汇编语言与计算机系统组成第9章--现代计算机系统部件设计

1、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 1EDA技术EDA技术的自顶向下的设计方法 . 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；. 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

2、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；. 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。 2EDA设计流程3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 4VHDL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1

3、987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版本最新公布的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 5计算机组成部件设计算术逻辑运算部件ALU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ALU设计顶层文件4位ALU部件设计编译和功能仿真6简单计算机设计7寄存器读写控制电路8简单计算机设计复位信号clr和时钟信号clk11个控制信号：Cp、E

4、p、Lm、Er、Ei、Li、WR、Lab、Su、Eu和S111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 9指令系统设计指令系统有4种指令 1. 访存指令，从ROM中读出数据至通用寄存器2. 加法指令，从通用寄存器中读出两个数据进行加法运算3. 减法指令，从通用寄存器中读出两个数据进行减法运算4. 停机指令，计算机停止运行10指令功能及编码11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PCMAR，并且B=1；即PC发出访存

5、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ROMIR，PC+1PC，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IR3IR0MAR，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。 12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=

6、1，clk上升沿使RX1A，RX2B，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。 13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RX1A，RX2B，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。 14控制器设计 控制字真值表15控制器设计控制字的逻辑表达式简化 16控制器设计17程序设计18存储器分配19Quartus设计和仿真 1位寄存器R 20运算器ALU8位ALU运算单元 一位加减法电路 214位地址寄存器MAR 22四位地址译码器电路dec423ROM24指令寄