# 数字设计与计算机体系结构实验三

**Repository Path**: yang-ding-qi/Lab_3

## Basic Information

- **Project Name**: 数字设计与计算机体系结构实验三
- **Description**: No description available
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-12-14
- **Last Updated**: 2025-12-31

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

## 实现指令

### 1. ADD.W
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：add.w rd, rj, rk
- **编码结构**（32位，3R-type）： opcode 占高位，依次包含 rk、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj中的数据与通用寄存器rk中的数据相加，取结果的[31:0]位写入通用寄存器rd，不处理溢出。
- **文本形式表达式**：
  ```
  tmp = GR[rj] + GR[rk]
  GR[rd] = tmp[31:0]
  ```

---

### 2. OR
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：or rd, rj, rk
- **编码结构**（32位，3R-type）： opcode 占高位，依次包含 rk、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj与rk中的数据进行按位逻辑或运算，结果写入通用寄存器rd。
- **文本形式表达式**：
  ```
  GR[rd] = GR[rj] | GR[rk]
  ```

---

### 3. XOR
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：xor rd, rj, rk
- **编码结构**（32位，3R-type）： opcode 占高位，依次包含 rk、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj与rk中的数据进行按位逻辑异或运算，结果写入通用寄存器rd。
- **文本形式表达式**：
  ```
  GR[rd] = GR[rj] ^ GR[rk]
  ```

---

### 4. SRAI.W
- **所属分类**：基础整数指令 - 移位运算类
- **指令结构**：srai.w rd, rj, ui5
- **编码结构**（32位，2RI5-type）： opcode 占高位，包含 ui5 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj中的数据按算术右移ui5位（ui5为5比特无符号立即数），结果的[31:0]位写入通用寄存器rd。
- **文本形式表达式**：
  ```
  tmp = SRA(GR[rj], ui5)
  GR[rd] = tmp[31:0]
  ```

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### 5. SLTI
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：slti rd, rj, si12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 si12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj中的数据与12比特立即数si12符号扩展后的32位数据，视作有符号整数比较，若rj数据小于立即数则rd置1，否则置0。
- **文本形式表达式**：
  ```
  tmp = SignExtend(si12, 32)
  GR[rd] = (signed(GR[rj]) < signed(tmp)) ? 1 : 0
  ```

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### 6. ADDI.W
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：addi.w rd, rj, si12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 si12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj中的数据与12比特立即数si12符号扩展后的32位数据相加，结果的[31:0]位写入通用寄存器rd，不处理溢出。
- **文本形式表达式**：
  ```
  tmp = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)
  GR[rd] = tmp[31:0]
  ```

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### 7. ANDI
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：andi rd, rj, ui12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 ui12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj中的数据与12比特立即数零扩展后的32位数据进行按位逻辑与运算，结果写入通用寄存器rd。
- **文本形式表达式**：
  ```
  GR[rd] = GR[rj] & ZeroExtend(ui12, 32)
  ```

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### 8. ORI
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：ori rd, rj, ui12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 ui12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj中的数据与12比特立即数零扩展后的32位数据进行按位逻辑或运算，结果写入通用寄存器rd。
- **文本形式表达式**：
  ```
  GR[rd] = GR[rj] | ZeroExtend(ui12, 32)
  ```

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### 9. LU12I.W
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：lu12i.w rd, si20
- **编码结构**（32位，1RI20-type）： opcode 占高位，包含 si20 立即数域、rd 寄存器域
- **功能描述**：将20比特立即数si20的最低位连接12比特0后，写入通用寄存器rd，常与ORI指令配合装载超过12位的立即数。
- **文本形式表达式**：
  ```
  GR[rd] = {si20, 12'b0}
  ```

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### 10. PCADDU12I
- **所属分类**：基础整数指令 - 算术运算类
- **指令结构**：pcaddu12i rd, si20
- **编码结构**（32位，1RI20-type）： opcode 占高位，包含 si20 立即数域、rd 寄存器域
- **功能描述**：将20比特立即数si20最低位连接12比特0后符号扩展为32位，与当前指令的PC相加，结果写入通用寄存器rd。
- **文本形式表达式**：
  ```
  GR[rd] = PC + SignExtend({si20, 12'b0}, 32)
  ```

