合工大计算机组成原理设计CPU实验报告

本系列实验旨在通过设计实现一个基本的单周期中央处理单元（CPU），涉及计算机组成原理的基础知识，包括程序计数器（PC）和算术逻辑单元（ALU）等核心组件的构建。 在计算机组成原理课程中，CPU设计是一个基础且重要的实验项目。通过对CPU核心组件的设计与实现，学生可以更深入地理解计算机指令的执行过程，包括指令的取指、译码、执行、访存和写回等阶段。单周期CPU设计实验主要关注于每个指令都在一个周期内完成，这样的设计相对简单，但它为学生提供了理解CPU工作原理的良好起点。 本系列实验报告可能涉及以下几个方面的知识点： 1. 计算机组成原理基础：理解计算机系统的基本组成，如CPU、内存、输入输出设备等，并了解它们之间的关系和交互方式。 2. 指令集架构（ISA）：研究和应用具体的指令集架构，例如MIPS、ARM或x86架构，以便于设计与之相对应的CPU。 3. PC（程序计数器）设计：PC用于存储当前执行指令的地址，设计PC时需要考虑如何在不同条件下更新其值，以及如何在指令序列中正确地进行跳转。 4. ALU（算术逻辑单元）设计：ALU是CPU中执行算术和逻辑操作的部分，其设计包括加减法运算、逻辑运算（如与、或、非、异或）等基础操作。 5. 单周期CPU设计实现：单周期CPU模型要求每个指令在单个时钟周期内完成，设计时需要考虑指令集、控制单元、数据路径以及时序控制等问题。 6. 实验工具vivado使用：Vivado是Xilinx公司推出的一款强大的FPGA设计和开发套件，提供了从设计输入、综合、实现到设备编程的完整流程。在本实验中，学生可能需要使用Vivado工具来编写代码、仿真测试和调试设计。 7. 代码编写和仿真：学生需要编写Verilog或VHDL代码来实现单周期CPU的设计，并使用仿真工具验证其功能的正确性。 8. 实验报告撰写：完整的实验报告应该包括实验目的、实验步骤、实验结果以及对结果的分析讨论。报告中还应包括对CPU设计的测试用例，以及这些测试用例如何验证了CPU设计的正确性。 本系列实验的文件列表中包含了'合工大设计CPU计组实验报告.docx'和'实验代码'两个文件。实验报告文件详细记录了实验过程、设计思路、遇到的问题以及解决方案，是学习和评估学生实验成果的重要文档。而'实验代码'文件则是实际编写的源代码，这些代码是CPU设计的核心部分，能够反映学生对课程知识的掌握程度和编程能力。"