
手把手教你写CPU
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《手把手教你写CPU》是一个旨在帮助对计算机体系结构感兴趣的爱好者或具有一定技术背景的人在短时间内掌握设计和实现简单CPU的基本原理和技术的专栏教程。设计和实现自己的CPU不仅是一项挑战性的任务,而且也是一个深入了解计算机硬件工作原理的好机会。
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手把手教你自己动手写cpu(十三)--建立流水线结构
在计算机体系结构中,流水线(Pipeline)是一种硬件设计方法,通过将处理器的任务分解成一系列连续的子任务,每个子任务在一个独立的硬件阶段中完成。这种方式可以提高指令执行的吞吐量,使得处理器能够在每个时钟周期开始一条新的指令执行。下面是关于如何建立流水线结构的基本介绍。原创 2024-09-21 00:01:33 · 401 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(八)--Verilog HDL
Verilog HDL 是一种功能强大的硬件描述语言,它提供了一种方便的方式来描述和实现复杂的数字系统。通过 Verilog HDL,设计师可以使用高层次的语言来描述硬件行为和结构,并利用综合和仿真工具将这些描述转化为实际的硬件实现。原创 2024-09-21 00:03:14 · 681 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(五)--可编程逻辑器件
可编程逻辑器件(PLD)是一种重要的数字电路元件,其通过可编程的技术实现了灵活的逻辑功能设计。从简单的 PROM 到复杂的 FPGA,PLD 在不同领域都有着广泛的应用。通过理解 PLD 的工作原理和应用领域,可以更好地利用这些器件来实现复杂的逻辑功能。原创 2024-09-20 00:20:45 · 801 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(六)--基于 PLD(可编程逻辑器件)的数字系统设计流程
基于 PLD 的数字系统设计流程包括系统需求分析、逻辑设计、逻辑综合、布局布线、仿真验证以及最终的编程或配置。这一流程确保了从需求分析到最终实现的各个环节都能得到充分的考虑和验证,从而保证设计的正确性和可靠性。原创 2024-09-20 00:21:03 · 1010 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(十五)--1 移动操作指令说明
移动操作指令(Move Operation Instructions)主要用于将数据从一个位置移动到另一个位置,而不对其进行任何处理。这种类型的指令非常常见,几乎每种处理器架构都包含了至少一种形式的移动指令。下面分别介绍这几类指令及其在不同架构中的实现示例。原创 2024-09-21 00:01:20 · 812 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(二)--架构与指令集介绍
架构与指令集是计算机体系结构中的重要组成部分。架构决定了计算机的基本结构和功能特性,而指令集则是计算机能够执行的一组基本命令。不同的架构会有不同的指令集设计,从而影响到计算机的性能、功耗以及可编程性等因素。通过理解架构与指令集的概念及其相互关系,可以帮助我们更好地理解计算机的工作原理。原创 2024-09-20 00:16:09 · 1251 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(九)--Verilog HDL 中的模块
Verilog HDL 中的模块是硬件设计的基本单位,用于定义硬件的行为和结构。模块的定义包括模块头部、端口声明、内部信号声明、逻辑描述以及模块尾部。通过模块化的设计方法,可以有效地组织和复用代码,提高设计的可维护性和可扩展性。原创 2024-09-21 00:03:27 · 403 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(六)--算术操作指令实现
上述实现提供了一个基本的框架来理解算术操作指令的实现思路。实际的应用中,还需要考虑更多的细节,如流水线的设计、异常检测等。同时,根据不同的指令集架构(如 MIPS、ARM、X86 等),具体的实现细节也会有所不同。原创 2024-09-20 00:21:47 · 1116 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(三)--MIPS 指令集架构
MIPS 指令集架构自诞生以来经历了多次迭代和改进,从最初的 MIPS I 发展到今天的 MIPS32r6 和 MIPS64r6,始终保持着 RISC 架构的特点,同时不断适应新技术和市场需求的变化。MIPS 架构以其高效、简洁的特点,在嵌入式系统、网络设备、高性能计算等多个领域得到了广泛应用。原创 2024-09-20 00:19:57 · 836 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(一)--计算机简单模型
