MIPS CPU设计与FPGA开发

MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种经典的基于RISC（Reduced Instruction Set Computing）架构的CPU设计。在本文中，我们将探讨如何设计和实现一个基于MIPS架构的CPU，并将其部署到FPGA（Field-Programmable Gate Array）上进行开发。

1. MIPS架构简介
   MIPS架构是一种精简指令集计算（RISC）架构，最初由斯坦福大学的约翰·亨尼西（John Hennessy）和他的学生在上世纪80年代初开发。MIPS架构以其简单、清晰的指令集和高效的流水线结构而闻名。它广泛应用于各种领域，包括嵌入式系统、网络设备和高性能计算等。

2. MIPS CPU设计
   MIPS CPU的设计主要包括以下几个关键组成部分：指令存储器（Instruction Memory）、数据存储器（Data Memory）、寄存器堆（Register File）、算术逻辑单元（ALU）和控制单元（Control Unit）。下面我们将逐个介绍这些组成部分的功能和实现。

2.1 指令存储器（Instruction Memory）
指令存储器用于存储CPU执行的指令。在MIPS架构中，指令的地址是字对齐的，即每条指令的地址都是4的倍数。指令存储器可以使用RAM（Random Access Memory）实现，其中每个存储单元存储一个指令。

以下是指令存储器的Verilog代码示例：

module InstructionMemor