32位MIPS构架的流水线的逻辑设计

发布时间：2021-03-29 05:42

　　RISC技术是上世纪80年代发展起来的处理器设计新技术，它的产生对整个计算机界产生了巨大的影响。目前有RISC和CISC两大主流技术，而现今使用RISC技术的越来越多，其中一个特点就是指令简单，容易译码，使用流水线技术使得其性能提高很多。MIPS就是RISC的一个很好的版本，它十分适合流水线技术的运用。本文对MIPS构架进行介绍，详细地讨论了寄存器堆、指令集、Cache的设计、存储单元管理的结构和性能，中断/异常的处理。提出解决流水线中结构相关、数据相关和控制相关问题的有效方法，增加硬件资源来解决流水线中的结构相关问题，用数据前推法解决了流水线中的数据相关问题，用后退法和动态分支预取技术（BTB）解决了流水线中的控制相关问题，这些方法都能有效地提高流水线的性能。将流水线设计为五级，合理安排流水线中每级的任务，并对流水线中每个执行阶段的设计给出了详细的说明和讨论。使用硬件描述语言Verilog HDL设计出五级的流水线，并且通过综合，功能仿真和时序仿真。结果表明设计的五级流水线的功能正确，使得流水线每一周期执行的指令数接近于1，其性能也得到提高。 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

MIPS系统结构图

MIPS32体系结构中定义了如下几种FPU寄存器 1．32个32-bit 的浮点寄存器(FPRs) 2．5个FPU控制寄存器用于识别和控制FPU 3．8个浮点条件代码，它们是FCSR寄存器中的一部分。除了 CPU 通用寄存器，特殊寄存器外，系统控制协处理器（CP0）也有很多专用的寄存器用于存储管理系统和例外情况处理等方面。 2.1.3 指令集每一条 MIPS 指令是一个 32 位字。MIPS 指令集中共包括三种格式的指令，分别是立即数类型（I 类型）指令，跳转类型（J 类型）指令和寄存器类型（R 类型）指令。指令集的这种设计方法简化了指令译码，一些复杂的很多使用的操作和寻址方式可以通过编译器利用一组简单指令来合成。MIPS 的指令格式如图 2.3，表 2.4 是对指令域的说明。[7]

图 2.7 MIPS 虚拟地址空间2.2 小结本章介绍了 MIPS 体系架构，其中包括 MIPS 寄存的 Cache 设计、协处理器（CP0）、中断/异常和存储管体系构架的关键。流水线是一个 CPU 的核心部分，正地提高了 CPU 的性能，它和 MIPS 体系构架的这些CPU，对 MIPS 体系构架的了解是设计出流水线十分


本文编号：3107015