多周期MIPS（微程序）8指令CPU

1、   数据通路设计

首先根据慕课中华科给出的数据通路连接自己的数据通路

 这里的取地址很有讲究

因为MIPS架构是按照字编址，且MIPS的字长为定长的32位即四字节，所以PC=PC+1是实际上的PC=PC+4，且RAM容量为，又因为，所以取指阶段Men[PC]->IR的时候需要把PC寄存器的2-11位送入RAM。

还要注意Branch细分出来的Beq和Bne指令的连接，结合微程序控制器，可以看出来Beq和Bne只要有一个有效的时候PCSrc就为真，可以设计出如上的逻辑电路。

容易得知Beq与Alu的equal信号对应，所以直接与equal做与运算，Bne对应Alu的不相等，所以equal要先取非再与Bne做与运算。两个与运算的结果只要有一个有效即可，所以经过或门形成PCsrc。

根据数据通路以及所学知识可得，需要将I型指令的imm立即数带符号扩展到32位才能正常做运算。

总周期的部分可以用微地址来和Syscall的微地址13来进行对比运算，只要没有停机，周期就一直在增加，因此可以设计一个下图所示的电路

2、    微程序控制器设计

1、指令译码逻辑

根据以上指令的OpCode字段和FUNCT字段结合logism自带的比较器，可以设计出指令译码逻辑部分。

2、ALU控制逻辑

根据下方提示，00的时候ALU做加法，01的时候ALU做减法，10的时候ALU的功能由FUNC字段决定，又因为FUNC字段跟R型指令关联，且Syscall不做运算，SLT做有带符号比较运算，ADD做加法运算，因此可以设计出以下简易的ALU控制逻辑部分

4、 实现微程序地址逻辑转移

根据慕课给出的Excel表格，结合之前设计的ALU控制逻辑，加上电路分析功能，设计出的微程序地址转移电路如下

5、根据状态图构建微程序

结合状态图、数据通路和控制信号说明

加上Excel表格

可以看出来，取指令的时候，PC=PC+4，所以ALUSrcB=01，Ir寄存器和PC寄存器要写入数据，对应的使能信号为1，还要读取存储器里面的指令，MenRead也为1。根据状态转换图，只有译码的时候发生了跳转，其他指令都是根据下址字段运行，所以译码指令的P=1。Beq和Bne的PCSrc字段，根据数据通路图或者状态转换图中的指令功能可以得出是1。

可以设计出控制存储器

3、测试：