中山大学多周期CPU设计实验报告：掌握数据通路与指令处理

本篇文档是中山大学计算机组成原理实验课程中的一个实践项目，主要目标是设计一个多周期CPU。实验内容涉及多周期数据通路图的理解、设计方法以及多周期CPU的具体实现。CPU设计包括两个主要部分：算术运算指令和逻辑运算指令。 在算术运算指令方面，实验者需要实现四个操作：add (加法)，sub (减法)，addiu (带立即数的加法)，以及addi (带符号扩展的加法)。例如，add指令的功能是将GPR[rd]的值设置为GPR[rs]与GPR[rt]的和，而addiu则将GPR[rt]的值设置为GPR[rs]加上符号扩展后的immediate值。这些指令的设计展示了基本的算术操作和寄存器之间的数据处理。 逻辑运算指令包括andi (与非零扩展操作)，and (按位与)，以及ori (或非零扩展操作)。例如，andi指令将GPR[rt]的值设置为GPR[rs]与immediate的按位与结果，强调了逻辑操作在CPU中的作用。 此外，实验还涉及指令与CPU之间关系的认识，如理解不同指令如何在CPU内部执行，以及多周期CPU的测试方法，这有助于深入理解计算机体系结构的运行机制。通过这个实验，学生可以实际操作和优化多周期CPU设计，提升对计算机组成原理的理论知识和实践能力。 整个实验的目的在于培养学生的系统思维，让他们能够独立设计和实现一个简单的CPU，并在实践中加深对计算机硬件工作的理解，为后续的软件开发和系统架构设计打下坚实基础。完成这个实验不仅需要扎实的理论知识，还需要良好的编程技能和调试能力。