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毕业设计（论文）任务书

课题名称：基于RISC的模型CPU CORE设计

完成期限：2010 年1月5日至2010 年5月29日

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一、课题训练内容

1. 培养EDA开发工具使用和硬件描述语言程序设计能力； 2. 培养项目的需求分析能力和开发文档规范化写作能力； 3. 培养资料收集、文献查阅和文件资料总结能力； 4. 通过外文资料的阅读和翻译，培养外文阅读与写作能力； 5. 培养团队合作和交流能力；

6. 培养用软件项目设计方法设计硬件的能力和工程实现能力； 7. 通过实际项目培养工作责任心、事业心和创新意识。

二、设计（论文）任务和要求

1. 设计任务：

本课题的任务是：对可编程逻辑相关内容：可编程逻辑器件、EDA技术、VHDL语言及开发流程、开发环境进行研究，并利用数字逻辑设计硬件平台和QurtusII开发工具开发基于可编程逻辑的模型计算机CPU Core。

2. 设计要求：

1) 熟悉开发平台以及可编程逻辑的相关理论知识； 2) 确定系统需求分析： 系统需要实现的基本功能： ? 操作控制器采用RISC方式设计 ? 指令系统至少包含10条指令 ? 有2~3种操作数寻址方式

? 具有指令的顺序寻址和跳跃寻址方式 ? 具备简单的输入和输出设备 3) 确定系统的功能模块； 4) 编码设计 5) 系统实现和测试 3. 论文结构要求：

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毕业设计(论文)采用汉语撰写(科技英语翻译除外)，一般由11部分组成，依次为：封面，任务书，开题报告，中英文摘要及关键词，目录，正文，参考文献，附录，外文资料，中文译文，致谢等。

要求论文语言简洁，论述清楚；论文格式符合毕业论文要求。

三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料

[1]魏媛媛，高晓清 著.计算机组成原理与设计.武汉：武汉大学出版社,2008.10 [2]朱勇,高晓清,曾西洋 著.数字逻辑[M].北京：中国铁道出版社,2005.5. [3]潘松 黄继业 著.EDA技术与VHDL（第三版）.北京：清华大学出版社.2009.9

[4]赵艳华, 曹丙霞, 张睿编著. 基于Quartus Ⅱ的FPGA/CPLD设计与应用 .北京：电子工业出版社，2009

5]陈忠平, 高金定, 高见芳编著.基于Quartus Ⅱ的FPGA/CPLD设计与实践 .北京：北京：电子工业出版社 2010

[6]白中英 著.计算机组成原理[M].北京:科学出版社,2001.

[7]Weng Fook Lee著.孙海平译 .VHDL：代码编写和基于Synopsys工具的逻辑综合.北京：清华大学出版社，2007

[8]侯伯亨, 刘凯, 顾新编著.VHDL与复杂数字系统设计.西安：西安电子科技大学出版社，2003

[9]王毅平，张振荣编著.VHDL编程与仿真. 北京：人民邮电出版社，2000.07

[10]黄任编著.VHDL入门·解惑·经典实例·经验总结..北京：北京航空航天大学出版社 [11]杨刚等编著.32位RISC嵌入式处理器及其应用.北京：电子工业出版社，2007 [12]夏仁霖等编 RISC技术参考大全

[13](德) Ulrich Golze著；田泽 ... [等] 译.大型RISC处理器设计：用描述语言Verilog

设计VLSI芯片.北京：北京航空航天大学出版社，2005

[14]朱子玉, 李亚民 著.CPU芯片逻辑设计技术.北京：清华大学出版社，2005

[15]林容益 著.CPU/SOC及外围电路应用设计：基于FPGA/CPLD.北京：北京航空航天大学出

版社，2004

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武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告