构建一个计算机的简单模型可以帮助我们更好地理解计算机的工作原理。这种模型通常会包括以下几个关键组件:中央处理器(CPU)、内存(RAM)、输入/输出设备(I/O)以及存储设备。下面是一个简化版的计算机模型,它包含了最基本的组成部分,并简述了它们是如何协同工作的。原创 2024-09-20 00:15:54 · 1108 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.1)--流水线的简单模型
为了帮助理解流水线的基本原理,我们可以构建一个非常简化的流水线模型。这个模型将包括几个关键阶段,这些阶段是大多数流水线架构中都会存在的部分。我们将以一个五阶段的流水线为例,即取指(IF)、解码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)和写回(WB),这是在许多教科书中描述的经典五级流水线架构。原创 2024-09-22 01:01:32 · 528 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.3)--译码阶段的实现
译码阶段(Decode, ID)是CPU流水线中的第二个阶段,其主要任务是对取指阶段读取的指令进行解析,并准备执行所需的参数。原创 2024-09-23 00:28:21 · 563 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu十五)--移动指令实现
在计算机体系结构中,“移动”通常指的是将数据从一个位置移动到另一个位置,而不对其进行任何处理。这通常涉及将数据从一个寄存器移动到另一个寄存器,或者从内存移动到寄存器,反之亦然。原创 2024-09-21 00:04:03 · 427 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.4)--访存阶段的实现
通过上述代码,我们实现了一个简单的访存阶段模块,该模块能够根据指令的需求进行内存加载和存储操作。这个实现提供了一个基础框架,可以在实际设计中进一步扩展和完善。在实际的CPU设计中,访存阶段还会涉及到更多的细节和优化,例如缓存机制、内存一致性协议等。此外,还需要处理各种异常和错误情况,确保系统的稳定性和可靠性。原创 2024-09-23 00:27:35 · 509 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(四)--MIPS32 指令集架构
MIPS32 指令集架构以其简洁、高效的特点,在嵌入式系统和其他领域得到广泛应用。通过了解 MIPS32 ISA 的基本指令集和特性,可以更好地理解计算机硬件的工作原理,并为进一步学习和开发基于 MIPS32 架构的系统奠定基础。原创 2024-09-22 01:00:27 · 982 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(十一)--Verilog HDL行为语句
Verilog HDL 中的行为语句包括顺序语句和并行语句,它们用于描述硬件模块的功能和行为。通过这些语句,设计师可以以类似于程序语言的方式描述硬件逻辑,使设计更为直观和易于理解。常见的行为语句包括ifcaserepeatforwhilebegin-end块以及fork-join块。这些语句的组合使用可以使设计更为灵活和高效。原创 2024-09-21 00:05:13 · 355 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.4)--执行阶段
在执行阶段(Execution Stage),CPU会根据指令的类型执行相应的操作,例如加载数据、存储数据、执行算术或逻辑运算等。此外,执行阶段还需要与其他阶段(如取指阶段、译码阶段和写回阶段)紧密配合,以确保整个流水线的正常工作。例如,执行阶段可能需要等待取指阶段提供下一个指令,或者等待译码阶段提供操作数。:根据指令的类型,CPU会在执行阶段执行不同的操作。总之,执行阶段是CPU的核心部分之一,它的性能直接影响到整体系统的性能。:最后,CPU会将执行阶段的结果保存到指定的位置,通常是寄存器或内存。原创 2024-09-23 00:28:01 · 243 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(十三)--第一条“ori“ 指令
