大学生用Verilog实现MIPS CPU：详细设计与结构解析

本篇报告详细介绍了台湾某大学学生在MIPS架构上采用Verilog进行实现的研究项目。MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) 是一种广泛应用的精简指令集计算机(RISC)架构，由RISC-V指令集架构发展而来。该研究旨在通过VHDL (Vocabulary of Hardware Description Languages) 进行MIPS CPU的设计与实现，这是一种硬件描述语言，常用于描述数字系统的逻辑功能。 首先，报告在第一章阐述了研究的动机和目标，可能是为了让学生深入理解RISC架构的工作原理以及如何将其转化为可编程的硬件设计。接着，第二章介绍了VHDL的基础，包括其简介、设计观念和基本语法，这对于任何硬件设计者来说都是必要的基础。 第三章着重于MIPS的整体架构和流程，包括RISC CPU的详细解释，以及MIPS设计过程中的各个组件，如寄存器堆栈、控制单元等。这部分内容深入剖析了MIPS指令集和执行流程，帮助读者理解整个CPU的工作原理。 第四章进一步剖析了关键元件，如算术逻辑单元(ALU)、指令寄存器(IR)、寄存器文件和内存，以及控制单元的功能设计。这些元件的详细设计对于构建高性能CPU至关重要。 第五章是实践部分，讲述了CPU的整合和测试，包括如何将所有模块集成在一起形成一个完整的MIPS CPU，并进行了实际运作和功能测试，验证设计的正确性和有效性。 最后，第六章总结了整个项目的成果和经验，分享了学生的心得体会，并对未来可能的研究方向进行了展望。报告还附有各种图表和表格，如MIPS整体架构图、不同描述方式的优缺点比较，以及详细的程序代码图，以便读者更好地理解和跟随设计过程。 这篇报告提供了MIPS架构的Verilog实现过程的全面指南，涵盖了理论知识、设计方法和实践步骤，对于学习和研究者来说是一份宝贵的参考资料。