现代计算机系统部件设计.ppt

第九章 现代计算机系统部件设计 9.1 现代计算机设计技术 EDA技术： EDA技术依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线)，以及逻辑优化和仿真测试，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子线路系统功能 EDA技术 EDA技术的自顶向下的设计方法 ①. 采用硬件描述语言，在系统的基本功能或行为级上对设计的产品进行描述和定义，结合多层次的仿真技术，在确保设计的可行性与正确性的前提下，完成功能确认； ②. 利用EDA工具的逻辑综合功能，把功能描述转换成某一具体目标芯片的网表文件，并将它输出到该器件厂商的布局布线适配器，进行逻辑映射及布局布线； ③. 利用产生的仿真文件进行功能和时序验证，以确保实际系统的性能。 EDA设计流程 现代计算机设计技术 FPGA器件都采用SRAM查找表结构的编程工艺 硬件描述语言HDL（Hardware Description Language） 常见的HDL：VHDL、Verilog HDL、SystemVerilog、SystemC VHDL语言 VHDL是1983年由美国国防部(DOD)发起创建，由IEEE(The institute of E1ectrical and E1ectronics Engineers)进一步完善并在1987年作为“IEEE标准1076”发布 1993年，IEEE公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本 必威体育精装版公布的VHDL标准版本是IEEE 1076-2002 VHDL语言具有很强的电路行为描述、结构描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，简化硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性 计算机组成部件设计 算术逻辑运算部件ALU设计 简单计算机设计 寄存器读写控制电路 简单计算机设计 复位信号clr和时钟信号clk 11个控制信号：Cp、Ep、Lm、Er、Ei、Li、WR、Lab、Su、Eu和S1 11个信号的各种取值构成了计算机的控制字 计算机控制字的每种取值都确定计算机的一种状态，即控制计算机的一个微操作 控制字取值的变化，就决定了计算机的不同动作 控制信号由控制器产生 指令系统设计 指令功能及编码 指令微操作的分配 (1) LB指令 节拍1：节拍线A=1，置EP=1，Lm=1，clk上升沿使PC→MAR，并且B=1；即PC发出访存地址并进入第2拍； 节拍2：节拍线B=1，置Er=1，Li=1，CP=1，clk上升沿使ROM→IR，PC+1→PC，并且C=1；进入第3拍； 节拍3：节拍线C=1，指令线LB=1，置Ei=1，Lm=1，S1=1，clk上升沿使指令编码IR3—IR0→MAR，并且D=1；进入第4拍； 节拍4：节拍线D=1，指令线LB=1，置Ei=1，Er=1，WR=1，clk上升沿把从ROM中读出的8位数据送入一个通用寄存器(由IR5IR4和WR共同决定)，并且A=1，即回到第1拍，进入下一条指令的取指周期。 指令微操作的分配 (2) ADD RX1，RX2指令 节拍3：节拍线C=1，指令线ADD=1，置Ei=1，Lab=1，clk上升沿使RX1→A，RX2→B，并且D=1；即通用寄存器内容读出至临时寄存器并进入第4拍， 节拍4：节拍线D=1，指令线ADD=1，设置Eu=1，Ei=1，WR=1，clk上升沿把加法运算结果送入一个通用寄存器(由IR5IR4和WR共同决定)，并且A=1，回到第1拍。 指令微操作的分配 (3) SUB RX1，RX2指令 节拍3：节拍线C=1，指令线SUB=1，置Ei=1，Lab=1，clk上升沿使RX1→A，RX2→B，并且D=1；即通用寄存器内容读出至临时寄存器并进入第4拍。 节拍4：节拍线D=1，指令线SUB=1，设置Su=1，Eu=1，Ei=1，WR=1，clk上升沿把减法运算结果送入一个通用寄存器(由IR5IR4和WR共同决定)，并且A=1，回到第1拍。 控制器设计 控制字真值表 控制器设计 控制字的逻辑表达式简化 控制器设计 程序设计 存储器分配 QuartusⅡ设计和仿真 1位寄存器R 运算器ALU 4位地址寄存器MAR 四位地址译码器电路dec4 ROM 指令寄存器IR 1位计数器pc1 4位计数器PC 寄存器读写控制电路R_rw 控制器CNTR 控制器CNTR 计算机整机CMPTR 功能仿真 作业 1、3、4 * * 9.1 现代计算机设计技术 9.2 计算机组成部件设计 建立项目 选择目标器件及参数 1位全加器设计 1位加减法器设计 1位算术逻辑运算单元AL