在计算机体系结构中,"ori" 是一种常见的汇编语言指令,在不同的处理器架构中有着不同的含义。在 MIPS 架构中,指令用于将一个立即数与寄存器中的值进行逻辑或(OR)运算,并将结果存储到目标寄存器中。请注意,在真实的处理器设计中,还需要考虑更多细节,比如异常处理、流水线冲突等。进行逻辑或运算,并将结果存储到寄存器。假设我们要实现这样一个功能:将寄存器。类来模拟寄存器文件,并且实现了一个。是其中一个操作数所在的位置,而。是另一个操作数,它是一个常数值。在这个例子中,我们定义了一个。在实际的 CPU 中,原创 2024-09-22 01:01:20 · 736 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(十二)--Verilog HDL电路设计举例
通过这个示例,我们可以看到如何使用 Verilog HDL 来设计一个简化的处理器取值电路,并通过测试平台验证其行为。这个电路包括了时钟信号、复位信号、程序计数器、指令寄存器以及内存等主要组成部分,实现了基本的取值逻辑。原创 2024-09-22 00:58:39 · 342 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.2)--OpenMIPS处理器的原始五级流水线结构
OpenMIPS是一个开放源代码的MIPS架构兼容处理器,它的设计旨在提供一个易于理解和修改的平台,供教育和研究使用。这个处理器的流水线结构主要由五个阶段组成,分别是取指(IF)、解码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)和写回(WB)。在实际的处理器设计中,这些阶段可能会更复杂,因为它们需要处理各种边缘情况和异常,例如分支、跳转、中断等。此外,为了提高效率,现代处理器通常会引入诸如分支预测、乱序执行、寄存器重命名等技术。原创 2024-09-22 00:59:03 · 243 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(十三)--Verilog HDL电路设计验证
通过上述步骤,我们可以编写一个测试平台并在 ModelSim 中运行仿真,以验证处理器取值电路的行为是否符合预期。原创 2024-09-22 00:58:51 · 302 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(十)--Verilog HDL基本要素
模块是 Verilog HDL 中的基本单位,用于定义硬件组件。模块定义包括模块头部、端口列表、内部信号声明、逻辑描述以及模块尾部。verilog深色版本6);78// 内部信号声明1112// 逻辑描述// 复位时寄存器清零// 在时钟上升沿时更新寄存器数据18 end19end20// 将寄存器数据赋值给输出端口22Verilog HDL 的基本要素包括关键字、数据类型、模块定义、逻辑描述、敏感列表、任务和函数以及测试平台。原创 2024-09-21 00:03:55 · 770 阅读 · 0 评论 -
手把手教你写CPU(5.0)--简单算术操作指令实现
为新的指令定义独特的操作码(Opcode)和功能码(Funct/Funct3)。通过以上步骤,你可以成功地扩展类似 MIPS 架构的处理器以支持新的简单算术操作指令。需要注意的是,实际实现细节可能会根据具体的硬件架构和编程环境有所不同,因此在实际开发过程中需要根据具体情况作出适当调整。原创 2024-09-24 11:46:35 · 809 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.4)--回写阶段实现
通过上述代码,我们实现了一个简单的回写阶段模块,该模块能够根据指令的需求将执行阶段产生的结果写回到指定的寄存器中。这个实现提供了一个基础框架,可以在实际设计中进一步扩展和完善。在实际的CPU设计中,回写阶段还会涉及到更多的细节和优化,例如数据转发、分支预测等。此外,还需要处理各种异常和错误情况,确保系统的稳定性和可靠性。原创 2024-09-23 00:27:12 · 494 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.5)--OpenMIPS 实现
顶层模块程序计数器 (PC):用于跟踪当前指令的位置。指令存储器 (IMEM):用于存储指令。数据存储器 (DMEM):用于存储数据。寄存器文件 (RegFile):用于存储寄存器数据。算术逻辑单元 (ALU):用于执行算术和逻辑运算。控制单元 (ControlUnit):用于生成控制信号。分支单元 (BranchUnit):用于处理分支指令。流水线寄存器 (PipelineRegs):用于保存流水线各阶段的数据。首先,我们需要定义每个组件。这里给出的是简化版本的示例。原创 2024-09-21 00:04:45 · 522 阅读 · 0 评论 -
手把手教你自己动手写cpu(4.2.3)--取指阶段的实现
取指(Instruction Fetch, IF)阶段是CPU流水线中的第一个阶段,其主要任务是从内存中读取下一条要执行的指令。这一阶段对于确保流水线持续不断地有新的指令进入至关重要。下面我将详细介绍取指阶段的实现,包括硬件和控制逻辑方面的设计。原创 2024-09-23 00:28:30 · 561 阅读 · 0 评论