【北航計組】p3 單週期cpu
2. 控制器
3. 暫存器堆
4. 運算模組
5. 記憶體
二、cpu執行原理
三、電路圖及詳解
總結利用logisim繪製狀態機
利用verilog編寫狀態機
利用mars編寫遞迴程式
單週期cpu基本結構如下所示：
上圖cpu分為：取指模組、控制器、暫存器堆、運算模組、記憶體五個部分。
在32位機中，每一條指令都由乙個32位二進位制數表示，占用4個位元組。
例如 add $2, $0, $1 這條指令，意思是將暫存器0和暫存器1的值相加，結果存入暫存器2中。mars會將它翻譯成：其中31-26位和5-0位分別是，表示這條指令是加法指令；25-21，20-16，15-11位分別表示要操作的暫存器編號；對於加法指令，10-6位是空缺的，填充0。
其他指令也會按照類似的規則轉化成32位二進位製碼，存在指令暫存器中。
詳見 【北航計組】p3 pre 指令詳解
當程式執行時，由程式計數器記錄當前執行到第幾條指令，然後從指令暫存器中取出對應的指令（乙個32位數），傳遞給其他模組。
控制器的功能是識別指令，並對其他模組發出訊號。控制器通常要讀取opcode、function部分，有時也需要rs、rt、rd、shamat部分。當opcode（和function等其他部分）的組合符合某一條指令時，控制器識別到這條指令，並發出各個模組執行這條指令所需要的訊號。
例如，當opcode = ，function = 時，控制器識別到加法指令，然後發出regwrite（寫暫存器訊號）給暫存器堆，add（加法指令訊號）給運算模組，同時還要給需要用到的選擇器傳送訊號，例如選擇寫入暫存器位址的選擇器。
儲存32個暫存器的值，在mips-c暫存器中，0號暫存器永遠是0，無法被寫入；31號暫存器是跳轉位址暫存器，在jal指令時，存入指令位址。
暫存器堆有兩個資料輸出端、乙個資料輸入端。a1、a2、a3分別對應這三個埠的暫存器編號。
詳見【北航計組】p3 pre 暫存器堆
支援加、減、移位等運算。讀入兩個資料，根據控制器的訊號，做出對應的運算就可以了。
儲存資料，支援記憶體與暫存器堆之間的讀寫。
最初，程式計數器內值為0x3000，即從這一條指令開始執行。
讀取對應指令
在控制器解碼
從暫存器堆取出所需資料
將資料送入運算模組執行對應運算
將結果寫入暫存器堆
程式計數器+4（下一條指令的位置），返回1
例如：讀取對應指令
在控制器解碼
從暫存器堆取出所需資料
將資料送入運算模組執行對應運算
判斷分支條件是否成立，若成立，程式計數器跳轉到指定位置，否則程式計數器+4（下一條指令的位置），返回1
例如：讀取對應指令
在控制器解碼
從暫存器堆取出所需資料
如果有寫暫存器操作，需要將對應位址寫入暫存器堆。
程式計數器跳轉到指定位置，返回1
例如：讀取對應指令
在控制器解碼
從暫存器堆取出所需資料
將資料送入運算模組執行對應運算
讀取或寫入記憶體對應位置。如果是讀記憶體指令，需要將讀取的結果寫入暫存器
程式計數器+4（下一條指令的位置），返回1
例如：
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