8倍RISC構架CPU集成電路的設計與研究.pdf

1、計算機幫助人類完成了很多的繁瑣工作，隨著集成電路技術的發(fā)展，廉價高效的計算機更是進入了大眾百姓的生活，這深刻地影響了整個社會的生活方式。CP
　　U是計算機的核心元件，計算機的所有運算工作都由它完成，計算機體系中的各個部分都由其控制，現(xiàn)代個人電腦的各個配件也是以CPU的規(guī)格為準則設計的。
　　 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品，指令運行類似于產品在流水線上傳輸。流水線上有多個產品在傳輸，CPU中也有多條指令在運行，這樣使指令執(zhí)行效率得到提高。
　　 本文使用Verilog語言設計了一款八位RISC（reduced instruction set computer精簡指令集計算機）型CPU，RISC的主要特征是指令較為簡單，并且指令的機器代碼都是等長的，這樣便于實現(xiàn)流水線執(zhí)行。在上述

3、CPU的基礎上又設計了一款可以流水線執(zhí)行指令的CPU，使CPU執(zhí)行一條指令的時間縮短到一時鐘周期到兩時鐘周期，同時整個運行過程中CPU各部分的使用率也更高。
　　 在改進型CPU中，流水線中各個步驟的控制信號被稱為微指令，使用微指令表的方式完成對指令的譯碼，同時實現(xiàn)流水線運行。微指令表保存了CPU運行時所需要的全部微指令,其每一行分別對應一種微指令，每一列分別對應一個時鐘周期，譯碼的過程就是在微指令表的相應位置填寫對應的微指令，

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