微操作和寄存器傳送語(yǔ)言課件

5.1微操作和寄存器傳送語(yǔ)言5.2用RTL表示數(shù)字系統(tǒng)5.3復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)和RTL5.4實(shí)例：VHDL－VHSIC硬件描述語(yǔ)言第五章寄存器傳送語(yǔ)言微操作：大部分時(shí)序數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)。是更簡(jiǎn)單的行為?！魯?shù)據(jù)從一個(gè)寄存器、存儲(chǔ)器單元或者I/O設(shè)

備到另一個(gè)的傳送◆修改存儲(chǔ)的值◆執(zhí)行算術(shù)或邏輯功能◆修改已存儲(chǔ)的值確定時(shí)序數(shù)字系統(tǒng)：確定正確的微操作傳送及其條件。（這些條件保證微操作按正確的順序執(zhí)行）設(shè)計(jì)時(shí)序數(shù)字系統(tǒng)：◆首先用微操作表述系統(tǒng)的行為◆設(shè)計(jì)硬件來(lái)匹配這些表述

X二、傳送發(fā)生的條件1.假定傳送應(yīng)發(fā)生在輸入控制α為高時(shí)，則傳送過程可以寫為IFαTHENX←Y2.表示微操作和它們發(fā)生的條件：條件：微操作當(dāng)所有冒號(hào)左邊的條件滿足時(shí)，執(zhí)行微操作（可以是多個(gè)）規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送。3.上面的傳送可以寫為α：X←Y4.具有控制信號(hào)的數(shù)據(jù)傳送α：X←Y的實(shí)現(xiàn)(a)用直接通路(b)用總線X2．同時(shí)拷貝相同的數(shù)據(jù)到多個(gè)目的地?？紤]α：X←Y，Z←Y

3．?dāng)?shù)字系統(tǒng)不能同時(shí)往同一寄存器中寫入兩個(gè)不同的值。

例如：表示α:X←Y，X←Z無(wú)效

四、傳送常量的有效條件和微操作α:X←0β:X←1實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)傳送的三種不同方法：

◆通過兩個(gè)傳送通路裝載數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)置X的值

(用一個(gè)多路選擇器來(lái)選擇輸入的數(shù)據(jù))

◆裝載數(shù)據(jù)與第一個(gè)完全相同，但它的數(shù)據(jù)直接由信號(hào)β產(chǎn)生。(用β作為數(shù)據(jù)輸入)◆為簡(jiǎn)化硬件可使用寄存器的清除輸入功能

(用CLR信號(hào))五.寄存器之間的多位數(shù)據(jù)傳送1.同樣大小寄存器對(duì)應(yīng)位之間傳送數(shù)據(jù)

例如:當(dāng)α＝1時(shí)，從4位寄存器Y傳送數(shù)據(jù)到4位寄存器X。用符號(hào)表示：α：X←Y

(a)用直接連接(b)用總線2.訪問一個(gè)寄存器的某一位或位組。表示每一位：如X3或Y2。3.表示位組（用一個(gè)域表示）

如：X3、X2和X1可以寫成：X(3-1)或X(3:1)

α:X(3-1)←Y(2-0)β:X3←X2γ:X(3-0)←X(2-0),X3（X(2-0,3)或X3←X2，X2←X1，X1←X0，X0←X3）2．移位微操作

◆

線性移位：每一位的值依次向左（或右）移位。 最后1位被丟棄，空位補(bǔ)入0值。

例如：X＝1011左移一位：0110右移一位：0101

◆

循環(huán)移位：將在線性移位中被丟棄的位循環(huán)回來(lái) 替代補(bǔ)入的0值。

例如：X＝1011循環(huán)左移：0111循環(huán)右移：1101◆

算術(shù)移位：用于帶符號(hào)數(shù)的移位。算術(shù)左移：各位按位左移，最高位向左移出，最低位產(chǎn)生的空位填“0”。算術(shù)右移：連同符號(hào)位一起向右移一位,符號(hào)位保持不變。例如：X＝1011算術(shù)左移：0110算術(shù)右移：1101◆

十進(jìn)制移位：專門用于BCD表示。十進(jìn)制移位與線性移位很相似，但它移動(dòng)1個(gè)數(shù)字或4位，而不是移動(dòng)1位。

例如：X＝10010111十進(jìn)制左移：01110000十進(jìn)制右移：00001001

例如：X←shl(X)和shl(X)是等價(jià)的。Y←shl(X)兩個(gè)寄存器均需指定七、寄存器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送

例如：

M[55]←AC和AC←M[55]寄存器AC與存儲(chǔ)器中55號(hào)單元之間的數(shù)據(jù)傳送更好的方法：把地址存入寄存器中，然后由寄存器提供存儲(chǔ)器的訪問地址。（地址寄存器，標(biāo)示為AR）

