清華計(jì)算機(jī)組成原理課件12 計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)導(dǎo)論.ppt

2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 1 第12章計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)導(dǎo)論通用計(jì)算機(jī)一般是用高級語言編寫程序的 因此從面向用戶的觀點(diǎn)出發(fā) 一臺新機(jī)器的交付使用 至少要達(dá)到高級語言編程的最低要求 也就是說應(yīng)具有必要的硬件和軟件 新機(jī)器的設(shè)計(jì)有兩種情況 1 系列機(jī)擴(kuò)充新機(jī)型 設(shè)計(jì)本系列新檔次的計(jì)算機(jī)以滿足不同用戶的需要 或者由于元器件的改進(jìn)而需要設(shè)計(jì)新機(jī)器 以求得更好的性能價格比 這種機(jī)器的特點(diǎn)是軟件兼容 硬件重新設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)全新的計(jì)算機(jī)或系列機(jī) 這時硬件和軟件都要重新設(shè)計(jì) 其中軟件又分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件指的是高級語言的編澤程序 匯編語言的匯編程序 操作系統(tǒng) 調(diào)試程序和編輯程序等 這些軟件應(yīng)該由研制單位或計(jì)算機(jī)廠家提供 然后可隨著應(yīng)用的逐步推廣不斷充實(shí) 不斷改進(jìn) 很多應(yīng)用軟件是由第三方 用戶 提供的 計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)與軟件不同 一旦機(jī)器制造出來以后 就不容易改動 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 2 12 1計(jì)算機(jī)硬件的總體設(shè)計(jì)12 1 1計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)過程計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)首先決定于對計(jì)算機(jī)性能 即運(yùn)算速度的要求 性能價格比高的計(jì)算機(jī)具有較強(qiáng)的生命力 對現(xiàn)有計(jì)算機(jī)性能作出全面評價可為新計(jì)算機(jī)的設(shè)汁提供依據(jù) 計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)過程如圖12 1所示 為了加快設(shè)計(jì)過程 提高設(shè)計(jì)水平及設(shè)計(jì)自動化程度 應(yīng)盡量使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì) 為此 要有描述語言來說明要求 并有實(shí)現(xiàn)此要求的軟件包 下面將對硬件設(shè)計(jì)中的每步進(jìn)行簡單介紹 1 對現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的測試和評價計(jì)算機(jī)的發(fā)展和新型計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 是與構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件的元器件發(fā)展和市場需求緊密相關(guān)的 伴隨這兩個因素的不斷發(fā)展與變化 必定會不斷提出設(shè)計(jì)新機(jī)器的要求 新機(jī)器的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜工程 它要求有可靠的科學(xué)依據(jù) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng) 并吸取現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 為此 應(yīng)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的需要 對現(xiàn)有計(jì)算機(jī)進(jìn)行評價 必要時通過基準(zhǔn)程序或?qū)嶋H應(yīng)用程序進(jìn)行測試 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 3 通過測試可獲得計(jì)算機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度 也可以通過對程序執(zhí)行過程的跟蹤 統(tǒng)計(jì)出各條指令的執(zhí)行頻率和Cache命中率對性能的影響等 為新機(jī)器的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù) 例如 在8086中有一個追蹤標(biāo)志位T 程序?qū)⑺?1 后 能使CPU進(jìn)入單步方式 CPU在每條指令執(zhí)行完以后 產(chǎn)生一個內(nèi)部的中斷 允許程序在每條指令執(zhí)行完以后進(jìn)行中斷處理 實(shí)現(xiàn)測試 統(tǒng)計(jì)或其他功能 2 提出新機(jī)器的設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要 測試結(jié)果 器件供應(yīng)情況以及價格等諸因素 