计算机组成与设计实验

由于集成电路的高速发展,特别是大规模可编程器件的出现，硬件设计方法发生了巨大的变化，人们可以用硬件描述语言来完成逻辑设计及仿真(包括功能仿真和时序仿真)。在此基础上可以在学习计算机组成与系统结构的同时，学习如何进行CPU设计。 本书共分为3章： 章主要介绍集成电路发展与CPU设计；第2章主要介绍MIPS指令系统；第3章是实验篇，前3个实验主要讲解通过对指令的总结和归纳来设计寄存器组、桶形移位器、ALU与ALU控制器，然后主要利用前3个实验结果来设计单周期MIPS 32位CPU、多周期MIPS 32位CPU,很后3个实验设计MIPS流水线CPU、ARM流水线CPU以及按自己设定的任务设计CPU，读者可根据自己的兴趣和能力选做其中的实验。 本书着重讲述CPU的设计方法和设计过程，并给出逻辑设计的参考图。内容由浅入深、循序渐进，培养读者全面考虑问题的能力，提高综合设计水平。本书可以作为高等学校计算机专业计算机组成与设计课程的实验教材，也可以作为相关专业研究生或计算机技术人员的参考书。

张泽生，南京大学计算机科学与技术系不错工程师。主要研究方向为计算机系统结构、计算机自动化控制和单片机应用。承担和参加多项计算机应用项目的硬件设计和底层软件设计。指导的本科生创新课程项目“基于FPGA的MIPS32流水线处理器的设计与实现”荣获2009年Altera亚洲创新设计大赛二等奖。从事“数字逻辑电路”、“数字逻辑电路实验”、“微型计算机与接口”、“单片机应用”和“计算机组成原理与系统结构实验”等课程教学30余年。

第1章集成电路发展与CPU设计
1.1集成电路的发展
1.1.1标准芯片
1.1.2可编程逻辑器件
1.1.3定制芯片
1.2CPU设计概述
1.2.1寄存器组设计
1.2.2桶形移位器设计
1.2.3ALU部件设计
1.2.4单周期CPU设计
1.2.5多周期CPU设计
1.2.6流水线CPU设计
第2章MIPS指令描述
2.1算术运算指令
2.1.1add指令
2.1.2addi指令
2.1.3addiu指令
2.1.4addu指令
2.1.5clo指令
2.1.6clz指令
2.1.7div指令
2.1.8divu指令
2.1.9madd指令
2.1.10maddu指令
2.1.11msub指令
2.1.12msubu指令
2.1.13mul指令
2.1.14mult指令
2.1.15multu指令
2.1.16slt指令
2.1.17slti指令
2.1.18sltiu指令
2.1.19sltu指令
2.1.20sub指令
2.1.21subu指令
2.1.22seb指令
2.1.23seh指令
2.2逻辑运算指令
2.2.1and指令
2.2.2andi指令
2.2.3lui指令
2.2.4nor指令
2.2.5or指令
2.2.6ori指令
2.2.7xor指令
2.2.8xori指令
2.3移位指令
2.3.1sll指令
2.3.2sllv指令
2.3.3sra指令
2.3.4srav指令
2.3.5srl指令
2.3.6srlv指令
2.3.7rotr指令
2.3.8rotrv指令
2.4分支跳转指令
2.4.1b指令
2.4.2bal指令
2.4.3beq指令
2.4.4bgez指令
2.4.5bgezal指令
2.4.6bgtz指令
2.4.7blez指令
2.4.8bltz指令
2.4.9bltzal指令
2.4.10bne指令
2.4.11j指令
2.4.12jal指令
2.4.13jalr指令
2.4.14jalr.hb指令
2.4.15jr指令
2.4.16jr.hb指令
2.5废弃分支跳转指令
2.5.1beql指令
2.5.2bgezall指令
2.5.3bgezl指令
2.5.4bgtzl指令
2.5.5blezl指令
2.5.6bltzall指令
2.5.7bltzl指令
2.5.8bnel指令
2.6存取控制指令
2.6.1lb指令
2.6.2lbu指令
2.6.3th指令
2.6.4lhu指令
2.6.511指令
2.6.6lw指令
2.6.7lwl指令
2.6.8lwr指令
2.6.9sb指令
2.6.10sc指令
2.6.11sh指令
2.6.12sw指令
2.6.13swl指令
2.6.14swr指令
2.6.15pref指令
2.6.16sync指令
2.6.17synci指令
2.7数据移动指令
2.7.1mfhi指令
2.7.2mflo指令
2.7.3movn指令
2.7.4movz指令
2.7.5mthi指令
2.7.6mtlo指令
2.7.7rdhwr指令
2.8指令控制指令
2.8.1nop指令
2.8.2ehb指令
2.8.3pause指令
2.8.4ssnop指令
2.9自陷指令
2.9.1break指令
2.9.2syscall指令
2.9.3teq指令
2.9.4teqi指令
2.9.5tge指令
2.9.6tgei指令
2.9.7tgeiu指令
2.9.8tgeu指令
2.9.9tlt指令
2.9.10tlti指令
2.9.11tltiu指令
2.9.12tltu指令
2.9.13tne指令
2.9.14tnei指令
2.10提取字段指令
2.10.1ext指令
2.10.2ins指令
2.10.3wsbh指令
……
第3章实验篇
参考文献