HITwh NSCSCC Team | 哈尔滨工业大学（威海）全国大学生计算机系统能力培养大赛小组
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大家是否还记得这一张图：
这是一个典型的单周期MIPS CPU架构：
- PC生成下一个指令的地址；
- 译码模块译码，CU通过译码模块翻译出来的操作码控制寄存器堆（Register File）的相应读写；
- CU将控制信号传给ALU控制器，然后ALU控制器控制ALU进行相应的运算；
- 最后ALU的结果需要写回给寄存器堆或者内存，CU仍然需要发出控制信号控制RegFile等器件的行为；
这幅图与我们当时设计的CPU还是有所区别的：
- 我们采用状态机完成CPU；
- 完成指令不止一个时钟周期；
- 图里面多了很多寄存器。
于是：
- 由于有寄存器，每一个上升沿或下降沿会进行一次数据锁存；
- 通过状态机和控制器，控制整个处理过程的状态，每个周期只做一个过程（比如取值或者译码过程）；
- 在本质上其实是多周期处理器。
- 分析指令系统，得出数据通路；
- 为数据通路选择合适的器件；
- 连接组件建立数据通路；
- 分析每条指令的实现，确定控制信号；
- 集成控制信号，形成完整的控制逻辑。