提出新機(jī)器的硬件設(shè)計(jì)指標(biāo) 主要指標(biāo)有 機(jī)器運(yùn)算速度 數(shù)據(jù)字長度 地址長度 存儲器容量及存儲體系 是否采用Cache 虛擬存儲器等 外部設(shè)備的種類和速度 上述指標(biāo)均與指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)密切相關(guān) 因?yàn)橹噶钕到y(tǒng)是硬件設(shè)計(jì)師與程序員都能見到的機(jī)器結(jié)構(gòu) 程序是通過指令實(shí)現(xiàn)的 而且當(dāng)指令系統(tǒng)確定后 CPU的規(guī)模 是否采用浮點(diǎn)處理部件等與硬件設(shè)計(jì)密切有關(guān)的問題就可解決了 當(dāng)前 新機(jī)器的設(shè)計(jì)指標(biāo)還不能由計(jì)算機(jī)直接得出 但是計(jì)算機(jī)能輔助進(jìn)行測試與統(tǒng)計(jì)等工作 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 4 3 指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模擬當(dāng)前各種計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)差別很大 指令數(shù)在幾十條到幾百條之間變化 尋址方式也在二三種到十幾種范圍內(nèi)波動 根據(jù)指令系統(tǒng)的復(fù)雜程度將計(jì)算機(jī)分成兩類 復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) CISC 和精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) RISC 確定指令系統(tǒng)是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作 要求高水平的設(shè)計(jì)人員參加并領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作 設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)的主要依據(jù)是 1 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍 主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算 數(shù)據(jù)處理還是通用等等 這對確定計(jì)算機(jī)指令類型有很大影響 2 計(jì)算機(jī)性能與價格的綜合考慮 希望在競爭中占有哪些優(yōu)勢 3 指令系統(tǒng)兼容性的考慮 采用RISC技術(shù)還是CISC技術(shù) 4 如何有利于操作系統(tǒng)的執(zhí)行效率和系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件的編譯處理 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 5 新機(jī)器的設(shè)計(jì) 包括指令系統(tǒng)在內(nèi) 一般總是繼承或吸取某些成功機(jī)器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 完全 從零開始 不值得提倡 如何驗(yàn)證指令系統(tǒng)的完整性 合理性及功能描述的正確性 為硬件設(shè)計(jì)提供正確依據(jù) 通常采取在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模糊的方法 對于每 條指令的功能 用計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行描述 并在另一臺計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬 這樣在新機(jī)器還沒有制造出來以前就能在已有的計(jì)算機(jī)亡驗(yàn)證指令功能的正確性 如有錯誤或不滿足要求 可對指令系統(tǒng)進(jìn)行修改 指令系統(tǒng)確定后 就要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和實(shí)施 這就是下面要談到的幾個過程 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)模擬這一階段對計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行設(shè)計(jì) 并模擬其功能 驗(yàn)證其正確性 也是對前面幾個階段的工作進(jìn)行考核 在機(jī)器運(yùn)算速度 硬件復(fù)雜程度及成本之間進(jìn)行衡量 如感到不滿意 則有可能重新修改機(jī)器的設(shè)計(jì)指標(biāo) 或修改指令系統(tǒng) 5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及測試模式的形成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括邏輯設(shè)計(jì)及電路的設(shè)計(jì)與選擇 對于邏輯電路的設(shè)計(jì)和模擬 邏輯模擬 電路模擬 有專門的軟件包可供使用 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 6 對于集成電路 除了少數(shù)公司自行設(shè)計(jì)一些專用集成電路 ASIC 以外 應(yīng)盡量挑選市場上可買到的器件 例如 當(dāng)前的微機(jī)系統(tǒng)或微機(jī)工作站 一般都選用Intel公司的微處理器或其兼容芯片 系統(tǒng)中一些控制信號可采用PLD電路實(shí)現(xiàn) 非設(shè)計(jì)者本人分析PLD電路是比較困難的 因?yàn)橛斜Ｃ芄δ?