用csdn查计算机组成原理很久了，但是总是很痛苦，因为各种不能运行，我这次闲着把自己写的电路图传上来，参考过网络资源和学校给的数据，但是有的地方我自己没好好学，也解释不明白。

先做运算控制器和控制信号自动生成。

运算控制器：

这里有两张图，

根据这两张图，一个个对，获得对应指令，不同操作下的ALU_OP值，如果找不到就是没有，就写“X”。填入下面的表格的框里。

然后控制信号表达生成里面就有了ALU_OP的s3,s2,s1,s0的真值生成表达式，然后复制到lologisim里面就行了。

控制信号：

这里华科的没有给控制信号，因为听说是谭志虎老师想让学生自己动手查，我们老师给了，但是因为和网上一些资源有一定程度的出入，我无法保证他的完全正确。我自己做了几个修改后能正常跑马灯 ，我就完全按照他的来了，然后添了一个信号。

上表：

就是如果右边部分控制信号栏里面的有这个信号，就在表格里面置1，当然ALU_OP不用管，它是上一个元件里面完成了。

注意：我在23行LW里面添了一个ALU_SRCB,图里面没有。

上图：

然后，把生成的表达式逐个填到logisim里面这趴完成了。

然后上cpu电路图：

目前在网上看见了三个这个电路图，一个知乎的和csdn上面的一个哥们的很像，但是有点问题，一个是syscall那边连的数字是22H，另一个是在底下立即数0-25那里原理上是左移两位后左边接上pc高四位，或者PC =PC31..28 || instr_index|| 00，当然深究都是6个0，只是原理问题。

还有另一个csdn上的图，全是散图的哥们，那个比较完整，但是和我的控制信号不一样，所以有点出入。

注意：这张图有两个时钟，不能都连，

第二个按下控制位能暂停时钟周期。如果都连，就会变红。选一个就行。

一个跑马灯跑完后，按下go键，重新跑。

下面是我写的24个指令的运行原理，复杂冗长，而且不完整，或者不正确，因为我不知道regfile的原理，所以这部分都摸棱两可。

SLL：指令从随机存储器出来，不是其他指令，直接一路通过pc，到指令存储器，到分线器，分为多个字段。作为R型指令有ALU_OP=0000,和RegWrite,RegDst有信号，syscall无信号，那么RS，RT字段直接进入，R1#，R2#，RegDst有信号，选择Rd进入W#，否则选择Rt进入W#，Rd作为目的寄存器，不参与。信号从R2出来，进入选择器，没有ALUSRCB信号，不选择，进入Alu。与此同时，分线器shamt段信号进入ALU，在ALU_OP作用下产生想坐偏移。不是bne，beq指令，也就是“=”没有信号。出来后，进入随机寄存器，进入对应地址，R2产生分支进入D，因为没有memwrite，所以有数据就不写，没数据就填写。没有MemToReg信号，选择刚才从D进去的数据，也就是R2，就是RT的数。没有JAL信号，直接出来，返回din，回写，没有Regwrite，写到rd段。

而另一边，，因为不是syscall信号，ledout无信号，那么leddata无数据。而halt无信号，回到pc，halt的非为有信号，可以进入下一个周期。总周期数那里的halt同样的道理。

SRA：思路同上，只不过最后，因为ALU_OP不一样，选择了向右偏移。

SRL：同上。

ADD：R型指令因为部分控制信号只有AlU_OP不同，另外两个都是RegWrite,RegDst

所以前半段都相同,而在进入ALU后，因为ALU_OP的不同所以变化。这里ADD指令，进入ALU后，在ALU_OP作用下，R1和R2相加，也就是Rs和Rt相加，信号出来，没有等于信号，不写入。R2分支D进入。Ledout无信号，leddata无数据。下一个。

ADDU:同上，不过不考虑overflow；SUB:同上，不过从加变成了rs-rt；AND:同上，变成了“与”OR:同上，变成“或”NOR：同上，不过时“或非”10.SLT：同上，如果rsrt,rd=0；