AR←55M[AR]←AC或者AC←M[AR]（M←AC和AC←M）5.2.1數(shù)字元件表示

一、第一個(gè)例子（D觸發(fā)器）

1.用RTL描述LD：Q←DD觸發(fā)器：(a)無(wú)清0輸入端(b)有清0輸入端5．2用RTL表示數(shù)字系統(tǒng)2.有一同步清0輸入端的D觸發(fā)器

LD：Q←DCLR：Q←0

◆

當(dāng)D、LD和CLR都等于1時(shí)，系統(tǒng)會(huì)失敗。

解決方法：改變條件使得兩者互斥。

CLR’LD：Q←DLD：Q←DCLR：Q←0LD’CLR：Q←05.2.2簡(jiǎn)單系統(tǒng)的表示與實(shí)現(xiàn)

例如：一個(gè)有4個(gè)1位觸發(fā)器的系統(tǒng)

◆

用RTL代碼表示傳送（假設(shè)條件j，o，h和n是互斥的）

j:M←Ao:A←Yh:R←Mn:Y←R,M←R

◆

幾種不同的方法實(shí)現(xiàn)1．用直接連接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路

(1)

用直接連接實(shí)現(xiàn)的該RTL代碼的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路

(2)

用直接連接實(shí)現(xiàn)該RTL代碼的系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)在合適的時(shí)間激勵(lì)觸發(fā)器的LD信號(hào)來(lái)裝載數(shù)據(jù)，從而完成傳送?！舢?dāng)j=1（M←A）或n=1(M←R)時(shí)，觸發(fā)器M 裝載數(shù)據(jù)?！粼跐M足單個(gè)條件o、h和n時(shí)，觸發(fā)器A、R和Y 裝載數(shù)據(jù)。

2．用總線和三態(tài)門實(shí)現(xiàn)

j:M←Ao:A←Yh:R←Mn:Y←R,M←R

3.用總線和多路選擇器實(shí)現(xiàn)j:M←Ao:A←Yh:R←Mn:Y←R,M←R5.3.1模6計(jì)數(shù)器目的:設(shè)計(jì)一個(gè)模6計(jì)數(shù)器步驟：

◆用RTL表示計(jì)數(shù)器的功能 ◆用數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)RTL的代碼模6計(jì)數(shù)器：000→001→010→011→100→101→000→…(0→1→2→3→4→5→0…)5．3更復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)和RTL假設(shè)：

輸入端U：控制計(jì)數(shù)

◆當(dāng)U＝1時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘的上升沿增加它的值。

◆當(dāng)U＝0時(shí)，不管時(shí)鐘的值如何，它都保持當(dāng)前 值不變。輸出V2V1V0：計(jì)數(shù)器的值進(jìn)位輸出：C狀態(tài)：S0→S1→S2→S3→S4→S5→S0→…（兩個(gè)另外狀態(tài)S6和S7）模6計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表和狀態(tài)圖

當(dāng)前狀態(tài)U下一狀態(tài)CV2V1V0S00S01000S01S10001S10S10001S11S20010S20S20010S21S30011S30S30011S31S40100S40S40100S41S50101S50S50101S51S01000S6XS01111S7XS01111110一、用RTL表示系統(tǒng)

（S0+S1+S2+S3+S4）U：V←V+1,C←0S5U：V←0，C←1S6+S7：V←0,C←1

在條件（S0+S1+S2+S3+S4+S5）U’下，計(jì)數(shù)器保持當(dāng)前值與C值不變?？梢杂脙蓷lRTL語(yǔ)句表示：（S5U和S6+S7觸發(fā)相同的微操作）

（S0+S1+S2+S3+S4）U：V←V+1，C←0S5U＋S6＋S7：V←0，C←1二、模6計(jì)數(shù)器RTL代碼的兩種實(shí)現(xiàn)

◆

用一個(gè)寄存器（S0+S1+S2+S3+S4）US5U＋S6＋S7◆

用一個(gè)計(jì)數(shù)器（簡(jiǎn)單）U(V2’

+

V1’

V0’)V2V1+V2V0U5.3.2收費(fèi)站控制器1.兩個(gè)外部傳感器

◆

C顯示車輛是否在收費(fèi)站中當(dāng)車在時(shí)，C＝1，否則C＝0。

◆

顯示硬幣是否已經(jīng)投到收費(fèi)站的收集籃中以及硬幣的面值。

沒有硬幣投入I1I0＝00

投入五分硬幣I1I0＝01

投入一角硬幣I1I0＝10

投入25分硬幣I1I0＝112.兩個(gè)輸出指示燈和一個(gè)警報(bào)燈

◆

當(dāng)一輛汽車駛?cè)胧召M(fèi)站時(shí)，紅燈（R）亮，直到司機(jī)投入35分硬幣，此時(shí)紅燈熄滅，綠燈(G)亮，綠燈保持亮著直到汽車離開收費(fèi)站；

