簡單CPU的設計設計步驟：確定CPU功能擬定指令系統（采用MIPS）分析指令系統，為數據通路選擇合適的組件，并給出組件所需的控制信號，連接組件建立數據通路詳細分析指令在多周期通路中的執行過程，給出指令執行的流程圖依據指令執行的流程圖，分析控制信號的取值，生成相應的狀態轉換圖確定CPU功能M[2]←M[0]+M[1]擬定指令系統J類型OPTarget4位12位指令格式中的op（opcode）是指令操作碼。rs（registersource）是源操作數的寄存器號。rd（registerdestination）是目的寄存器號。rt（registertarget）即可作為源寄存器號，又可作為目的寄存器號，有具體的指令決定。func（function）可被認為是擴展的操作碼，Target表示一下個地址開始注：操作碼4位，寄存器字段rs，rt，rd各三位，Fun功能字段3位，Imm立即值字段6位；一共8個寄存器，R0只讀不可寫，恒為0。R類型的指令ADD SUBRd,Rs,Rt ANDRd,Rs,Rt OR XORI類型的指令LWRt,Rs,imm6 SWRt,Rs,imm6指令操作碼OP所屬的指令格式Fun備注ADD0000R001R[rd]←R[rs]+R[rt]無符號加法SUB0000R010R[rd]←R[rs]-R[rt]無符號減法AND0000R011R[rd]←R[rs]&R[rt]邏輯與OR0000R100R[rd]←R[rs]|R[rt]邏輯或Alufunc:0000與運算；0001或運算；0010異或；0011取反；0100加；0101減Memtoreg:為1時選擇LMD;為0時選擇aluoutput關鍵組件寄存器及寄存器組設計帶復位（清零）、寫使能控制功能的16位寄存器（PC），當復位信號為1時，寄存器輸出0，否則，在時鐘下降沿且寫使能信號有效時將輸入數據傳送至輸出端。設計帶寫使能控制功能的16位寄存器（ALUO、LMD），在時鐘下降沿且寫使能信號有效時將輸入數據傳送至輸出端。設計暫存器（暫存器A、B），在時鐘下降沿將輸入數據傳送至輸出端。設計指令寄存器（IR）,在時鐘下降沿且寫使能信號有效時將輸入指令傳送至輸出端，并且分解出指令的op、rs、rt、rd、func、imm字段。設計由8個寄存器構成的16位通用寄存器組。通用寄存器組有兩個讀口，ReadOne和ReadTwo分別讀出由RegOne和regTwo指定編號的寄存器中的信息，讀操作屬于組合邏輯操作，不需時鐘控制；有一個寫口，WriteData上的信息寫入由WriteReg指定編號的寄存器中，寫操作屬于時序邏輯操作，需要clk時鐘信號的控制，在WriteEnable為1的情況下，clk下降沿完成信息的寫入。圖１PC元件圖符圖2寄存器元件圖符圖3暫存器元件圖符圖4IR元件圖符圖5寄存器組的元件圖符RAM及ROM設計存儲容量為64×16的RAM寫操作為時序邏輯操作,當時鐘clock下降沿到來且wren=1的情況下,data開始寫入由address指定的存儲單元中;讀操作為組合邏輯操作,address有效后,q輸出address指定的存儲單元的內容.定制初始化數據文件，建立MemoryInitializationFile(.mif)文件，選擇File→New命令，并在New窗口選擇Otherfile選項，再選擇MemoryInitializationFile選項。出現如圖1所示的窗口，指定存儲容量,字的個數輸入64,字長輸入16。之后，出現如圖2所示的窗口，向存儲單元中輸入初始化數據，選擇地址及存儲內容采用16進制。輸入數據后保存文件，文件名ram1.mif。初始化0單元數據為90H，1單元數據為60H。圖1指定存儲容量窗口圖2初始化數據窗口設計存儲容量為64×16的ROMROM為只讀存儲器，讀操作為組合邏輯操作，Q輸出由ADDRESS指定的存儲單元的內容。3）ALU設計具有下列功能的16位ALU功能選擇輸入func[3..0]操作0000c←Aandb0001c←Aorb0010c←