计算机组成与系统结构实验报告院（系）：计算机科学与技术学院专业班级：学号：姓名：同组者：指导教师：实验时间： 2012 年 5 月 23 日实验目的:完成处理器的单周期cpu的设计。

实验仪器：PC机（安装Altebra 公司的开发软件 QuartusII）一台实验原理：控制器分为主控制器和局部ALU控制器两部分。

主控制器的输入为指令操作码op，输出各种控制信号，并根据指令所涉及的ALU运算类型产生ALUop，同时，生成一个R-型指令的控制信号R-type，用它来控制选择将ALUop输出作为ALUctr信号，还是根据R-型指令中的func字段来产生ALUctr信号。

实验过程及实验记录：1.设计过程：第一步：分析每条指令的功能，并用RTL来表示。

第二步：根据指令的功能给出所需的元件，并考虑如何将它们互连。

第三步：确定每个元件所需控制信号的取值。

第四步：汇总各指令涉及的控制信号，生成所反映指令与控制信号之间的关系图。

第五步：根据关系表，得到每个控制信号的逻辑表达式，据此设计控制电路。

2.完成代码的编写，并调试运行。

1）controlmoduleControl(op,func,Branch,Jump,RegDst,ALUSrc,ALUctr,MemtoReg, RegWr,MemWr,ExtOp);input [5:0] op,func;output regBranch,Jump,RegDst,ALUSrc,MemtoReg,RegWr,MemWr,ExtOp; output reg [2:0] ALUctr;always @(op)case(op)6'b000000:beginBranch=0;Jump=0;RegDst=1;ALUSrc=0;MemtoReg=0;RegWr=1;MemWr =0;case(func)6'b100000:ALUctr=3'b001;6'b100010:ALUctr=3'b101;6'b100011:ALUctr=3'b100;6'b101010:ALUctr=3'b111;6'b101011:ALUctr=3'b110;endcaseend6'b001101:beginBranch=0;Jump=0;RegDst=0;ALUSrc=1;MemtoReg=0;RegWr=1;MemWr =0;ExtOp=0;ALUctr=3'b010;end6'b001001:beginBranch=0;Jump=0;RegDst=0;ALUSrc=1;MemtoReg=0;RegWr=1;MemWr =0;ExtOp=1;ALUctr=3'b000;end6'b100011:beginBranch=0;Jump=0;RegDst=0;ALUSrc=1;MemtoReg=1;RegWr=1;MemWr =0;ExtOp=1;ALUctr=3'b000;end6'b101011:beginBranch=0;Jump=0;ALUSrc=1;RegWr=0;MemWr=1;ExtOp=1;ALUctr=3' b000;end6'b000100:beginBranch=1;Jump=0;ALUSrc=0;RegWr=0;MemWr=0;ALUctr=3'b100; end6'b000010:beginBranch=0;Jump=1;RegWr=0;MemWr=0;endendcaseendmodule2)数据通路DataRoadmoduleDataRoad(Run,Clk,RegWr,MemWr,MemtoReg,RegDst,Branch,Jump,E xtOp,ALUctr,ALUSrc,busA,busB,busW,Instruction,Reg0,Reg1,Re g2,Reg3,Reg4,Mem1,Mem2,Mem3,Result,Im);inputRun,Clk,RegWr,MemWr,MemtoReg,RegDst,Branch,Jump,ExtOp,ALUS rc;input [2:0] ALUctr;output [31:0]Instruction,busA,busB,busW,Reg0,Reg1,Reg2,Reg3,Reg4,Mem1,M em2,Mem3,Result,Im;wire [31:0] busC,DataOut;wire [15:0] im;wire [4:0] Rs,Rd,Rt;wire Overflow,Zero;QZL qzl(Clk,Branch,Jump,Zero,Instruction,Run);assign Rs=Instruction[25:21];assign Rt=Instruction[20:16];assign Rd=Instruction[15:11];assign im=Instruction[15:0];Registerregister(Run,RegWr,Overflow,RegDst,Rd,Rs,Rt,busW,busA,busB ,Clk,Reg0,Reg1,Reg2,Reg3,Reg4);ALU alu(busA,busC,ALUctr,Zero,Overflow,Result);DataMem(Run,MemWr,Clk,busB,DataOut,Result,Mem1,Mem2,Mem3); MUX mux1(ALUSrc,busB,Im,busC);MUX mux2(MemtoReg,Result,DataOut,busW);Extender ext(im,Im,ExtOp);endmodule3）取指令module QZL(Clk,Branch,Jump,Zero,Instruction,Run);input Clk,Branch,Jump,Zero,Run;output [31:0] Instruction;wire [4:0] addmem;reg [29:0] PC;wire [29:0] Newpc,pc_1,pc_2,pc_3,pc_12,imm30;wire Branch_Zero;assign addmem={PC[2:0],2'b00};InsMem GetIns(addmem,Instruction);always @(negedge Clk)if(Run==1)beginPC<=Newpc;endelsebeginPC<=0;endassign pc_1=PC+1;assign imm30={{14{Instruction[15]}},Instruction[15:0]}; assign pc_2=pc_1+imm30;assign pc_3={PC[29:26],Instruction[25:0]};assign Branch_Zero=Branch&Zero;MUX m1(Branch_Zero,pc_1,pc_2,pc_12);MUX m2(Jump,pc_12,pc_3,Newpc);endmodulemodule InsMem(addmem,Instruction);input [4:0] addmem;output reg[31:0] Instruction;reg [31:0] Mem[31:0];always @(*)beginMem[0]<={6'b100011,5'b00000,5'b00001,5'b00000,5'b00000,6'b 000001};Mem[4]<={6'b100011,5'b00000,5'b00010,5'b00000,5'b00000,6'b 000010};Mem[8]<={6'b000000,5'b00001,5'b00010,5'b00011,5'b00000,6'b 100000};Mem[12]<={6'b101011,5'b00000,5'b00011,5'b00000,5'b00000,6' b000010};Mem[16]<={6'b001101,5'b00100,5'b00100,5'b11111,5'b11111,6' b111111};Mem[20]<={6'b000000,5'b00011,5'b00010,5'b00010,5'b00000,6' b100010};Mem[24]<={6'b000100,5'b00010,5'b00001,5'b00000,5'b00000,6' b001000};Mem[28]<={6'b000010,5'b00000,5'b00000,5'b00000,5'b00000,6' b000000};endalways @(*)。