但當(dāng)批量大時 應(yīng)考慮設(shè)計(jì)專用集成電路芯片 以提高集成度 由于計(jì)算機(jī)是一個復(fù)雜的系統(tǒng) 在設(shè)計(jì)時就應(yīng)同時考慮測試和診斷問題 生成插件 部件以及整機(jī)系統(tǒng)的測試 診斷模式 6 工程設(shè)計(jì)畫邏輯圖 進(jìn)行插件劃分 印制板布線等 可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì) 7 生產(chǎn) 測試 試運(yùn)行這一階段的工作主要在工廠的生產(chǎn)線上進(jìn)行 測試與試運(yùn)行的目的是要驗(yàn)證本系統(tǒng)是否達(dá)到預(yù)期的功能要求 8 性能評價對產(chǎn)品進(jìn)行最后的測試 以驗(yàn)證是否達(dá)到預(yù)期的性能要求 當(dāng)設(shè)計(jì)一臺新機(jī)器時 軟 硬件的設(shè)計(jì)可以并行同時進(jìn)行 甚至軟件可以提前進(jìn)行 并不斷互相磋商 以求得最佳的性能價格比 以上各步有時不能劃分得很清楚 也可能交叉進(jìn)行 對于錯誤 宜及早發(fā)現(xiàn) 如最后需要返工可能會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 7 12 1 2指令系統(tǒng)的模擬與仿真在研制一臺新機(jī)器時 有兩個問題要考慮 1 新機(jī)器的結(jié)構(gòu) 包括指令系統(tǒng)及機(jī)器組成等各方面 與原有機(jī)器是否兼容 也就是說 原有機(jī)器上的程序是否能不加修改就在新機(jī)器上運(yùn)行 假如不行 則采用何種策略 重新編制所有軟件還是設(shè)法用新計(jì)算機(jī)的程序解釋執(zhí)行原有計(jì)算機(jī)指令的操作 后者就稱為模擬 這是為了保護(hù)用戶在原有機(jī)器上的軟件投資而采取的措施 新編寫的程序當(dāng)然是適合于新機(jī)器的結(jié)構(gòu)的 2 在研制新計(jì)算機(jī)時 新機(jī)器的指令系統(tǒng)可以在別的計(jì)算機(jī)上用程序來執(zhí)行 以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性 這種方法也稱為模擬 由此可見所謂模擬即是在一臺計(jì)算機(jī)上用程序來實(shí)現(xiàn)為另一臺不同的計(jì)算機(jī)所編制的程序 由于模擬方法是完全依靠軟件實(shí)現(xiàn)的 所以效率很低 一般模擬程序的效率僅能達(dá)到1 2 但因其全靠軟件處理 所以通用性強(qiáng) 從用戶的觀點(diǎn)來看 如想使用模擬方法運(yùn)行另一臺機(jī)器的程序 以達(dá)到解題或數(shù)據(jù)處理的目的 幾乎是不可能的 因?yàn)槠渌俣忍?以致不能容忍 模擬方法經(jīng)常應(yīng)用于設(shè)計(jì) 研究 分析計(jì)算機(jī)的性能及其正確性上 這時解決問題的速度不是主要的 在模擬程序中可以附加一些功能 例如統(tǒng)計(jì)功能 這時根據(jù)需要可以統(tǒng)計(jì)出各條指令的使用頻率 估算出某些應(yīng)用程序在新機(jī)器上運(yùn)行所需的時間 也可以追蹤在執(zhí)行程序過程中指令地址的軌跡以及數(shù)據(jù)地址的范圍 為cache命中率的統(tǒng)計(jì) cache存儲器的容量和地址映象方法的確定 主存儲器頁面調(diào)動次數(shù)的統(tǒng)計(jì)以及存儲管理方案的確定提供有用的數(shù)據(jù) 假如在一臺機(jī)器上采用微程序控制方法來實(shí)現(xiàn)另一臺完全不同的機(jī)器的指令系統(tǒng) 就叫做 仿真 這臺機(jī)器相當(dāng)于有兩套指令系統(tǒng) 通過內(nèi)部切換 在某一時刻執(zhí)行其中一套指令系統(tǒng)的指令 仿真速度比模擬速度高得多 通常用在新設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)上 來運(yùn)行與其兼容的另一臺不同指令系統(tǒng)機(jī)器的程序 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 8 12 1 3微程序設(shè)計(jì)自動化在采用微程序控制的計(jì)算機(jī)中 微程序的編寫工作不容忽視 微指令的格式有各種各樣 從直接控制的水平型方式到接近機(jī)器語言的垂直型方式 變化很大 水平型微指令與硬件直接有關(guān) 如果不詳細(xì)掌握處理機(jī)內(nèi)各個寄存器 觸發(fā)器的功能和數(shù)據(jù)傳送路徑 不了解微指令各字段的功能及其控制方法和時序關(guān)系等就不能編制微程序 垂直型微指令形式與一般的指令比較接近 微指令與機(jī)器的指令一樣 在機(jī)器內(nèi)是用一串二進(jìn)制碼來表示的 而且微指令的長度一般都比機(jī)器指令長 因此假如依靠人工來編寫二進(jìn)制微程序 對于設(shè)計(jì)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)來講幾乎是不可能的 圖12 2是在計(jì)算機(jī)上編制微程序的過程 首先用描述語言寫出微程序 并變?yōu)榭奢斎虢o計(jì)算機(jī)的形式 輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理 