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文檔簡介

計算機組成原理課程設(shè)計報告范例四、測試驗證與結(jié)果分析4.1測試用例設(shè)計設(shè)計3組典型測試用例，覆蓋不同指令類型：用例1：R型指令（`add$t0,$s0,$s1`）初始化：`$s0=5`，`$s1=3`預(yù)期結(jié)果：`$t0=8`，PC從0變?yōu)?用例2：I型指令（`lw$t1,0($s0)`）初始化：數(shù)據(jù)存儲器地址0（即`$s0+0`）存儲值為10預(yù)期結(jié)果：`$t1=10`用例3：分支指令（`beq$s0,$s0,2`）邏輯：`$s0==$s0`為真，PC應(yīng)跳轉(zhuǎn)`2×4=8`（原PC=4，跳轉(zhuǎn)后PC=12）預(yù)期結(jié)果：PC從4變?yōu)?24.2測試結(jié)果與分析通過軟件模擬器執(zhí)行測試用例，輸出關(guān)鍵寄存器/存儲器狀態(tài)：測試用例實際結(jié)果預(yù)期結(jié)果一致性問題分析------------------------------------------------用例1`$t0=8``$t0=8`一致加法運算邏輯正確用例2`$t1=10``$t1=10`一致數(shù)據(jù)加載通路正常用例3`PC=12``PC=12`一致分支條件判斷與PC更新邏輯正確異常情況分析：若測試中出現(xiàn)`$t0`值錯誤，需檢查ALU的加法邏輯或寄存器堆的寫使能信號；若分支跳轉(zhuǎn)失敗，需排查`zero`標(biāo)志的生成或PC的跳轉(zhuǎn)偏移計算（如符號擴(kuò)展是否正確）。五、總結(jié)與展望本次課程設(shè)計通過單周期CPU模擬器的實現(xiàn)，深入理解了CPU的指令執(zhí)行流程、硬件模塊的協(xié)作機制及指令集的設(shè)計原理。設(shè)計過程中，控制器的指令解碼邏輯（如區(qū)分R/I型指令）、數(shù)據(jù)通路的時序約束（單周期內(nèi)完成所有操作）是核心難點，通過模塊化設(shè)計與逐步調(diào)試得以解決。未來可擴(kuò)展方向包括：1.實現(xiàn)多周期CPU，將指令執(zhí)行拆分為“取指、解碼、執(zhí)行、訪存、寫回”五個周期，優(yōu)化硬件資源利用率；2.加入流水線結(jié)構(gòu)，驗證流水線沖突（如數(shù)據(jù)沖突、控制沖突）的解決策略（如轉(zhuǎn)發(fā)、氣泡插入）；3.擴(kuò)展指令集至完整MIPS架構(gòu)，支持浮點運算、特權(quán)指令等，提升模擬器的實用性。附錄：完整Verilog代碼（含所有模塊）Pyt

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