计算机帮助人类完成了很多的繁琐工作，随着集成电路技术的发展，廉价高效的计算机更是进入了大众百姓的生活，这深刻地影响了整个社会的生活方式。CP　　 U是计算机的核心元件，计算机的所有运算工作都由它完成，计算机体系中的各个部分都由其控制，现代个人电脑的各个配件也是以CPU的规格为准则设计的。　　 现在CPU发展方向有很多。其中之一是使用流水线技术提高CPU执行指令的效率，主要原理是把每条指令的执行都分为取指令，译码指令，执行指令这三个步骤，类似工业上流水线上不同的工序，指令类似流水线上的产品，指令运行类似于产品在流水线上传输。流水线上有多个产品在传输，CPU中也有多条指令在运行，这样使指令执行效率得到提高。　　 本文使用Verilog语言设计了一款八位RISC（reduced instruction set computer精简指令集计算机）型CPU，RISC的主要特征是指令较为简单，并且指令的机器代码都是等长的，这样便于实现流水线执行。在上述CPU的基础上又设计了一款可以流水线执行指令的CPU，使CPU执行一条指令的时间缩短到一时钟周期到两时钟周期，同时整个运行过程中CPU各部分的使用率也更高。　　 在改进型CPU中，流水线中各个步骤的控制信号被称为微指令，使用微指令表的方式完成对指令的译码，同时实现流水线运行。微指令表保存了CPU运行时所需要的全部微指令,其每一行分别对应一种微指令，每一列分别对应一个时钟周期，译码的过程就是在微指令表的相应位置填写对应的微指令，每个时钟周期CPU从微指令表中读取一列微指令来执行。　　 CPU运算电路的设计，采用了将八个串行连接的一位运算电路变成两个串行连接的四位并行运算电路，实现八位运算，从而提高了CPU运算的速度。　　 在整个CPU的体系设计过程中，参考了一些x86体系的概念，由于x86是CISC(complex instruction set computer复合指令计算机)，所以各个寄存器的使用方式上并不一致，许多运算只能以特定的寄存器作为输入输出。本文设计的CPU的指令，在调用寄存器作为参数时没有任何限制，这也符合RISC体系的要求。　　 改进型CPU提高了运行的效率，但会出现寄存器读写冲突的错误，这种现象被称为互锁。本文在设计硬件电路和指令集时做了相应的处理，可以保证避免互锁。　　 整个CPU设计使用TSMC（台积电）的0.18μm CMOS工艺，完成芯片版图设计，并进行了后仿真验证了电路的正确。