1、“.....提高设计成功率。 技术背景 硬件描述语言 如今，大多数的工具都采用作为主要的硬件描述语言，这主要 源于强大的自身功能和特点,下面介绍下的优点。 具有强大的描述能力 既可以描述系统级电路，也可以描述门电路既可以采用行为描述 寄存器描述或者结构描述，可以方便地建立电子系统模型。 具有共享与复用能力 采用基于库的设计方法，从而大大减少了工作量，缩短了开发周期。 具有于器件和工艺设计的能力 于器件的特点可以使设计人员集中精力来进行电子系统的设计 和性能优化，而不需要考虑其他问题。 具有良好的可移植能力。 的可移植性源于它是种标准化得硬件语言，因此同个设计描述 可以被不同的工具所支持。 具有向移植的能力。 指令集和指令集 是种为了便于编程和提高内存访问效率的芯片设计体系。早期的计 算机使用汇编语言编程，由于内存速度慢且价格昂贵，使得体系得到了用 武之地。它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务......”。

2、“.....因此越来越多的复杂指令被加入到指令系统中，但是还必 须保持着前向的兼容性。内容的不断扩充和兼容性的考虑，导致庞大的指 令系统形成了。在世纪年代中期之前，大多数的微处理器都采用体 系包括的和的系列等。 体系结构几乎没有考虑流水线的因素，使得指令执行起来耗时而且寻 址复杂。年，的设计师提出了种新的体系结构和指令集设计方案， 这就是体系结构。典型的处理器具有以下特点 指令功能简单，各指令的复杂度分布均衡，有利于形成流水线 控制电路简单，多采用硬连线方式来实现。因为不需要额外的存取 微程序存储器来完成指令的执行，因此可以直接使用硬连线方式来设计 指令定长，指令格式简单，指令编码固定。这样字段固定，使操作 码得译码与操作数的存取可以同时执行，使得控制单元的设计简单化 指令和访存指令分开，并且访存种类很少。 以寄存器对寄存器的运算为主。寄存器对寄存器的运算有助于减少 对存储器的访问次数，提高数据的存取速度。精品文档世界上，成功的有两种人......”。

3、“.....种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 课题工作内容 本文共分为七章。各章节内容安排如下 第章绪论。 第二章微处理器的体系结构。研究了的整体设计，指令系统和时序分 析以及流水线的实现。 第三章数据通路设计。详细介绍了通路模块中的程序计数器指令寄 存器程序存储器等的具体设计和功能实现。 第四章控制单元的设计。详细介绍了控制单元中的控制器和状态机的 设计和功能实现。 第五章的仿真验证。验证的部分功能。 第六章总结和展望。 精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 第二章微处理器体系结构 的功能和构成 是计算机的核心组成部分。计算机进行信息处理可分为以下两个步骤。 将数据和程序即指令序列输入到计算机的存储器中 从第条指令的地址开始执行该程序，得到所需的结果，结束运行......”。

4、“.....并执行程序的指令序列，使 其有条不紊的进行，因此必须具备以下基本功能 取指令当程序已在存储器中时，首先根据程序入口地址取出条程序， 为此要发出指令的地址及相关的控制信号 分析指令即指令译码，既对当前所取的指令进行分析，指出它要求什么 操作，并产生相应的操作所需要的控制命令 执行指令根据分析指令 结构的层次划分 正确合理的划分系统是所有数字系统设计成功的关键。子系统的划分过程就 是把总体任务划分程若干分任务的过程。本设计将分解为两大子系统数 据通路和控制通路。这种划分将的运算执行单元与控制部件分离开，是 非常合理自然的。数据通路和控制通路这两大部分又可以细化为更小的模块， 模块算术逻辑单元模块程序存储器和指令寄存器 寄存器堆属于数据通路部分，内部又包含更小的模块加减 与或移位模块控制模块属于控制通路部分，其中控制模块又由状 态机和控制器构成。具体的模块功能实现将在下面两章中详细 介绍......”。

