MIPS 指令译码器设计

关于 MIPS 体系：

MIPS 体系结构 是20世纪80年代初发明的一款 RISC（精简指令系统计算机）体系架构。MIPS是一个双关语，它既是 Microcomputer without Interlocked Pipeline Stages 的缩写， 同时又是 Millions of Instructions Per Second 的缩写。相比 Intel x86 的 CISC （复杂指令系统计算机）架构， MIPS 是一种非常优雅，简洁，高效的 RISC 体系架构，非常适合于教学研究，我国的龙芯处理器就是基于MIPS指令系统的。最初MIPS是为32位系统设计的，后来又发展出了64位MIPS，但依然对32位模式向下兼容。

关于指令译码器：

指令译码器(Instruction Decoder,ID) 是控制器中的主要部件之一。计算机能且只能执行“指令”。指令由操作码和地址码组成。操作码表示要执行的操作性质，即执行什么操作，或做什么；地址码是操作码执行时的操作对象的地址。计算机执行一条指定的指令时，必须首先分析这条指令的操作码是什么，以决定操作的性质和方法，然后才能控制计算机其他各部件协同完成指令表达的功能。这个分析工作由指令译码器来完成。

实验目的：

理解指令译码的基本概念，能将32位MIPS指令字译码成不同的指令译码信号。

实验内容：

利用比较器等功能模块将32位MIPS 指令字译码生成 LW、SW、BEQ、SLT、ADDI、OtherInstr信号：

信号	位宽	功能描述
IR	32	MIPS指令字IR
LW	1	当前指令为lw指令时输出为1
SW	1	当前指令为sw指令时输出为1
BEQ	1	当前指令为beq指令时输出为1
ADD	1	当前指令为addi指令时输出为1
SLT	1	当前指令为slt指令时输出为1
OtherInstr	1	当前指令为其他指令时输出为1

理解指令译码的基本概念，能将32位MIP指令字译码成不同的指令译码信号。

指令译码器是控制器核心功能部件，负责将指令字翻译成一根根的指令译码信号，每一根指令译码信号代表一条具体的指令，如上图中的 I1…Im 。

实验步骤

相关指令的规格通过参考MIPS英文指令手册进行查询。





查询MIPS英文指令手册可以得知，各指令的高六位分别为：

Sw:101011; 换算成16进制为：2B；

Lw:100011; 换算成16进制为：23；

Addi:001000; 换算成16进制为：08;

Beq:000100; 换算成16进制为：04;

SLT 指令需要和低六位 FUNCT 一起判断：

OP：000000; 换算成16进制为：00;

FUNCT：101010；换算成16进制为：2A;

最后用逻辑或非门总结到 OtherInstr：

电路完成图：

测试为：

预期输入：
Cnt      IR           LW    SW    BEQ   ADDI  SLT   OtherI
0000     2010ffff     0     0     0     1     0     0
0001     20110000     0     0     0     1     0     0
0002     ae300200     0     1     0     0     0     0
0003     22100001     0     0     0     1     0     0
0004     22310004     0     0     0     1     0     0
0005     ae300200     0     1     0     0     0     0
0006     22100001     0     0     0     1     0     0
0007     22310004     0     0     0     1     0     0
0008     ae300200     0     1     0     0     0     0
0009     22100001     0     0     0     1     0     0
000a     22310004     0     0     0     1     0     0
000b     ae300200     0     1     0     0     0     0
000c     22100001     0     0     0     1     0     0
000d     22310004     0     0     0     1     0     0
000e     ae300200     0     1     0     0     0     0
000f     22100001     0     0     0     1     0     0
0010     22310004     0     0     0     1     0     0
0011     ae300200     0     1     0     0     0     0
0012     22100001     0     0     0     1     0     0
0013     22310004     0     0     0     1     0     0
0014     ae300200     0     1     0     0     0     0
0015     22100001     0     0     0     1     0     0
0016     22310004     0     0     0     1     0     0
0017     ae300200     0     1     0     0     0     0
0018     20100000     0     0     0     1     0     0
0019     2011001c     0     0     0     1     0     0
001a     8e130200     1     0     0     0     0     0
001b     8e340200     1     0     0     0     0     0
001c     0274402a     0     0     0     0     1     0
001d     11000002     0     0     1     0     0     0
001e     ae330200     0     1     0     0     0     0
001f     ae140200     0     1     0     0     0     0
0020     2231fffc     0     0     0     1     0     0
0021     12110001     0     0     1     0     0     0
0022     1000fff7     0     0     1     0     0     0
0023     22100004     0     0     0     1     0     0
0024     2011001c     0     0     0     1     0     0
0025     12110001     0     0     1     0     0     0
0026     1000fff3     0     0     1     0     0     0
0027     1000ffff     0     0     1     0     0     0
0028     00000000     0     0     0     0     0     1
实际输入：
Cnt      IR           LW    SW    BEQ   ADDI  SLT   OtherI
0000     2010ffff     0     0     0     1     0     0
0001     20110000     0     0     0     1     0     0
0002     ae300200     0     1     0     0     0     0
0003     22100001     0     0     0     1     0     0
0004     22310004     0     0     0     1     0     0
0005     ae300200     0     1     0     0     0     0
0006     22100001     0     0     0     1     0     0
0007     22310004     0     0     0     1     0     0
0008     ae300200     0     1     0     0     0     0
0009     22100001     0     0     0     1     0     0
000a     22310004     0     0     0     1     0     0
000b     ae300200     0     1     0     0     0     0
000c     22100001     0     0     0     1     0     0
000d     22310004     0     0     0     1     0     0
000e     ae300200     0     1     0     0     0     0
000f     22100001     0     0     0     1     0     0
0010     22310004     0     0     0     1     0     0
0011     ae300200     0     1     0     0     0     0
0012     22100001     0     0     0     1     0     0
0013     22310004     0     0     0     1     0     0
0014     ae300200     0     1     0     0     0     0
0015     22100001     0     0     0     1     0     0
0016     22310004     0     0     0     1     0     0
0017     ae300200     0     1     0     0     0     0
0018     20100000     0     0     0     1     0     0
0019     2011001c     0     0     0     1     0     0
001a     8e130200     1     0     0     0     0     0
001b     8e340200     1     0     0     0     0     0
001c     0274402a     0     0     0     0     1     0
001d     11000002     0     0     1     0     0     0
001e     ae330200     0     1     0     0     0     0
001f     ae140200     0     1     0     0     0     0
0020     2231fffc     0     0     0     1     0     0
0021     12110001     0     0     1     0     0     0
0022     1000fff7     0     0     1     0     0     0
0023     22100004     0     0     0     1     0     0
0024     2011001c     0     0     0     1     0     0
0025     12110001     0     0     1     0     0     0
0026     1000fff3     0     0     1     0     0     0
0027     1000ffff     0     0     1     0     0     0
0028     00000000     0     0     0     0     0     1