開放式教學(xué)CPU的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、CPU是計(jì)算機(jī)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(shí)間內(nèi)仍然會(huì)繼續(xù)發(fā)揮作用。正因?yàn)槿绱?，從原理上來說，設(shè)計(jì)一個(gè)功能相對(duì)簡(jiǎn)單的CPU就成為可能而且有一定的現(xiàn)實(shí)意義。目前教學(xué)CPU的研究與設(shè)計(jì)已經(jīng)是計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)。本文描述的就是一個(gè)教學(xué)CPU的設(shè)計(jì)過程。
　　 CPU設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中占有非常重要的地位。因?yàn)镃PU是計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的主

2、要依據(jù)，同時(shí)CPU指令系統(tǒng)又是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)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(jì)經(jīng)驗(yàn)，無論從事硬件設(shè)計(jì)還是軟件開發(fā)都會(huì)有很大的幫助。
　　 在目前國(guó)內(nèi)流行的教學(xué)計(jì)算機(jī)上只能進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能進(jìn)行CPU的自主設(shè)計(jì)。造成這一限制的主要原因有兩個(gè)：第一，教學(xué)機(jī)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(gè)CPU上進(jìn)行功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。第二，為了增強(qiáng)實(shí)

3、驗(yàn)的觀察效果，教學(xué)機(jī)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(jì)方法來實(shí)現(xiàn)。
　　 傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)方法不能適應(yīng)CPU設(shè)計(jì)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)模可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)CPU的功能已經(jīng)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中成熟的技術(shù)。通過本文的研究與設(shè)計(jì)，搭建一個(gè)面向教學(xué)的開放式CPU設(shè)計(jì)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)過程可以按照每個(gè)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)要求重復(fù)進(jìn)行。給學(xué)生提