5、“.....成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 第三章数据通路设计 从这章开始将详细介绍整个的细化设计模块。通过上章对的 结构划分，已经知道的整个设计分为两个部分数据通路和控制单元。在 这章中将细分数据通路模块，数据通路是中的执行部件，数据传输存 储处理都是在数据通路中完成的。在整个的结构框图中，除了控制单元 部分，其余部分都是数据通路部分，包括程序计数器程序存储器 指令寄存器寄存器堆数据选择器和算术与逻辑单元 。 设计数据通路，有两种不同的设计方案。第种是在所有需要传送数据的部 件创建条直接通路，采用多路选择器或者缓冲器为那些有多个数据源的寄存器 从多个可能的输入中选择个，这种方案适用于规模比较小的微处理器设计。另 种方案是在微处理器内部创建条总线，并且在各个部件之间使用总线传数 据。本设计采用的是第种方案的设计方法......”。

6、“..... 程序计数器模块 程序计数器作为指向指令地址指针，决定着下条要执行的指令。 正是有了的移动和变化，才能按定的顺序或预想的情况进行指令的执 行。程序计数器中存放指令存储器的地址，当条指令被执行时，程序计数 器存放下条指令的地址。在正常工作的条件下，控制信号选择作为下 个的值输出当执行指令时，选择来自指令中的跳转地址决定新的 值，但是在本次设计中没有涉及到。 图模块外部接口信号 图所示是从外部看的模块的接口。其中输出的是宽的，因 此模块可以寻址的个单元。地址输出信号是直接与程序存 储器相连的。控制信号来自控制单元，若有效则 将执行加操作。信号是程序计数器的使能控制信号，只有当该信号有 效时的相应才能操作才能执行。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 程序存储器 程序存储器是存储微处理器程序，即能执行特定功能的组指令组合。图 显示了程序存储器的结构图......”。

7、“.....本文是自行设计寄存器堆型的存储器，直接使用 个数组存放二进制数据，通过编写个定长度的数组实现。因为程 序计数器可以寻址到条指令，所以程序存储器也必需可以至少存放条 位的指令,这样只需申请个变量，有个元素,每个元素位即可。第 个数组元素下标表示存贮器的号地址，第二个数组元素下标表示号地址,以 此类推至第个数组元素的下标,即号存贮器地址。 程序存储器是个可读可写的模块，其输入端口接入外围程序和地址输入端 口，由异步控制其读写状态，高电平有效。当有效时，程序存 储器为写状态，即将输入程序存入其输入地址对应的存储单元中,即执行操作 当为低电平时，程序存储器处于读状 态，其将程序计数器输出地址上对应的存储单元中的指令输出，即执 行操作。这样就可以通过存贮器数组元素 和输入地址间的相互赋值实现读存储器，写存储器，既简单又容易实现。 图程序存储器外部接口信号 程序存储器模块的外部接口信号如图所示......”。

8、“.....输出指令直接送往指令寄存器模块，写状态地址来自输入地址，写入 指令存储到对应地址单元中。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 指令寄存器模块 指令寄存器在时钟上升沿锁入从程序存储器中读取的指令，并保持 到时钟的下个上升沿，条指令的执行从指令寄存器锁入指令开始。所以指令 寄存器的作用是暂时存放取到的指令，是从程序存储器到控制单元和模块中 的中间缓冲模块。 通过上章的流水线分析部分指令时序分析部分和程序存储器模块分析部 分可以得到，在指令寄存器模块中，当前存放的并不是正在执行的指令，而 是下条指令。同样道理可知，送入控制单元并进行指令译码也是下条指令。 这是由两级流水线的架构决定的，在两级流水线中，在执行当前指令的同时 指令寄存器取到下条指令，并且控制器将下条指令进行译码。 图指令寄存器外部接口 图所示，指令寄存器的指令流向是位操作码指令送往控制单元已做 译码使用......”。

9、“.....指令寄存器外部输入控制信 号是来自控制单元的输入信号，高电平有效，与模块的使能信号功能 上基本致，它控制着指令寄存器是否可以从程序存储器中加载指令。当有效 时指令寄存器才能更新来自程序存储器的指令。 时钟发生器模块 时钟发生器利用时钟信号生成从时钟信号,并送往 的寄存器堆中，作为其进行读写操作的时钟信号。是将 延迟半个周期产生的，有利于流水线的完成。 时钟发生器的外部接口如图。 图时钟发生器的外部接口精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 寄存器堆 寄存器堆与程序存储器设计相同，都是直接使用个数组存放二进制数 据，通过编写个定长度的数组实现，同样可以通过集成器数组 元素和输入地址间的相互赋值实现读存储器，写存储器。 在本次设计中模块用以完成以下几个操作 将立即数写入指定寄存器中......”。