將其變換成機(jī)器描述 二進(jìn)制碼串 或相近的中間描述 微程序一般存放在只讀存儲器 ROM 中 一旦寫入便不可再改 所以要用模擬等方法驗(yàn)證其正確性后 才能作為寫入只讀存儲器的依據(jù) 如果采用可改寫控存 也要在驗(yàn)證正確后 再輸出到指定的記錄介質(zhì) 只讀存儲器的寫入一般是在專門的儀器上進(jìn)行的 微程序的描述方式有兩種 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 9 1 面向匯編語言的描述方式 稱為微匯編語言 它具有與微指令一一對應(yīng)的關(guān)系 用它寫出的微程序 要經(jīng)過微匯編程序的編譯 轉(zhuǎn)換成用二進(jìn)制碼表示的機(jī)器微碼 其過程與用匯編語言編寫的程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言相類似 2 面向高級語言的描述方式 假如機(jī)器內(nèi)有可改寫控存 能實(shí)現(xiàn)動態(tài)微程序的設(shè)計(jì) 那么編制微程序的已不限于硬件設(shè)計(jì)人員 還有軟件人員 甚至用戶 這樣就需要有易于編制微程序且理解其內(nèi)容的描述方式 并希望有描述微程序用的微高級語言 擺脫對機(jī)器的依賴 可是微程序和硬件結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系 它在本質(zhì)上就是描述硬件的控制順序 必須有良好的執(zhí)行效率 因此要設(shè)計(jì)不依賴于機(jī)器的用以描述微程序的微高級語言及其處理系統(tǒng)實(shí)際上是非常困難的 這也是為什么可改寫控存長期以來得不到發(fā)展的原因 而且對用高級語言編寫程序的用戶來講 經(jīng)過編譯后的執(zhí)行程序只能用已有的指令 而根本不可能用到這種利用可改寫控存來擴(kuò)充的指令 除非用戶用匯編語言編程 微程序的編制對指令執(zhí)行速度影響極大 所以硬件人員一般不用微高級語言來編制微程序 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 10 12 1 4逆向工程的概念上面對計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行 簡單介紹 這一過程稱為正向設(shè)計(jì)過程 采用的是從上到下 或從頂?shù)降?的設(shè)計(jì)方法 在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時 為了參考 借鑒或仿制的日的 有時需要根據(jù)實(shí)際機(jī)器畫出印制電路板布線圈 邏輯圖 進(jìn)而推導(dǎo)出設(shè)計(jì)資料 這一過程稱為逆向工程 計(jì)算機(jī)所用的集成電路 大部分是在市場上能買到的產(chǎn)品 其邏輯功能及性能是公開的 分析比較容易 但在微程序控制計(jì)算機(jī)中 要將微程序從控制存儲器中讀出 最好還能將它翻譯成容易理解的微匯編語言 微反匯編程序完成這項(xiàng)工作 就比較困難了 因?yàn)槲⒅噶罡袷揭话闶遣幌蛴脩敉嘎兜?所以微反匯編比指令級的反匯編要困難得多 在目前的計(jì)算機(jī)中 往往有若干塊PAl PLA或GAl電路 這些電路有保密功能 給分析帶來一些麻煩 但國內(nèi)一些研究單位有分析這些電路功能的軟件 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 11 12 2專用集成電路ASIC設(shè)計(jì)概述近年來 計(jì)算機(jī)朝著小型化和高性能方向發(fā)展迅速 專用集成電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用已成為不可缺少的手段 在第11章中講到的用來構(gòu)成微機(jī)的Intel80X86配套器件 chipset 是ASIC應(yīng)用的典型例子 利用ASIC技術(shù)后 可將原來若干個芯片的功能集成在一個芯片上 從而減少了構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的芯片數(shù) 例如 將微處理器 存儲管理部件和cache集成在一個芯片上的高性能器件以及將微處理器 外圍接口電路和存儲器集成在一個芯片內(nèi)的單片機(jī) 也可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)新的專用芯片或?qū)⑷舾蓚€中 小規(guī)模電路的功能集成在一個芯片上 例如 目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口板亡經(jīng)常裝有各種ASIC電路 這種芯片除了能自滿足使用要求外 還具有保密功能 為了使設(shè)計(jì)者能在短期內(nèi)開發(fā)出高質(zhì)量的ASlC 電子設(shè)計(jì)自動化 EDA 系統(tǒng)已有很大發(fā)展 它允許在實(shí)際制作芯片前 對相當(dāng)規(guī)模的系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的詳細(xì)的分析 以期達(dá)到一次設(shè)計(jì)投片成功的目標(biāo) 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 12 目前有下列部門參與ASIC設(shè)計(jì)工作 1 電子設(shè)計(jì)自動化 EDA 開發(fā)部門 主要開發(fā)EDA軟件 提供ASIC設(shè)計(jì)工具 利用此工具對系統(tǒng) 邏輯和電路進(jìn)行模擬 驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性 并自動形成測試模式 最終形成版圖 功能齊全的EDA軟件價格很高 2 整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門 用戶 提出ASIC實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo) 利用EDA部門提供的ASlC設(shè)計(jì)工具進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì) 并與ASIC生產(chǎn)廠家聯(lián)系 根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的單元庫進(jìn)行設(shè)計(jì) 一般不做到版圖 其后續(xù)設(shè)計(jì)工作由ASIC設(shè)計(jì)中心或生產(chǎn)廠家完成 3 ASIC設(shè)計(jì)中心 對于自己無設(shè)計(jì)能力的用戶 可委托ASIC設(shè)計(jì)中心進(jìn)行設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中心的設(shè)計(jì)工作可以從頭做起 也可從中間做起 一般都做完版圖 ASlC設(shè)計(jì)中心可能設(shè)有生產(chǎn)線 也可能沒有生產(chǎn)線 后者需與ASIC生產(chǎn)廠家聯(lián)系 由ASlC生產(chǎn)廠家完成生產(chǎn)工作 各ASIC生產(chǎn)廠家單元庫中單元的復(fù)雜程度不一 從簡單的邏輯門到微處理器 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 13 12 2 1專用集成電路的設(shè)計(jì)過程1 設(shè)計(jì)過程簡介ASIC設(shè)計(jì)過程將根據(jù)是否采用電子設(shè)計(jì)自動化 EDA T 具 邏輯的復(fù)雜程度 采用的工藝以及設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)而變化 一般ASIC的設(shè)計(jì)過程如圖12 3所示 首先確定ASIC的功能及指標(biāo) 并進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 然后進(jìn)行詳細(xì)的邏輯設(shè)計(jì) 以上工作主要由人工完成 再按ASIC設(shè)計(jì)工具要求將邏輯圖輸入機(jī)器 并輸入預(yù)估的延遲時間 然后由計(jì)算機(jī)自動進(jìn)行模擬 自動布局布線 生成版圖 和生成測試碼等工作 在模擬過程中 如發(fā)現(xiàn)錯誤 要修改邏輯圖 并根據(jù)布線情況 如連線長度 調(diào)整延遲時間 最后投入生產(chǎn)線 今天一個ASIC設(shè)計(jì)者有可能從一個齊全的功能單元庫中選擇所需的功能單元 來組成一個芯片 圖12 4是可供設(shè)計(jì)人員選擇的設(shè)計(jì)方式 該圖說明用戶與ASIC廠家之間的工作關(guān)系是可協(xié)調(diào)的 可根據(jù)各方的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 設(shè)計(jì)水平 如何從節(jié)省費(fèi)用 提高效率和早出成果等方面進(jìn)行考慮 設(shè)計(jì)者應(yīng)該與生產(chǎn)廠家共同商量 以決定采用何種最節(jié)省費(fèi)用的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)手段 門陣列 宏單元陣列 標(biāo)準(zhǔn)單元或全定制電路 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 14 20萬門水平的ASIC 需要使用EDA方面的最新成果來協(xié)助設(shè)計(jì)師進(jìn)行復(fù)雜的ASIC設(shè)計(jì) 一般采取自上而下的多層次設(shè)計(jì)方法 即從最高層的系統(tǒng)功能開始進(jìn)行設(shè)計(jì)與模擬 為方便起見 可以先不考慮下一層次 如功能塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 完成本層次工作后再依次在功能塊內(nèi)部 子功能塊和門級等層次上進(jìn)行設(shè)計(jì) 究竟分多少層 由電路的復(fù)雜程度和使用的軟件工具決定 在后面將選擇高級硬件描述語言VHDL 來進(jìn)行分析 通常對ASIC設(shè)計(jì)的描述分成以下三個方面 1 行為描述 高級結(jié)構(gòu) 用語言來描述 2 構(gòu)造 structural 描述 邏輯線路 3 幾何圖形描述 版圖結(jié)構(gòu) 2020 1 25 計(jì)算機(jī)組成原理 15 每一方面自上而下分成幾個層次 如圖12 5所示 設(shè)計(jì)從行為描述開始 包括輸入 輸出信息 然后由軟件自動分解為構(gòu)造描述 具體的功能單元 硬件 最后轉(zhuǎn)換成幾何圖形描述 版圖 在圖上還可看到在每一層次上都有行為 構(gòu)造與幾何圖形三種描述 例如 有一個兩輸入端 IN1 IN2 的或非門 在圖12 5的邏輯層 其行為描述與構(gòu)造描述如圖12 6所示 其幾何圖形描述如圖2 45所示 在進(jìn)行行為級描述時 可不考慮許多具體細(xì)節(jié) 而著重注意主要模塊在這一層次上將如何工作 這樣做的好處 是為設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中驗(yàn)證電路性能提供了快而準(zhǔn)確的途