CPU 設計與教學之FPGA 硬體平台製作—以MIPS 為例

[timmy61109]

論文摘要：

本研究用VHDL硬體描述語言，做精簡指令集MIPS CPU設計為主體， 經模擬(Simulation)完成之CPU電路下載至FPGA(Field Programmable Gate Array)，加入I/O介面控制電路設計，再與I/O電路實體連接，以完成整體設 計架構，並發展部分實作教材，可供教師在計算機組織與設計相關科目之 教學參考。CPU與I/O介面控制電路之設計與規劃，是計算機組織與設計課 程之重點。 目前相關之“計算機組織與設計”教科書僅止於對設計概念與控制流程 作介紹，本研究進一步將其設計理念與流程控制作成電路，且在FPGA之 實驗平台作驗證，讓CPU設計從構想、設計至實際電路製作能一氣呵成。 學生藉由這些相關單元的學習，不僅能了解CPU內部架構與資料流向和控 制，且能結合外部相關硬體電路的模組設計，充實本身對計算機硬體設計 之知能。 VHDL為業界經常使用於電路設計之工具軟體，MIPS CPU亦是業界主 流的microcontroller之一，讓學生及早並熟悉這些工具來設計實用的CPU， 將更進一步縮短教育界與產業界之技術差距。 本研究除此上述目標之外，參考相關學術文獻、技術文件，發展教學 及部分實作教材，並設計符合研究所需之FPGA實驗平台，以幫助設計成 品之驗證與實作需要。期能以由淺入深的教學與實作歷程，提供教師在相 關計算機組織與設計教學的參考。

第一章 緒論

第三章 MIPS CPU 規劃設計