MIPS单周期CPU设计实现支持多级嵌套中断

资源摘要信息:"MIPS单周期CPU设计(24条指令)(HUST)" 本资源是一份关于MIPS架构的单周期CPU设计的教学资料，由HUST（华中科技大学）提供，包含对单级中断机制的理解和实现。该资源的目的是帮助学生理解并掌握如何设计一个支持多级嵌套中断的单周期MIPS CPU，同时，也介绍了如何增加单级中断机制以支持多个按键中断事件。 在了解这份资源的内容前，我们先要熟悉几个核心概念： 1. MIPS架构：MIPS是一种采用精简指令集计算机（RISC）原理的架构，由MIPS Technologies公司开发。MIPS架构的CPU被广泛应用于嵌入式系统、网络设备等领域，它的特点包括指令长度固定、寄存器数量有限、流水线结构简单等。 2. 单周期CPU：单周期CPU指的是在每个时钟周期内可以完成一条指令的执行，它的特点是每条指令的执行时间相同，且整个指令的读取、执行和写回都在一个时钟周期内完成。由于每条指令的执行时间固定，所以单周期CPU的设计比较简单，但效率较低。 3. 中断机制：在计算机系统中，中断是一种机制，允许处理器响应外部或内部的异步事件。当中断发生时，处理器会暂停当前的程序执行，转而去处理与中断相关的任务，处理完后再回到原来的程序继续执行。中断可以分为硬件中断和软件中断。 4. 嵌套中断：嵌套中断是指当CPU正在处理一个中断时，可以暂停当前中断处理流程，转而去响应另一个更高优先级的中断请求。处理完更高优先级的中断后，CPU会回到之前中断的处理流程继续执行。 5. 单级中断：与嵌套中断不同，单级中断不支持中断的嵌套处理。即CPU在执行中断服务程序期间，不能被其他中断请求打断，直到当前中断服务程序执行完毕。 资源内容的具体知识点包括： - 单周期MIPS CPU设计：介绍如何设计一个单周期的MIPS CPU，包括其基本的指令集和数据路径。 - 中断软硬协同机制：详细解释CPU内部硬件如何响应和处理中断请求，以及软件如何配合硬件实现中断处理。 - 设计支持多级嵌套中断的单周期MIPS CPU：指导如何在CPU设计中加入对多级中断支持的功能，包括优先级处理机制的设计。 - 设计支持单级中断的单周期MIPS CPU：阐述如何为CPU增加单级中断功能，并说明如何管理1、2、3这三个不同优先级的按键中断事件。 - 中断优先级概念：解释中断优先级的概念和原理，以及如何在CPU设计中实现优先级管理，以保证中断服务程序的正确执行顺序。 - CPU执行中断服务程序时的非中断性：讨论在CPU执行中断服务程序时，如何确保其不受其他中断请求的干扰。 总结而言，这份资源主要面向对MIPS架构和计算机组成原理有兴趣的学生和开发者，通过理论学习和实践操作相结合的方式，让学生能够更好地理解并实现MIPS单周期CPU设计，特别是对中断机制的深入探讨和实践，能够让学生在设计CPU时充分考虑中断机制对系统性能的影响。