计算机组成课设P3：CPU部件设计详解

"该资源是计算机组成课设的P3设计文档第二版，涉及CPU的多个核心部件设计，包括IFU（取指令单元）、GRF（通用寄存器组）、ALU（算术逻辑单元）、DM（数据存储器）、EXT（位扩展器）以及Controller（控制器），并给出了相应的设计图、端口说明表和功能说明表。" 在计算机组成中，CPU是中央处理器，是计算机硬件系统的核心。本设计文档详细阐述了CPU的各个关键组件： 1. IFU（取指令单元）：负责从内存中取出指令。PC（程序计数器）用寄存器实现，具备复位功能，初始地址为0x00000000。IM（指令存储器）采用ROM，容量为32位宽，32条指令。由于IM的实际地址宽度只有5位，需要通过某种机制将PC中的30位地址映射到IM的5位地址空间。 2. GRF（通用寄存器组）：用作数据存储和运算的临时场所，共有32个寄存器，其中0号寄存器始终为0。其他寄存器初始值也为0，无需预设。 3. ALU（算术逻辑单元）：执行32位的算术和逻辑运算，如加、减、或操作，以及比较操作，但不检查溢出。 4. DM（数据存储器）：使用双端口RAM，容量为32位宽，32个存储单元，起始地址同样为0x00000000，允许同时进行读写操作。 5. EXT（位扩展器）：可能使用Logisim内置的BitExtender，用于扩展数据位宽，以匹配CPU的32位架构。 6. Controller（控制器）：通过与或门阵列生成控制信号，根据指令解码来决定CPU的操作流程。 7. 顶层设计：整合所有组件，形成完整的CPU结构。 在思考题部分，讨论了30位PC与32位PC的优劣。30位PC在某些情况下简化了NPC（下一条指令地址）的计算，但32位PC提供了更大的地址空间和灵活性，尤其是在处理32位指令时，无需额外扩展操作。 这个设计文档对理解计算机CPU的工作原理和组成部分提供了深入的实践指导，是学习计算机组成原理的重要参考资料。每个模块的设计和功能说明有助于学生理解和实现一个简单的CPU模型。