处理器设计和实现属于高复杂度和高科技含量的核心技术，一向都只为少数几个国家的少数几个公司和实验室所掌握。在这样的一种背景下，探索并总结出一套处理器设计和实现的合理方案，就显得意义重大。而本文正是试图完成这样一个工作。 本文从研究一个32位RISC处理器的流水线设计方案入手，首先通过分析指令的具体行为反推出一个流水线整体设计方案，然后解决引入流水线带来的结构相关，数据相关和控制相关，再通过引入cache和TLB来达到通过一个流水周期完成访存操作的目的。然后，通过对处理器前端的PC(程序计数器)模块，分支预测模块，取指和译码模块等作出设计调整，并引入寄存器重命名，ROQ(重排序队列)，BRQ(分支转移队列)以及发射队列等模块，将设计过渡到超标量阶段，并给出完整的超标量设计框图。整个设计过程遵循由简单到复杂、逐步增加功能模块和逐步求精的原则。 在此基础上，本文给出了一个32位流水线RISC处理器的RTL实现方案。这包括内存模块的实现细节、CPU模块内部各部分的实现细节以及内存与CPU模块的交互细节等。 最后，介绍了现代处理器设计领域的一些新技术和新思想，以作为学习和借鉴之用。这些技术主要包括：多核，多线程以及64位计算等。