《寄存器传送语言》PPT课件.ppt

5.1微操作和寄存器传送语言5.2用RTL表示数字系统5.3复杂数字系统和RTL5.4实例：VHDLVHSIC硬件描述语言,第五章寄存器传送语言,同济大学软件学院,微操作：大部分时序数字系统的基础。是更简单的行为。数据从一个寄存器、存储器单元或者I/O设备到另一个的传送修改存储的值执行算术或逻辑功能修改已存储的值,确定时序数字系统：确定正确的微操作传送及其条件。（这些条件保证微操作按正确的顺序执行）设计时序数字系统：首先用微操作表述系统的行为设计硬件来匹配这些表述,5.1微操作和寄存器传送语言,一、微操作的格式考虑有两个1位寄存器X和Y的一个数字系统。1.拷贝寄存器Y的内容到寄存器X中的微操作XY(有时也可以表示为YX)2.两种实现由直接连接实现通过总线连接实现,X,二、传送发生的条件1.假定传送应发生在输入控制为高时，则传送过程可以写为IFTHENXY2.表示微操作和它们发生的条件：条件：微操作当所有冒号左边的条件满足时，执行微操作（可以是多个）规定的数据传送。3.上面的传送可以写为：XY,4.具有控制信号的数据传送：XY的实现(a)用直接通路(b)用总线,三、提高系统性能的一种方法同时执行两个或多个微操作。1.如果某系统在=1时执行XY和YZ的传送，则这种情况可以表示成:XY，YZ(:YZ，XY),2同时拷贝相同的数据到多个目的地。考虑：XY，ZY,3数字系统不能同时往同一寄存器中写入两个不同的值。例如：表示:XY，XZ无效四、传送常量的有效条件和微操作:X0:X1实现这两个传送的三种不同方法：通过两个传送通路装载数据来设置X的值(用一个多路选择器来选择输入的数据),装载数据与第一个完全相同，但它的数据直接由信号产生。(用作为数据输入)为简化硬件可使用寄存器的清除输入功能(用CLR信号),问题：当和同时为1时，怎么办？两种解决方法：产生和的硬件能保证它们决不会被同时置为1修改条件使它们互斥:X0:X0:X0:X1:X1:X1,五.寄存器之间的多位数据传送1.同样大小寄存器对应位之间传送数据例如:当1时，从4位寄存器Y传送数据到4位寄存器X。用符号表示：XY(a)用直接连接(b)用总线,2.访问一个寄存器的某一位或位组。表示每一位：如X3或Y2。3.表示位组（用一个域表示）如：X3、X2和X1可以写成：X(3-1)或X(3:1):X(3-1)Y(2-0):X3X2:X(3-0)X(2-0),X3（X(2-0,3)或X3X2，X2X1，X1X0，X0X3）,六、执行算术运算、逻辑运算和移位运算的微操作1一些常用的算术运算和逻辑运算的微操作,2移位微操作线性移位：每一位的值依次向左（或右）移位。最后1位被丢弃，空位补入0值。例如：X1011左移一位：0110右移一位：0101循环移位：将在线性移位中被丢弃的位循环回来替代补入的0值。,例如：X1011循环左移：0111循环右移：1101,算术移位：用于带符号数的移位。算术左移：各位按位左移，最高位向左移出，最低位产生的空位填“0”。算术右移：连同符号位一起向右移一位,符号位保持不变。例如：X1011算术左移：0110算术右移：1101,十进制移位：专门用于BCD表示。十进制移位与线性移位很相似，但它移动1个数字或4位，而不是移动1位。例如：X10010111十进制左移：01110000十进制右移：00001001,移位操作和它们的表示法,例如：Xshl(X)和shl(X)是等价的。Yshl(X)两个寄存器均需指定七、寄存器与存储器之间的数据传送例如：M55AC和ACM55寄存器AC与存储器中55号单元之间的数据传送更好的方法：把地址存入寄存器中，然后由寄存器提供存储器的访问地址。（地址寄存器，标示为AR）AR55MARAC或者ACMAR（MAC和ACM）,5.2.1数字元件表示一、第一个例子（D触发器）1.用RTL描述LD：QD,D触发器：(a)无清0输入端(b)有清0输入端,52用RTL表示数字系统,2.有一同步清0输入端的D触发器LD：QDCLR：Q0当D、LD和CLR都等于1时，系统会失败。解决方法：改变条件使得两者互斥。CLRLD：QDLD：QDCLR：Q0LDCLR：Q0,二、第二个例子（一个没有CLR输入端的JK触发器）用RTL描述：JK：Q0JK：Q1JK：QQ三、最后一个例子（一个n位的移位寄存器）Qn-1是最高位，Q0是最低位；当SHL信号为高时，它将其中的数据左移一位；输入Sin移进最低位。移位寄存器：SHL：QQ(n-2:0),Sin,5.2.2简单系统的表示与实现例如：一个有4个1位触发器的系统用RTL代码表示传送（假设条件j，o，h和n是互斥的）j:MAo:AYh:RMn:YR,MR几种不同的方法实现,1用直接连接实现系统的数据通路(1)用直接连接实现的该RTL代码的系统的数据通路,(2)用直接连接实现该RTL代码的系统的完整设计在合适的时间激励触发器的LD信号来装载数据，从而完成传送。当j=1（MA）或n=1(MR)时，触发器M装载数据。