◆

當(dāng)綠燈滅時(shí)，紅燈又亮了。

◆

如果沒有付足夠的通行費(fèi)，汽車離開，紅燈一直保持亮著且警報(bào)（A）響。

◆

警報(bào)維持到另一輛汽車駛?cè)胧召M(fèi)站；然后停止。一、控制器的狀態(tài)表和狀態(tài)圖狀態(tài)條件RGASNOCAR車站中無(wú)車100S0站中有車，未付費(fèi)100S5站中有車，已付費(fèi)5分100S10站中有車，已付費(fèi)10分100S15站中有車，已付費(fèi)15分100S20站中有車，已付費(fèi)20分100S25站中有車，已付費(fèi)25分100S30站中有車，已付費(fèi)30分100SPAID站中有車，已付足過路費(fèi)010SCHEAT未付足過路費(fèi)就離開車站101當(dāng)前狀態(tài)CI1I0下一狀態(tài)RGA

當(dāng)前狀態(tài)CI1I0下一狀態(tài)RGASNOCAR1XXS0100

S150XXSCHEAT101SPAID0XXSNOCAR100

S15101S20100SCHEAT1XXS0100

S15110S25100S00XXSCHEAT101

S15111SPAID010S0101S5100

S200XXSCHEAT101S0110S10100

S20101S25100S0111S25100

S20110S30100S50XXSCHEAT101

S20111SPAID010S5101S10100

S250XXSCHEAT101S5110S15100

S25101S30100S5111S30100

S25110SPAID010S100XXSCHEAT101

S25111SPAID010S10101S15100

S300XXSCHEAT101S10110S20100

S30101SPAID010S10111SPAID010

S30110SPAID010

S30111SPAID010

狀態(tài)T

RG

ASNOCAR0000100S00001100S50010100S100011100S150100100S200101100S250110100S300111100SPAID1000010SCHEAT1001101Unused1010-1111100收費(fèi)站控制器狀態(tài)賦值二、將狀態(tài)表轉(zhuǎn)換成RTL語(yǔ)句1.當(dāng)控制器狀態(tài)為SNOCAR且C＝1，它轉(zhuǎn)換到狀態(tài)S0，此狀態(tài)值為0001。（假設(shè)狀態(tài)值存于4位寄存器T中）

SNOCARC：T←0001如果我們想在每次傳送后設(shè)置輸出值，此狀態(tài)不得不包含微操作R←1，G←0和A←0。2.狀態(tài)SPAID和SCHEAT各僅有一個(gè)轉(zhuǎn)移情況。

SPAIDC’：T←0000SCHEATC：T←00013.狀態(tài)S0在狀態(tài)表中有四種可能的轉(zhuǎn)移情況。

S0C’:T←1001S0CI1’I0:T←0010S0CI1I0’:T←0011S0CI1I0:T←01104.對(duì)于其他狀態(tài)，可以用同樣的方法得到其RTL代碼。5.最終的入口是所有的無(wú)用狀態(tài)均無(wú)條件轉(zhuǎn)移到狀態(tài)0000。6.整個(gè)控制器除輸出之外的代碼SNOCARC：T←0001 S15CI1’I0：T←0101SPAIDC’：T←0000S15CI1I0’：T←0110SCHEATC：T←0001 S15CI1I0：T←1000S0C’：T←1001 S20C’：T←1001S0CI1’I0：T←0010 S20CI1’I0：T←0110S0CI1I0’：T←0011 S20CI1I0’：T←0111S10CI1I0：T←1000 S30CI1I0：T←1000S15C’：T←1001 T3(T2+T1)：←0000S0CI1I0：T←0110 S20CI1I0：T←1000S5C’：T←1001 S25C’：T←1001S5CI1’I0：T←0011 S25CI1’I0：T←0111S5CI1I0’：T←0100 S25CI1I0’：T←1000S5CI1I0：←0111 S25CI1I0：T←1000S10C’：T←1001 S30C’：T←1001S10CI1’I0：T←0100 S30CI1’I0：T←1000S10CI1I0’：T←0101 S30CI1I0’：T←1000三、擴(kuò)展RTL代碼產(chǎn)生輸出

SPAIDC’：R←1，G←0SCHEATC’：R←1，G←0，A←0SNOCARC：R←1，G←0，A←0S0C’：A←1S5C’：A←1S10C’：A←1S10CI1I0：R←0，G←1S15C’：A←1S15CI1I0：R←0，G←1

S20C’：A←1S20CI1I0：R←0，G←1S25C’：A←1S25CI1I0’：R←0，G←1S25CI1I0：R←0，G←1S30C’：A←1S30CI1’I0：R←0，G←1S30CI1I0’：R←0，G←1S30CI1I0：R←0，G←1T3(T2+T1)：R←1，G←0，A←0四、收費(fèi)站控制器的完整RTL代碼

(S0+S5+S10+S15+S20+S25+S30)C’：T←1001SPAIDC’：T←0000(SNOCAR+SCHEAT)C：T←0001S0CI1’I0：T←0010S0CI1IO’：T←0011S0CI1I0：T←0110S5CI1’I0：T←0011S5CI1IO’：T←0100S5CI1I0：T←0111