计算机组成课设P3:CPU部件设计详解
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更新于2024-08-04
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"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。
2022-08-08 上传
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