计算机系统组成与结构PPT第5章ppt课件.ppt

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1、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：VHDL－VHSIC硬件描述语言第五章寄存器传送语言微操作：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）硬件描述语言（hardwaredescriptionlanguage，HDL）电路分析和设计（circuitanalysisanddesign，CAD）软件设计时序数字系统：5．1微操作和寄存器传送语言首先用微操作表述系统的行

2、为设计硬件来匹配这些表述一、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。拷贝寄存器Y的内容到寄存器X中的微操作：X←Y(有时也可以表示为Y→X)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α为高时，则传送过程可以写为IFαTHENX←Y2.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α：X←Y4.具有控制信号的数据传送α：X←Y的实现(a)用直接通路(b)用总线X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α=1时执行X←Y和

3、Y←Z的传送，则这种情况可以表示成α:X←Y，Y←Z或者α:Y←Z，X←Y数据传送α:X←Y,Y←Z的实现DQ2．同时拷贝相同的数据到多个目的地。考虑α：X←Y，Z←Y实现数据传送α:X←Y，Z←Y3．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α:X←Y，X←Z无效四、传送常量的有效条件和微操作α:X←0β:X←1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。◆装载数据与第一个完全相同，但它的数据直接由信号β产生。◆为简化硬件可使用寄存器的清除输入功能。数据传送α:X←0与β:X←1的三种实现：(a)用一个多路选择器来选择输入的数据(b)用β作为数

4、据输入(c)用CLR信号问题：当α和β同时为1时，怎么办？两种解决方法：◆产生α和β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αβ’:X←0α:X←0αβ’:X←0β:X←1α’β:X←1α’β:X←1五.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α＝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α：X←Y4比特数据传送α：X←Y的实现：(a)用直接连接(b)用总线X2.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)α:X(3-1)←Y(2-0)β:X3←

5、X2γ:X(3-0)←X(2-0),X3或X(2-0,3)（或X3←X2，X2←X1，X1←X0，X0←X3）六、执行数据的算术运算、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操作示例AddX←X+YSubtractX←X–Y或X←X+Y’+1IncrementX←X+1DecrementX←X–1AndX←X∧Y或X←XYORX←X∨YXORX←X⊕YNOTX←/X或X←X’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：X＝1011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

6、补入的0值。例如：X＝1011循环左移：0111循环右移：1101◆算术移位：用于带符号数的移位。运算规则：符号位在移位操作中保持不变，工作原理与线性移位相似。例如：X＝1011算术左移：1110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：X＝10010111十进制左移：01110000十进制右移：00001001操作示例线性左移shl(X)线性右移shr(X)循环左移cil(X)循环右移cir(X)算术左移ashl(X)算术右移ashr(X)十进制左移dshl(X)十进制右移dshr(X)◆移位操作和它们

7、的表示法例如：X←shl(X)和shl(X)是等价的。Y←shl(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：M[55]←AC和AC←M[55]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）AR←55M[AR]←AC或者AC←M[AR]（M←AC和AC←M）5.2.1数字元件表示一、第一个例子（D触发器）1.无清0输入端（图(a