开放式教学CPU的研究与设计

发布时间：2020-05-06 16:12

【摘要】： CPU是计算机系统的控制中心,也是系统中最复杂的部件。尽管CPU发展如此迅速,但是其基本工作原理并没有发生根本性的变化,而且在今后的一段时间内仍然会继续发挥作用。正因为如此,从原理上来说,设计一个功能相对简单的CPU就成为可能而且有一定的现实意义。目前教学CPU的研究与设计已经是计算机专业教学的一个热点。本文描述的就是一个教学CPU的设计过程。 CPU设计在计算机专业教学中占有非常重要的地位。因为CPU是计算机硬件设计的主要依据,同时CPU指令系统又是软件设计的基础。在计算机专业知识结构中CPU起着承上启下的重要作用,有了CPU的理论基础和设计经验,无论从事硬件设计还是软件开发都会有很大的帮助。在目前国内流行的教学计算机上只能进行验证性实验,不能进行CPU的自主设计。造成这一限制的主要原因有两个:第一,教学机的体系结构,即CPU指令集、指令格式、数据表示、寻址方式等已经确定,使用过程中只是在同一个CPU上进行功能验证实验。第二,为了增强实验的观察效果,教学机的CPU普遍采用多片中小规模集成电路构成,其组成结构决定了CPU的功能只能使用传统的逻辑设计方法来实现。传统的逻辑设计方法不能适应CPU设计的教学需要,而EDA技术的出现解决了这一难题。用流行的EDA方法,采用大规模可编程逻辑器件FPGA实现CPU的功能已经是现代电子设计中成熟的技术。通过本文的研究与设计,搭建一个面向教学的开放式CPU设计平台。实验过程可以按照每个学生的自主设计要求重复进行。给学生提供一个构建真实计算机原型的机会,在CPU设计过程中达到更完整和深入地理解计算机组成与系统结构知识的目的。
【图文】：

主界面,文本编辑

Max十plusn软件可在Windowsgx或WindowsXP环境下运行。在PC机上安装 Max+Plusn软件可以通过光盘或者网上下载的方法。安装完成后，通过程序菜单就可以启动Max+plusH软件，启动后主界面如图5一3所示。图5一3Max+plusll主界面Figures一 3Maininteri触 eeofMax+Plusll2、Max+plusll的文本编辑在主菜单中选 Max+Plusll，在下拉菜单中选 TextEditor，出现文本编辑窗口在文本编辑窗口中输入 VerilogHDL源程序，检查没有语法错误后，将编辑好的文件以扩展名为.v保存，默认的路径是。:俪axPlusZ俪axZwork。

编译过程,网表

在编译之前，必须选择当前项目文件设计实现的实际芯片进行适配。打开Assi酗Device菜单，在弹出的窗口中选择设计需要的芯片。主菜单中选择(comPller)编译命令启动编译过程，如图5一4所示，按Start就开始进行编译并显示编译结果。翩口l困滁胭翻函一一画晒.翻娜网汤一犷竺{油穿q专蔓只履一rpt_君{二nf】】咫l霍，n峨.叭户一甘趁盆翔、.曰尸、巨曰尸}、扮然然然然煦烹然黑焦然热吮煦吹吮点庶麟』厂面石万司.瓤、}图5一 4Max+Plusll编译过程 Figures一 4ComPilingProeessofMax+Plusll整个编译过程包括 :CompilerNetlistExtraetor，网表提取器生成网表文件; DatabaseBulider，建立数据库 ;LogicSynthesize，，逻辑综合，生成门级网表文件;partitione昨itter，生成逻辑连接;TimeingS哪Extractor，建立波形文件;Assembler
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP332

【参考文献】