的功能是rt←rs + (sign-extend)immediate； immediate符号扩展再参加“加”运算。

  首先找到rs在本周期中存放的源操作数地址，rs=00；然后在Objects中添加immediate组件，找到立即数的值，immediate=8；最后进入ALU分析计算结果，在ALU的代码文件中有两个引脚，ALUSrcA和ALUSrcB，它们在第一个周期中的值分别是0和1，则A端口进行ReadData1，B端口进行extend，计算结果为result=8，指令执行正确，可以实现数据相加功能。

  分析第二个周期，指令地址为40020002，在程序测试段中，可以看到，本条指令为ori，那么现在开始检验指令ori的实现过程：指令ori的功能是rt←rs | (zero-extend)immediate； immediate符号扩展再参加“或”运算。寄存器源操作数地址：rs=0，immediate=2； 进行zero-extend后，值为2 进行“或”运算，ALU两个引脚输入端口值为 计算结果为 指令计算结果无误，指令运行正常。

  分析第三个周期，指令地址为0411800，在程序测试段中，可以看到，本条指令为add，那么现在开始检验指令add的实现过程：指令add的功能是rd←rs + rt。源操作数地址：rs=2，rt=1；ALU两个引脚值都是0，读寄存器中的值，此时存入结果为03，程序运行正常，功能实现。

  分析第四个周期，指令地址为08622800，在程序测试段中，可以看到，本条指令为sub，那么现在开始检验指令sub的实现过程：指令sub的功能是rd←rs - rt。源操作数地址：rs=3，rt=2；ALU两个引脚值皆为0，程序读取寄存器中的值，此时存入结果为5，程序运行正常，功能完好。

  分析第五个周期，指令地址为44a22000，在程序测试段中，可以看到，本条指令为and，那么现在开始检验指令and的实现过程：指令and的功能是rd←rs & rt；（逻辑与运算）。源操作数寄存器地址：rs=5，rt=2；ALU引脚值为0，读取ALU计算结果为00000000，分别对源操作数5和2转为2进制为：0101、0010按位与后值为0，结果吻合，该单元工作正常，功能实现。

  分析第六个周期，指令地址为48824000，在程序测试段中，可以看到，本条指令为or，那么现在开始检验指令or的实现过程：指令or的功能是rd←rs | rt；（逻辑或运算）。源操作数寄存器地址：rs=04，rt=02；ALU双引脚值为0，读取寄存器堆中的值，可以看到存放真值为0和2（取最后结果）。读取值为2。

  分别对源操作数4和2转为2进制并按位或后值为2，与程序运行结果吻合，该单元工作正常，功能实现。

  分析第七个周期，指令地址为60084040，在程序测试段中，可以看到，本条指令为sll，那么现在开始检验指令sll的实现过程：指令sll的功能是rd