《现代计算机组成原理》课件第1章

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1、现代计算机组成原理潘明潘松编著科学出版社科学出版社第1章概述1.1现代计算机组成原理课的任务数字逻辑电路单片机原理及应用计算机基础C/C++语言程序设计计算机组成原理微机原理数据结构计算机体系结构微机接口技术数据库原理及应用计算机网络操作系统软件工程计算机系统结构编译原理图1-1计算机专业基本课程体系简图1.1现代计算机组成原理课的任务1.1.1．问题的提出1、缺失CPU硬件设计这一重要内容2、自主创新能力培养与训练方面的课程内容偏少1.1现代计算机组成原理课的任务1.1.2．探索解决问题的方法1．与国际接轨2．含有符合现代工程设计技术的CPU设计内容3．创造能力的培养4．增加了有关现

2、代计算机组成的新知识点1.2EDA技术1.1.2．探索解决问题的方法EDA(ElectronicDesignAutomation)作为EDA技术超大规模可编程逻辑器件最终实现目标的ASIC，可以通过2种途径来完成。半定制或全定制ASIC1.3FPGA器件输输入与或输出输入…缓冲阵阵缓冲…出电路列列电路图1-2基本PLD器件的原理结构图1.3FPGA器件1.3.1FPGA的发展历程70年代cPROM和PLA器件20世纪70年代末cPAL器件80年代初cGAL器件80年代中期cFPGA器件80年代末cCPLD器件90年代后c大规模FPGA器件1.3FPGA器件1.3.2Cyclone系列F

3、PGACyclone与CycloneII系列器件FPGA系列Cyclone器件的可编程资源主要来自逻辑阵列块（LAB），而每个LAB都是由多个LE（LogicElement）来构成。在Cyclone器件中所含的嵌入式存储器由数十个M4K的存储器块构成。1.4VHDL硬件描述语言硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）VHDL常VHSIC(VeryHigh见SpeedIntegratedVerilogHDL的Circuit)HardwareHDescriptionLanguageSystemVerilogDLSystemC1.5EDA设计流程图1-3应

4、用于FPGA的EDA开发流程1.5EDA设计流程1.编辑输入（Editting）（1）原理图输入。（2）状态图输入。（3）波形图输入。（4）HDL文本输入。1.5EDA设计流程2.综合（Synthesis）将电路的高级语言(如行为描述)转换成低级的，可与器件基本结构相映射的网表文件，或电路连接图。与软件语言的编译（Compilation）不同，由HDL综合出的电路结构不是惟一的，并且综合的优化也不是单纯的或一个方向的。为达到速度、面积（逻辑资源）、性能的要求，往往需要对综合加以约束，称为综合约束，包括速度约束、面积约束、性能约束等。1.5EDA设计流程3.适配（Fitting）适配器结

5、构综合器将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，使之产生最终的下载文件，如JEDEC、Jam格式的文件。1.5EDA设计流程4.时序仿真与功能仿真（TimingSimulationandFunctionalSimulation）让计算机根据一定的算法和一定的仿真库对仿真EDA设计进行模拟，以验证设计，排除错误。（1）时序仿真。（2）功能仿真。1.5EDA设计流程5.编程下载（Programming）把适配后生成的下载或配置文件，通过编程器或编程电缆向FPGA进行下载，以便进行硬件调试和验证。6.硬件测试(HardwareDebugging)将含有载入了设计的FPGA的硬件系统进

6、行统一测试1.6QuartusII简介图形或Analysis&SynthesisFilterAssemblerHDL编辑（分析与综合）（适配器）（编程文件汇编）编程器TimingAnalyzer（时序分析器）设计输入综合或编译适配器件下载仿真图1-4QuartusII设计流程1.7CISC和RISC处理器1．复杂指令系统计算机CISC特点指令系统复杂庞大（1）面向目标程序优化。目标（2）面向高级语言和编译程序优化。（3）面向操作系统的优化。（1）20％与80％规律。问题（2）VLSI技术发展迅速引起的问题。（3）软硬件的功能分配问题。1.7CISC和RISC处理器2．精简指令集计算机R

7、ISCRISC设计方案是针对指令执行的“微程序控制方式”提出来的改进方案。主要目的提高“性能/价格比”大多数指令在单周期内完成、采用LOAD／STORE结构、硬布线控制逻辑、减少指令和寻址方式的种类、固定的指令格式、注重编译的优化。面向寄存器结构、重视提高流水线的执行效率、重视优化编译技术。1.8FPGA在现代计算机领域中的应用FPGA技术含量正以惊人的速度上升。电子类的新技术项目的开发更多地依赖于FPGA技术的应用，特别是随着HDL等硬件描述