在满足单个条件o、h和n时，触发器A、R和Y装载数据。,j:MAo:AYh:RMn:YR,MR,2用总线和三态门实现,j:MAo:AYh:RMn:YR,MR,3.用总线和多路选择器实现,j:MAo:AYh:RMn:YR,MR,5.3.1模6计数器目的:设计一个模6计数器步骤：用RTL表示计数器的功能用数字逻辑实现RTL的代码模6计数器：000001010011100101000(0123450),53更复杂数字系统和RTL,假设：输入端U：控制计数当U1时，计数器在时钟的上升沿增加它的值。当U0时，不管时钟的值如何，它都保持当前值不变。输出V2V1V0：计数器的值进位输出：C状态：S0S1S2S3S4S5S0（两个另外状态S6和S7）,模6计数器的状态表和状态图,110,一、用RTL表示系统（S0+S1+S2+S3+S4）U：VV+1,C0S5U：V0，C1S6+S7：V0,C1在条件（S0+S1+S2+S3+S4+S5）U下，计数器保持当前值与C值不变。可以用两条RTL语句表示：（S5U和S6+S7触发相同的微操作）（S0+S1+S2+S3+S4）U：VV+1，C0S5US6S7：V0，C1,二、模6计数器RTL代码的两种实现用一个寄存器,（S0+S1+S2+S3+S4）U,S5US6S7,用一个计数器（简单）,U(V2+V1V0),V2V1+V2V0U,5.3.2收费站控制器1.两个外部传感器C显示车辆是否在收费站中当车在时，C1，否则C0。显示硬币是否已经投到收费站的收集篮中以及硬币的面值。,没有硬币投入I1I000投入五分硬币I1I001投入一角硬币I1I010投入25分硬币I1I011,2.两个输出指示灯和一个警报灯当一辆汽车驶入收费站时，红灯（R）亮，直到司机投入35分硬币，此时红灯熄灭，绿灯(G)亮，绿灯保持亮着直到汽车离开收费站；当绿灯灭时，红灯又亮了。如果没有付足够的通行费，汽车离开，红灯一直保持亮着且警报（A）响。警报维持到另一辆汽车驶入收费站；然后停止。一、控制器的状态表和状态图,收费站控制器状态赋值,二、将状态表转换成RTL语句1.当控制器状态为SNOCAR且C1，它转换到状态S0，此状态值为0001。（假设状态值存于4位寄存器T中）SNOCARC：T0001如果我们想在每次传送后设置输出值，此状态不得不包含微操作R1，G0和A0。2.状态SPAID和SCHEAT各仅有一个转移情况。SPAIDC：T0000SCHEATC：T0001,3.状态S0在状态表中有四种可能的转移情况。S0C:T1001S0CI1I0:T0010S0CI1I0:T0011S0CI1I0:T01104.对于其他状态，可以用同样的方法得到其RTL代码。5.最终的入口是所有的无用状态均无条件转移到状态0000。6.整个控制器除输出之外的代码,SNOCARC：T0001S15CI1I0：T0101SPAIDC：T0000S15CI1I0：T0110SCHEATC：T0001S15CI1I0：T1000S0C：T1001S20C：T1001S0CI1I0：T0010S20CI1I0：T0110S0CI1I0：T0011S20CI1I0：T0111S10CI1I0：T1000S30CI1I0：T1000S15C：T1001T3(T2+T1)：0000,S0CI1I0：T0110S20CI1I0：T1000S5C：T1001S25C：T1001S5CI1I0：T0011S25CI1I0：T0111S5CI1I0：T0100S25CI1I0：T1000S5CI1I0：0111S25CI1I0：T1000S10C：T1001S30C：T1001S10CI1I0：T0100S30CI1I0：T1000S10CI1I0：T0101S30CI1I0：T1000,三、扩展RTL代码产生输出SPAIDC：R1，G0SCHEATC：R1，G0，A0SNOCARC：R1，G0，A0S0C：A1S5C：A1S10C：A1S10CI1I0：R0，G1S15C：A1S15CI1I0：R0，G1,S20C：A1S20CI1I0：R0，G1S25C：A1S25CI1I0：R0，G1S25CI1I0：R0，G1S30C：A1S30CI1I0：R0，G1S30CI1I0：R0，G1S30CI1I0：R0，G1T3(T2+T1)：R1，G0，A0,四、收费站控制器的完整RTL代码(S0+S5+S10+S15+S20+S25+S30)C：T1001SPAIDC：T0000(SNOCAR+SCHEAT)C：T0001S0CI1I0：T0010S0CI1IO：T0011S0CI1I0：T0110S5CI1I0：T0011S5CI1IO：T0100S5CI1I0：T0111,S10CI1I0：T0100S10CI1IO：T0101S10CI1I0：T1000S15CI1I0：T0101S15CI1IO：T0110S15CI1I0：T1000S20CI1I0：T0110S20CI1IO：T0111S20C