4，写程序测试
在你完成了CPU设计后，需要编写程序在CPU上运行以测试CPU能否工作。 试着将以下汇编指令翻译成机器码： add $2,$1,$0 add $1,$1,$0 add $1,$2,$0
然后将机器码存入指令内存中。
如果你成功地完成了此最简单的CPU，则时钟每跳一次，将执行一条指令。为了你看到一些有意义的结果，你可能需要手动设置一下各个寄存器的初值，这在仿真中可以较容易的实现，如将寄存器1的值设为1，寄存器2的值设为2，寄存器3的值设为3。但是硬件实现时候就要想一些别的方法了，前面推荐大家优先实现lui和ori指令就是这个道理。 首先让你的CPU能运行lui和ori指令是非常重要的，因为在程序中通过他们使CPU中的寄存器载入数据，让其他测试的数据初始化成为可能。在前面最后组合各功能模块，实现每条命令的控制逻辑时强烈推荐优先完成这两条指令，待这两条指令工作正常后，就可以用来测试其他指令了。
为了更好的观察输出结果一个数码管显示是必要的，应用这种选择器似的解码电路就能实现，选择端输入的要显示的16进制数据，各数据通路上的常量为0——f的数码管字段编码，这是一个典型的译码电路实现，当然使用ROM查表的方法也可以实现，不过要多一个刷新时钟，前面我们实现过数码管的译码电路了，使用它就可以了。
写几个程序测试你的CPU，把一条条指令都调试好，至此，你的Proj3中的CPU设计作业就完成了。
前面我们以尽量快的速度完成了Proj3的任务，但是还有一些问题遗留下来，这里我们就来讨论下这些问题。
1， Logisim与QuartusII的比较
前面已经提到，使用QuartusII进行数字电路设计，更多情况下使用的是硬件描述语言，硬件描述语言功能更加强大，标准更加规范，应用十分广泛。这里选择使用原理图的设计描述方式是为了让我们容易的从Logisim过渡过来。
从前面的内容来看，我们实验课上使用到的Logisim软件实现Proj3中CPU的设计所涉及到的操作，在QuartusII中对应的实现方式都一一对应的演示了，当然QuartusII软件的库中包含的电路模块可能会与Logisim中的有所差别。
Logisim是一款可视化的仿真软件，我们也是在学习罗老板的计算机组成原理课上第一次了解到的，基本算是实验用的，实验演示很方便。QuartusII是Altera公司用于自家器件设备的数字电路设计的软件，我们做实验用的DE2板子上的FPGA芯片就是Altera公司的，QuartusII软件可以完成硬件电路设计的整个流程。
Logisim的仿真表现效果比较直观，直接通过点击就能完成输入输出设定，模块间连线上的电平在电路实时运行中通过连线颜色表示出来。寄存器，RAM中的数据都能进行设定，包括在电路实时运行时。
QuartusII中仿真的方式也很多，比如自带波形仿真功能，另外可以使用第三方的仿真软件如ModelSim等。但是如果想直观的观察电路实时运行状态则不太容易，无论是设定电路初始状态，修改寄存器与RAM中的存储内容等，都不是很容易，所以要先实现一些简单模块，并设法将电路运行状态通过外部设备表现出来，设定一些调试开关，帮助设定电路状态。 2， 为什么是时序逻辑的ROM
这个问题可以这样解释，组合电路的ROM相当于使用电路搭建的，向ROM中写入一个程序，就相当于做一个电路。我们使用计算机，写一个程序进CPU，应该是能够在系统的把程序下载到ROM中，而不是把这个CPU拆了，重新设计一个，这样来说，用过单片机的同学可能更容易理解。
时序电路的ROM更接近于我们实际使用的ROM器件。 3， 为什么我们的ROM工作在另一个时钟下
这是Logisim中的RAM与ROM模块，他们的区别就在于下面的那个小三角，也就是时钟信号输入端，也就是说Logisim里面的ROM是不带时钟信号的。在QuartusII里面我们给出了两种实现方式，上面我们也指出来时序逻辑的ROM是更接近于实际设计中的ROM，所以我们使用时序逻辑的ROM实现方式。
这里重点是这一张课件，在伯克利2010CS61C课程的
2010SpCS61C-L26-ddg-1cyclecpuII-6up里面，从中我们可以清楚的看到一个完整CPU工作周期里，从寄存器输出到计算的结果写入寄存器，各部分信号的更新过程。
一个时钟周期内电路分别进行下面几个工作步骤： 时钟到达Instruction Memory的时候。 读出当前周期执行指令
指令通过译码模块即一个Mux电路选出控制逻辑部分的控制信号 从指令中取立即数部分，或者rs，rt，rw等
控制信号与立即数数据到达各模块部分 根据rs，rt，寄存器文件输出相应数据 ALU计算得出相应结果
时钟到达Data Memory的时候。
如果是sw指令，将数据写入Data Memory。 时钟到达寄存器文件的时候。
如果是lw指令或其他写寄存器的指令，将数据写入rw寄存器。
每一步至最后电路保持到稳定状态，需经历了一段时间，经过这个延时后，时钟信号到达下一步相应模块的位置，这样整个电路才能有足够时间进入稳定状态，否则在进入稳定状态前写入寄存器，写入内存的数据将是错误的，甚至是结果不可预测的紊乱数据。
对于上面几个步骤，即准备电路组合逻辑——>写入内存——>写入寄存器。由于唯一内存写入指令sw的同时并不做写寄存器的操作，那么Data Memory和寄存器文件的时钟一致。 这里整个过程没有时钟到达ROM更新ROM输出信号的步骤，对于没有时钟信号ROM，输出信号随地址改变而改变这没有问题，与前面的实现结果相一致，因为即使ROM输出信号改变由于组合逻辑的延迟，但这个传输延迟在一个CPU时钟周期内信号到达稳定状态的过程中的，不会影响最终的结果。
那么增加了一个时钟其实是相当于在ROM前级增加一个地址锁存，那么就把整个电路有由一个时序电路分出了又一个时钟状态，即PC寄存器前一个时钟状态，PC寄存器至ROM的地址锁存寄存器前一个时钟状态，ROM地址锁存寄存器后面一个时钟状态，这样PC指针要在两个时钟周期后才能更新到ROM输出端。
使ROM工作在另一个时钟下（使远高于CPU工作时钟），就相当于高速刷新ROM的输出，模拟出了组合逻辑实现中ROM输出随输入改变即改变，而无需等待工作时钟的效果。 4， 再起一段
在学习罗老板的计算机组成原理的课程时，笔者了解了mips体系结构的CPU，在做课程实验Proj3中用Logisim体验了一把设计CPU的瘾。罗老板的课程是翻译的伯克利大学的CS61C，国外大学在讲组成原理这门课时的确与国内有很大不同的，感觉最明显的就是让
你在实践中学习理论，让你上组成原理这种枯燥的理论课程时也不再瞌睡，^_^。于是我不禁产生了用FPGA实现下课程实验Proj3的想法，并决定将自己的实验记录下来。 停更两天，查下资料，接下来该思考完善这个CPU了，在Proj3的基础上将有更大的提高……