VLSI与电子器件教学资料：VLSI设计基础6.ppt

VLSI设计基础
第6章微处理器
(2013)
初始化
子过程1
条件1
子过程2
条件2
子过程4
子过程5
子过程3
子过程6
子过程7
子过程8
条件3
条件5
条件4
条件6
条件7
条件8
条件9
条件13
条件10
条件11
条件12
条件15
条件14
开环系统
条件控制流
数据流
一般设计问题:
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初始化
过程控制模块
数据控制
数据流端口
闭环系统
控制流
数据流
外控制流端口
内部控制流生成
过程运算模块
→微处理器实现
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通常的微处理器由两个空间(或称为通道)和通讯连线组成。两个空间是程序空间(又称为控制通道)和数据空间(又称为数据通道),通讯连线主要是指总线,这样的分离式的结构被称为哈佛结构。
程序空间主要包括:控制器(Controller),程序计数器(PC)和堆栈(Stack),或还包括程序ROM。
数据空间主要包括:算术逻辑单元(ALU),累加器(ACC),移位器(Shifter)和寄存器(Register),或还包括RAM。
总线有几种形式:分离的程序总线和数据总线(双总线、三总线)和合并总线(程序、数据复用总线)。
系统结构概述
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微处理器单元设计
控制器单元
控制器是微处理器的主控单元,也是不同微处理器之间差异最大的单元。它的功能是根据指令或直接给予微处理器的控制产生一系列的输出信号,去控制相关逻辑单元进行适当的操作和运算。
早期的控制器采用随机逻辑实现,由于随机逻辑采用了多种不同的基本逻辑单元,因此,在版图设计中将花费较长的设计周期,并且测试和修改困难。
现在多采用规则、重复的结构化单元去取代随机逻辑。在现在的微处理器中,许多控制器已采用PLA技术和微码控制器(MicroCoded Controller)技术进行设计。
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微码控制器的一个重要的特性是它可以具有非常宽的控制字输出。
所谓微码控制器实际上就是一块ROM和相应的地址发生器的组合,它包含了全部的控制信息。
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微处理器单元设计
控制器单元
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微处理器单元设计
控制器单元
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寄存器4←寄存器7+寄存器4
PC
指令地址
程序ROM
IR
下一地址发生器
微ROM
寄存器(4、7)
ALU
寄存器4
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送数
加
送数
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1. 信号结构
ALU的核心是全加器,配合相应的函数发生器即可进行多种算术运算和逻辑操作。
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微处理器单元设计
算术逻辑单元ALU
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