课题名称 基于RISC的模型CPU CORE设计 院系名称 数学与计算机学院 专 业 班 级 计科072 一、课题的意义： 计算机发展至今，及其功能越来越强大，硬件结构越来越复杂。尤其是随着集成电路技术的发展及计算机应用领域的不断扩大，计算机系统的软件价格相对而言在不断提高。为了节省开销，人们希望已开发的软件能被继承、兼容， CISC的出现很好的解决了这一问题。在20世纪70年代末，计算机的期间已进入VLSI时代，复杂的指令系统需要复杂的控制器，这需要占用较多的芯片面积。统计表明，典型的CISC计算机中，控制器约占60%的芯片面积，而且使设计、验证和验证都更加困难。 1975年IBM公司提出了精简指令系统的概念，RICS由于设计的指令条数有限，相对而言，它只用了较小的芯片空间变课制作逻辑控制电路，更多的芯片空间课用来增强处理机的性能或使其功能多样化，其指令系统极为简单，但功能已超过了饿大部分的CISC-CPU，且速度极具优势，在智能家电及各种嵌入式设备大行其道的今天，研究RISC-CPU对我国来说具有重要的战略意义。 二、该领域的发展状况： RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器。如今的社会发展的速度越来越快，科技日新月异，特别是计算机行业的发展速度令人惊叹。计算机的指令集越来越大，这样反而使得微处理器越来越复杂，执行操作也越来越慢。因此，发展RISC非常有必要，前景也非常乐观。 RISC处理器面向的应用范围广泛，不同的应用的特点不一样，对处理器的构造要求也不一样。比如有些应用存在丰富的线程并行性，采用多线程或者多核构造的处理器比较合适；有些应用本身就是一个不可拆分的单线程应用，采用高性能的多发射处理器更为 适合。基于此本文提出通过两个简单RISC3200处理器设计在微结构上双发射与双核融合的RISC3202处理器。这也就是说，RIsc3202在指令构造上

计算机科学与技术 曹书俊 学生姓名 ４

与RISC3200一致，但在微结构上可以根据应用的特点配置成双发射超标最处理器，或者两个独立的RISC3200 处理器，这是一种RISC处理器微结构构造创新。 随着计算机体系结构的不断发展，RISC以其结构和软件开发上的优越性逐步取得了与 CISC之闻斗争的胜利，CISC纷纷转向RISC、砹计，例如在桌面和服务器市场中，具有CISC指令的x86处理器通过硬件将CISC指令转换成RISC指令。但是，在嵌入式市场中，成本和功耗成为首要的考虑因素，采用硬件转换的方法对系统来说太奢侈。所以，在2000年以 后问世的通用目的处理器中，90％都采用RISC架构。 三、本课题的研究内容 基于RSIC的模型CPU core设计以考虑提高cpu的运行速度，提高cpu的效率为目的。为此，我们设计时会： 1.选取一些使用频度最高的基本指令，并根据对操作系统，高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令； 2.采用简单的指令格式，规整的指令长度和简单的寻址方式； 3.采用多级流水线结构，这样可以使得每条指令的周期大大减少。 四、本课题的知识储备 我们计划在设计前认真的复习毕业设计所需要的知识,对EDA、VHDL语言、数字逻辑设计硬件平台和QurtusII开发工具进行了系统的学习,掌握了可编程逻辑相关内容的基本知识点,同时也查看了大量相关的文献资料。在掌握基础知识的同时,对基于RISC的CPU进行了深入、详细的分析,大体可以将系统分为以下几个模块: 1. 算术运算逻辑部件模块 ALU 算术逻辑单元 (Arithmetic Logic Unit, ALU)是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由\和\构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二进制的算术运算，如加减乘(不包括整数除法)。基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以二补数的形式来表示。 2. 累加器模块 在中央处理器CPU中， 累加器（accumulator）是一种暂存器，它用来储存计算所产生的中间结果。如果没有像累加器这样的暂存器，那么在每次计算（加法、减法、乘法，移位等等）后就必须要把结果写回到内存，然后再读回来。

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