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计算机组成实验报告
——LAB3
1.实验要求
理解CPU控制器，ALU的原理
使用VerilogHDL进行逻辑设计
实现CPU控制器
实现ALU
2.实验原理
MIPS指令长为32位，所有指令可以分为R-format，I-format，Jump指令三
种类型，每种指令格式如下图所示：
Mips基本指令格式
一个简单的MIPS单周期处理器主要包括单元模块Ctr，ALU控制单元模块
AluCtr和ALU模块的实现。
其中，主控制单元输入为指令的opCode字段，即操作码。操作码经过主控
制单元的译码，给ALUCtr，DataMemory，Registers，Muxs等部件输出正确的控
制信号。
AluCtr根据主控制器的ALUOp来判断指令类型。根据指令的后6位区分
R-format指令。综合这两种输入，控制ALU做正确的操作。
ALU模块根据ALUCtr，对两个输入做对应的操作，aluRes输出结果。如果是
减法操作且结果为0，zero输出置为1。
2/10
3.实验设计
3.1Ctr模块
Ctr模块中opcode与控制输出编码关系如下：
则各类指令对应的操作码为：
故，本模块实现的基本思路为，设置宽度为6位的输入opCode，分别设置输
出信号regDst、aluScr、memToReg、regWrite、memRead、memWrite、[1:0]aluOp
与jump；之后对于每次opCode变化进行相应，根据不同的操作码改变输出信号。
3.2AluCtr模块
根据从Ctr模块得到的aluOp以及Instruction中后六位funct段来设置ALU的
控制位，具体对应关系如下：
3/10
故，该模块的实现思路为，分别输入2位aluOp以及6位funct，对应真值表
进行分析，相应输出aluCtr信号。
3.3Alu模块
根据aluCtr信号，参照以下真值表作出相对应的ALU操作：
故，本模块读入操作数1、操作数2，并在aluCtr指令下完成相应运算，结果
利用aluRes进行输出，若减法操作中得到0，则zero输出1。
4.核心代码及仿真结果
4.1Ctr模块
核心代码：
always@(opCode)
begin
case(opCode)
6b000010://jump
4/10
6b000000://R-format
6b100011://lw
6b101011://sw
6b000010://beq
default://othersallset0
endcase
end
仿真结果：
R-format
5/10
Jump
lw
6/10
sw
Branch
7/10
4.2AluCtr模块
核心代码：
always@(aluOporfunct)
casex({aluOp,funct})
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