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### 11. LD.B
- **所属分类**：基础整数指令 - 普通访存指令
- **指令结构**：ld.b rd, rj, si12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 si12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：从内存地址（rj值+符号扩展后的si12）取回1字节数据，符号扩展为32位后写入通用寄存器rd，地址非自然对齐将触发非对齐例外。
- **文本形式表达式**：
  ```
  vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)
  AddressComplianceCheck(vaddr)
  paddr = AddressTranslation(vaddr)
  byte = MemoryLoad(paddr, BYTE)
  GR[rd] = SignExtend(byte, 32)
  ```

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### 12. LD.W
- **所属分类**：基础整数指令 - 普通访存指令
- **指令结构**：ld.w rd, rj, si12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 si12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：从内存地址（rj值+符号扩展后的si12）取回1字（32位）数据，直接写入通用寄存器rd，地址非自然对齐将触发非对齐例外。
- **文本形式表达式**：
  ```
  vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)
  AddressComplianceCheck(vaddr)
  paddr = AddressTranslation(vaddr)
  word = MemoryLoad(paddr, WORD)
  GR[rd] = word
  ```

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### 13. ST.B
- **所属分类**：基础整数指令 - 普通访存指令
- **指令结构**：st.b rd, rj, si12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 si12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rd中的[7:0]位数据，写入内存地址（rj值+符号扩展后的si12），地址非自然对齐将触发非对齐例外。
- **文本形式表达式**：
  ```
  vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)
  AddressComplianceCheck(vaddr)
  paddr = AddressTranslation(vaddr)
  MemoryStore(GR[rd][7:0], paddr, BYTE)
  ```

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### 14. ST.W
- **所属分类**：基础整数指令 - 普通访存指令
- **指令结构**：st.w rd, rj, si12
- **编码结构**（32位，2RI12-type）： opcode 占高位，包含 si12 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rd中的[31:0]位数据，写入内存地址（rj值+符号扩展后的si12），地址非自然对齐将触发非对齐例外。
- **文本形式表达式**：
  ```
  vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)
  AddressComplianceCheck(vaddr)
  paddr = AddressTranslation(vaddr)
  MemoryStore(GR[rd][31:0], paddr, WORD)
  ```

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### 15. BEQ
- **所属分类**：基础整数指令 - 转移指令
- **指令结构**：beq rj, rd, offs16
- **编码结构**（32位，2RI16-type）： opcode 占高位，包含 offs16 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：比较通用寄存器rj与rd的值，若相等则跳转到目标地址（PC + 符号扩展后的{offs16, 2'b0}），否则不跳转。
- **文本形式表达式**：
  ```
  if GR[rj] == GR[rd] :
      PC = PC + SignExtend({offs16, 2'b0}, 32)
  ```

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### 16. BNE
- **所属分类**：基础整数指令 - 转移指令
- **指令结构**：bne rj, rd, offs16
- **编码结构**（32位，2RI16-type）： opcode 占高位，包含 offs16 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：比较通用寄存器rj与rd的值，若不相等则跳转到目标地址（PC + 符号扩展后的{offs16, 2'b0}），否则不跳转。
- **文本形式表达式**：
  ```
  if GR[rj] != GR[rd] :
      PC = PC + SignExtend({offs16, 2'b0}, 32)
  ```

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### 17. BGEU
- **所属分类**：基础整数指令 - 转移指令
- **指令结构**：bgeu rj, rd, offs16
- **编码结构**（32位，2RI16-type）： opcode 占高位，包含 offs16 立即数域、rj、rd 寄存器域
- **功能描述**：将通用寄存器rj与rd的值视作无符号整数比较，若rj大于等于rd则跳转到目标地址（PC + 符号扩展后的{offs16, 2'b0}），否则不跳转。
- **文本形式表达式**：
  ```
  if unsigned(GR[rj]) >= unsigned(GR[rd]) :
      PC = PC + SignExtend({offs16, 2'b0}, 32)
  ```

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