在计算机科学领域，CPU（中央处理器）是计算机系统的核心组件，负责执行指令并控制硬件操作。流水线技术是现代CPU设计中的一个重要概念，它通过将指令执行过程分解为多个独立阶段，实现指令间的重叠执行，从而提高处理器的吞吐率。本课程设计主要关注的是在VIVADO环境下如何构建一个基于MIPS架构的流水线CPU，并解决在流水线中可能出现的三种冒险问题。 VIVADO是一款由Xilinx公司开发的硬件描述语言综合工具，主要用于FPGA（现场可编程门阵列）的设计和实现。它提供了一个完整的流程，包括设计输入、逻辑综合、布局布线、仿真验证以及硬件编程等，使得开发者能够高效地创建、优化和验证复杂的数字系统。 在这个课程设计中，我们将使用VIVADO来实现一个MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）架构的CPU。MIPS是一种精简指令集计算机（RISC）架构，以其简洁高效的指令集和流水线设计而闻名。它的指令执行过程被划分为取指、解码、执行、内存访问和写回五个阶段。 在流水线CPU设计中，可能会遇到三种类型的冒险：数据冒险、控制冒险和结构冒险。数据冒险是指指令间的依赖关系导致的数据冲突；控制冒险是由于分支或跳转指令引起的流水线乱序；结构冒险则源于硬件资源的共享冲突。解决这些冒险的方法各有不同： 1. 数据冒险：通常通过插入旁路（bypassing）电路来解决，它允许前一条指令的结果在未写入寄存器之前直接传递给后续指令使用。 2. 控制冒险：通常采用动态分支预测和分支目标缓冲器来提前确定分支目标，减少因分支延迟而导致的停顿。 3. 结构冒险：可以通过改进硬件设计，如增加专用通路或使用多级队列，避免资源冲突。 在VIVADO中，我们首先需要编写Verilog或VHDL代码来描述CPU的逻辑功能，然后使用VIVADO的综合工具将其转换为逻辑门级表示。接着，进行布局布线，分配FPGA上的物理资源。通过仿真验证确保设计正确无误后，下载到FPGA硬件中运行。 这个课程设计不仅涵盖了计算机组成原理的基础知识，还涉及到VIVADO工具的使用技巧，对理解硬件描述语言、FPGA设计流程以及CPU流水线原理有极大的帮助。代码可以直接运行，便于学习者快速上手并进行实践操作。在学习过程中，遇到任何问题都可以随时提问，作者承诺会给予及时的回应和支持。

本课程设计的总体目标是利用 FPGA 以及相关外围器件，在课程实验中完成的单周期 CPU 基础上，完成单周期 CPU 在 FPGA 开发板上的正确运行，并改造设计五段流水 CPU，要求所设计的流水 CPU 系统能支持自动和单步运行方式，能正确地执行存放在主存中的程序的功能，对主要的数据流和控制流通过 LED、数码管等适时的进行显示，方便监控和调试。对于五段流水，要求分别使用气泡、重定向、分支预测等方式处理数据冲突和控制冲突等，此外，还要求支持中断请求。尽可能利用 EDA 软件或仿真软件对模型机系统中各部件进行仿真分析和功能验证。

运用java开发语言idea开发工具，实现CPU简单功能。适用于计算机专业高校在校生CPU课程设计参考。

简易8位处理器课程设计，简单实现算术加法、算术减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或共8种运算，用八条指令表示八种运算。

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24条指令MIPS单周期CPU课程设计报告完整版

24条指令MIPS单周期CPU课程设计报告完整版

采用MIPS架构的流水线CPU设计，包含所有源代码。使用VHDL语言

计算机组成原理的课程设计，使用vhdl，含有Visio图

参考《16位5级流水无cache实验CPU课程设计实验要求》文档及其VHDL代码，在理解其思想和方法的基础上，将其改造成8位的5级流水无cache的实验CPU，包括对指令系统、数据通路、各流水段模块、内存模块等方面的改造。利用VHDL语言编程实现，并在TEC-CA平台上进行仿真测试。为方便起见，后续16位5级流水无cache实验CPU简记为ExpCPU-16，而8位的则记为ExpCPU-8。 对于内存模块的改造，参考《计算机组成原理》课程综合实验的方法，独立设计一块8位的RAM。 （1）利用TEC-CA平台上的16位RAM来存放8位的指令和数据； （2）实现一条JRS指令，以便在符号标志位S=1时跳转。需要改写ID段的控制信息，并改写IF段； （3）实现一条CMPJ DR,SR,offset指令，当比较的两个数相等时，跳转到目标地址PC+1+offset； （4）可以探索从外部输入指令，而不是初始化时将指令“写死”在RAM中； （5）此5段流水模块之间，并没有明显地加上流水寄存器，可以考虑在不同模块间加上流水寄存器； （6）探索5段流水带cache的CPU的设计。