南工程 计算机组成与设计课设报告.doc

南京工程学院计算机组成与设计课程设计报告主要关注的是计算机系统中的译码单元设计，这是一个关键的组成部分，负责解析指令并生成必要的控制信号。在微处理器的架构中，译码单元通常位于流水线的前端，从取指单元接收指令，并解析出指令的操作码、操作数以及各种控制信号。 课程设计的目的在于让学生深入理解计算机系统的内部工作原理，特别是指令执行的流程。通过设计译码单元，学生可以学习到如何将二进制指令转换为可执行的操作，包括读取和处理寄存器地址、解析立即数、识别运算类型等。此外，这个过程还能锻炼学生的逻辑思维能力和硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的编程技巧。 设计的基本要求可能包括以下几点： 1. **译码功能**：正确地解析32位指令，提取操作码、立即数、寄存器地址等信息。 2. **控制信号生成**：根据指令内容生成诸如寄存器读写、数据流向、ALU操作等控制信号。 3. **异常处理**：如JAL（跳转并链接）指令的处理，需要考虑程序计数器的更新。 4. **时序逻辑**：确保设计能与系统时钟同步，并在复位信号下正常工作。 课程设计内容中，`module Idecode32`是使用Verilog语言实现的译码模块。该模块接受多种输入，包括指令、ALU运算结果、控制信号等，产出的输出包括第一和第二操作数、扩展后的立即数以及控制信号等。模块内定义了32个32位寄存器，用于存储数据。此外，还有逻辑电路用于计算要读取和写入的寄存器地址，以及立即数的提取和符号扩展。 在实现过程中，学生需要考虑各种指令格式，如R型（用于寄存器到寄存器的操作）、I型（立即数形式）和J型（跳跃指令）。例如，`opcode`变量用于存储指令的前六位，确定指令类型；`read_register_1_address`和`read_register_2_address`根据指令的相应字段确定要读取的寄存器；而`write_register_address_1`和`write_register_address_0`则对应R型和I型指令中的写寄存器地址。 此外，`sign`信号用于检测立即数是否为负数，这在进行符号扩展时尤为重要，因为立即数可能需要被扩展成32位，保留其原始的符号位。 对于准备考研的学生来说，这份课程设计报告不仅提供了实际的硬件设计经验，还强化了对计算机体系结构的理解，这些都是计算机科学与技术专业研究生考试的重要内容。通过这样的实践，学生能够更好地掌握计算机系统的核心概念，从而在未来的学术研究或职业生涯中具备更扎实的基础。