MIPS处理器设计详解与课程设计要点

本资源是一份针对计算机组成原理课程设计的详细指导课件，主要用于帮助学生理解和完成MIPS处理器的设计项目。课程内容涵盖了MIPS处理器设计的基础理论、实践步骤以及所需工具的使用。 首先，课程设计的要求明确，包括： 1. 设计一个兼容MIPS指令集的CPU，需支持至少16条指令，32位字长，采用统一的IO与存储器编址方式。 2. 扩展简单端口和存储器的系统级芯片(SOC)设计。 3. 仿真验证，使用FPGA进行实验，如指定的FGPA（XC6SLS16-CSG324）。 设计过程涉及多个关键环节： - MIPS处理器设计：介绍MIPS指令集，包括R-type（寄存器类型）指令如add、sub等，以及I-type（立即寻址类型）和J-type（无条件转移）指令。 - 数据通路设计：涉及存储器、寄存器、运算器（ALU）、多路选择器等组成部分，以及32位数据通路的详细设计。 - 控制单元设计：解释如何接收并解析指令，产生控制信号以驱动数据通路和内存操作。 此外，课程还介绍了使用的工具和技术： - Verilog语言简介，这是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的行为。 - Modelsim作为Verilog设计工具，用于模型验证和仿真。 - Mars用于MIPS汇编语言的编译器，有助于理解程序指令的执行过程。 - ISE是Xilinx公司的FPGA集成开发环境，用于实际的硬件实现和调试。 课程中还提到了两种处理器架构示例： - 单周期架构：指令在一个时钟周期内完成所有操作，适用于简单设计。 - 多周期和流水线架构：更复杂的指令可能需要多个时钟周期来完成，通过流水线技术提高性能。 最后，提供了相关的参考资料，如郑纬民译著的《计算机组成与设计》、David_Harris的MIPS CPU源代码，以及PPT和FTP下载的课程辅助材料，这些资源对于深入学习和实践设计至关重要。 这份课件为学生提供了一个从理论到实践的完整框架，涵盖了MIPS处理器设计的关键概念和技术，适合进行计算机组成原理课程设计的学习和实践。