開放式教學(xué)CPU的研究與設(shè)計.pdf

1、CPU是計算機系統(tǒng)的控制中心，也是系統(tǒng)中最復(fù)雜的部件。盡管CPU發(fā)展如此迅速，但是其基本工作原理并沒有發(fā)生根本性的變化，而且在今后的一段時間內(nèi)仍然會繼續(xù)發(fā)揮作用。正因為如此，從原理上來說，設(shè)計一個功能相對簡單的CPU就成為可能而且有一定的現(xiàn)實意義。目前教學(xué)CPU的研究與設(shè)計已經(jīng)是計算機專業(yè)教學(xué)的一個熱點。本文描述的就是一個教學(xué)CPU的設(shè)計過程。
　　 CPU設(shè)計在計算機專業(yè)教學(xué)中占有非常重要的地位。因為CPU是計算機硬件設(shè)計的主

2、要依據(jù)，同時CPU指令系統(tǒng)又是軟件設(shè)計的基礎(chǔ)。在計算機專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中CPU起著承上啟下的重要作用，有了CPU的理論基礎(chǔ)和設(shè)計經(jīng)驗，無論從事硬件設(shè)計還是軟件開發(fā)都會有很大的幫助。
　　 在目前國內(nèi)流行的教學(xué)計算機上只能進行驗證性實驗，不能進行CPU的自主設(shè)計。造成這一限制的主要原因有兩個：第一，教學(xué)機的體系結(jié)構(gòu)，即CPU指令集、指令格式、數(shù)據(jù)表示、尋址方式等已經(jīng)確定，使用過程中只是在同一個CPU上進行功能驗證實驗。第二，為了增強實

3、驗的觀察效果，教學(xué)機的CPU普遍采用多片中小規(guī)模集成電路構(gòu)成，其組成結(jié)構(gòu)決定了CPU的功能只能使用傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計方法來實現(xiàn)。
　　 傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計方法不能適應(yīng)CPU設(shè)計的教學(xué)需要，而EDA技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一難題。用流行的EDA方法，采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA實現(xiàn)CPU的功能已經(jīng)是現(xiàn)代電子設(shè)計中成熟的技術(shù)。通過本文的研究與設(shè)計，搭建一個面向教學(xué)的開放式CPU設(shè)計平臺。實驗過程可以按照每個學(xué)生的自主設(shè)計要求重復(fù)進行。給學(xué)生提