11.SLTU:同上，不论rs>rt还是rs

12.JR：

JR属于R型指令，目的是令PC等于Rs。

指令出来，没有其他指令，过pc，一路通过到单周期硬布线控制器，被识别，只有JR产生信号，直接返回到PC前的选择器，R1也就是rs产生支路返回到这个选择器，被选中，进入pc；完成。其他指令没有，直接下一个。

13.SYSCALL：

没有其他信号，一路通过到单周期硬布线控制器，只有syscall产生信号，syscall控制，在多路选择器上放弃rs、rt信号，选择$2和$4寄存器，rd仍然进入寄存器。这部分完成。另一边，如果$v0等于34（16进制下为22），加上syscall有信号，halt就有了信号，ledout有信号，到另一边，输出$a0数据，如果$v0不等于34，ledout没信号，但是halt有了，因为halt的反作用在pc上，被暂停。这时按下go，有了信号，开始下一个指令。这时，存在寄存器里面的02和04号寄存器数据就出来了。

14.J：

作为一个J型指令，直接在分线器的作用下，将pc的高四位，和立即数段左移两位，加上两个00，返回到pc。可以用移位器，移位产生这个效果，可以高四位和低二位直接接地置0，反正数字都是0.其他部件无信号，不工作。

15.JAL：

指令过单周期硬布线控制器，JAL和RegWrite有信号，用多路选择器，放弃原来的目的寄存器，选择31号寄存器，后面一路不管，直到返回信号段，因为JAL有信号选择pc+4，返回到Din写入，也就是写入31号寄存器。另一边，同上，类似J型指令。

这里选择将J和JAL用或门连接。有一个有信号，就会允许通过PC =PC31..28 || instr_index|| 00

16.BEQ：

通过单周期硬布线控制器后，同上，beq有信号，但是因为事比较操作，如果rs和rt相等，那AlU的=接口就会直接输出信号，和beq进行与操作，输出有信号，说明beq指令成功了，回到另一个多路选择器。另一边，通过加法器，将pc+4，再左移两位，获得beq信号后，返回到pc。而只有signedext有信号，而AluSrcB无信号，虽然产生了signext但是没了后文。

17.BNE：

与beq相反，如果rs和rt不等，那么ALU的=位没有信号，再取反和bne指令与操作，就有了信号，再返回pc。剩下的和beq相同。

18.ADDI：

其他同上；

部分信号为ALU_OP,SignedExt,RegWrite,ALU_SRCB。

有SignedExt和ALU_SRCB信号，那么产生的立即数服啊后扩展信号可以进入ALU，在ALU_OP作用下加上RS进入ALU，然后在Alu内相加，到随机存储器。再从一路不改变回到Din，因为RegWrite，进行回写，写到rt寄存器。再往后。

19.ANDI：

同上，不过，没有signedext，所以选择了0扩展立即数，在ALU_OP作用下进行与操作。

20.ADDIU：

类似ADDI；

21.SLTI：

类似ADDI和ADDIU，ALU_OP为比较，如果rs小于立即数符号扩展后的数，rt=1，否则rt=0；

22.ORI：ALU_OP,RegWrite,ALU_SRC

立即数在0扩展后，经过signedext无信号，ALU_SRCB有信号作用下，顶替R2，进入ALU，在ALU_OP作用下，获得一个或信号，输出，跳过存储器，返回到Din，在regwrite下回写到rt，再进入存储器。同样都会a0出来两次，不过因为ledout没信号，所以没有后续。

23.LW：ALU_OP,SignedExt,RegWrite,MemtoReg，ALU_SRCB

立即数经过符号扩展后，有SignedExt,，ALU_SRCB，一路被选中，顶替R2进入ALU，和R1（rs）相加，进入存储器。从D进去的是R2的值，，欸有memwrite，所以不改变，或者没有数据才填入，因为MemToReg有信号，所以出来后，选择R[rs]+SignExtImm，再回到Din，在RegWrite作用下，写到rt；

24.SW：ALU_OP,SignedExt,ALU_SRC,MemWrite

立即数扩展后加上rs都和上面一样，但是进入了存储器后，有了memwrite，就要将D的数据也即是R2，或者说rt的数据填入对应rs+signextimm对应的地址上。

24个指令分析完毕。