8倍RISC構(gòu)架CPU集成電路的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)幫助人類完成了很多的繁瑣工作，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，廉價(jià)高效的計(jì)算機(jī)更是進(jìn)入了大眾百姓的生活，這深刻地影響了整個(gè)社會(huì)的生活方式。CP
　　U是計(jì)算機(jī)的核心元件，計(jì)算機(jī)的所有運(yùn)算工作都由它完成，計(jì)算機(jī)體系中的各個(gè)部分都由其控制，現(xiàn)代個(gè)人電腦的各個(gè)配件也是以CPU的規(guī)格為準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的。
　　 現(xiàn)在CPU發(fā)展方向有很多。其中之一是使用流水線技術(shù)提高CPU執(zhí)行指令的效率，主要原理是把每條指令的執(zhí)行都分為取指令，譯碼指令，執(zhí)

2、行指令這三個(gè)步驟，類似工業(yè)上流水線上不同的工序，指令類似流水線上的產(chǎn)品，指令運(yùn)行類似于產(chǎn)品在流水線上傳輸。流水線上有多個(gè)產(chǎn)品在傳輸，CPU中也有多條指令在運(yùn)行，這樣使指令執(zhí)行效率得到提高。
　　 本文使用Verilog語言設(shè)計(jì)了一款八位RISC（reduced instruction set computer精簡指令集計(jì)算機(jī)）型CPU，RISC的主要特征是指令較為簡單，并且指令的機(jī)器代碼都是等長的，這樣便于實(shí)現(xiàn)流水線執(zhí)行。在上述

3、CPU的基礎(chǔ)上又設(shè)計(jì)了一款可以流水線執(zhí)行指令的CPU，使CPU執(zhí)行一條指令的時(shí)間縮短到一時(shí)鐘周期到兩時(shí)鐘周期，同時(shí)整個(gè)運(yùn)行過程中CPU各部分的使用率也更高。
　　 在改進(jìn)型CPU中，流水線中各個(gè)步驟的控制信號(hào)被稱為微指令，使用微指令表的方式完成對(duì)指令的譯碼，同時(shí)實(shí)現(xiàn)流水線運(yùn)行。微指令表保存了CPU運(yùn)行時(shí)所需要的全部微指令,其每一行分別對(duì)應(yīng)一種微指令，每一列分別對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)鐘周期，譯碼的過程就是在微指令表的相應(yīng)位置填寫對(duì)應(yīng)的微指令，

4、每個(gè)時(shí)鐘周期CPU從微指令表中讀取一列微指令來執(zhí)行。
　　 CPU運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)，采用了將八個(gè)串行連接的一位運(yùn)算電路變成兩個(gè)串行連接的四位并行運(yùn)算電路，實(shí)現(xiàn)八位運(yùn)算，從而提高了CPU運(yùn)算的速度。
　　 在整個(gè)CPU的體系設(shè)計(jì)過程中，參考了一些x86體系的概念，由于x86是CISC(complex instruction set computer復(fù)合指令計(jì)算機(jī))，所以各個(gè)寄存器的使用方式上并不一致，許多運(yùn)算只能以特定的寄存