中山大学 软件工程 《计算机组成原理与接口技术》
实验一 ： 单周期CPU设计
一、 实验目的 (1) 掌握单周期CPU数据通路图的构成、原理及其设计方法； (2) 掌握单周期CPU的实现方法，代码实现方法； (3) 认识和掌握指令与CPU的关系； (4) 掌握测试单周期CPU的方法。
二、 实验内容 设计一个单周期CPU，该CPU至少能实现以下指令功能操作。需设计的指令与格式如下： ==> 算术运算指令 (1) ADD rd , rs, rt （说明：以助记符表示，是汇编指令；以代码表示，是机器指令） 000000 rs(5位) rt(5位) rd(5位) reserved 功能：rd←rs+rt。reserved为预留部分，即未用，一般填“0”。
(2) SUB rd , rs , rt 000001 rs(5位) rt(5位) rd(5位) reserved 完成功能：rd←rs-rt ==> 逻辑运算指令
(3) ORI rt , rs ,immediate 010000 rs(5位) rt(5位) immediate(16位) 功能：rt←rs | (zero-extend)immediate；immediate做“0”扩展再参加“或”运算
(4) AND rd , rs , rt 010001 rs(5位) rt(5位) rd(5位) reserved 功能：rd←rs & rt；逻辑与运算
(5) OR rd , rs , rt 010010 rs(5位) rt(5位) rd(5位) reserved 功能：rd←rs | rt；逻辑或运算 ==> 传送指令
(6) MOVE rd , rs
100000 rs(5位) rt(5位) rd(5位) reserved
功能：rd←rs+$r0 ；$r0=$zero=0，助记符zero=0
==> 存储器读/写指令
(7) SW rt ,immediate(rs) 写存储器 100110 rs(5位) rt(5位) immediate(16位) 功能：memory[rs+ (sign-extend)immediate]←rt；immediate符号扩展再相加
(8) LW rt , immediate(rs) 读存储器 100111 rs(5位) rt(5位) immediate(16位) 功能：rt ← memory[rs + (sign-extend)immediate]；immediate符号扩展再相加 ==> 分支指令
(9)BEQ rs,rt,immediate
110000 rs(5位) rt(5位) immediate(位移量，16位)
功能：if(rs=rt) PC ←PC + 4 + (sign-extend)immediate<<2；
特别说明：immediate是从PC+4地址开始和转移到的指令之间指令条数。immediate符号扩展之后左移2位再相加。为什么要左移2位？由于跳转到的指令地址肯定是4的倍数（每条指令占4个字节），最低两位是“00”，因此将immediate放进指令码中的时候，是右移了2位的，也就是以上说的“指令之间指令条数”。
==> 停机指令
(10) HALT 111111 00000000000000000000000000(26位) 功能：停机；不改变PC的值，PC保持不变。