微操作和寄存器传送语言课件

5.1微操作和寄存器传送语言5.2用RTL表示数字系统5.3复杂数字系统和RTL5.4实例：VHDL－VHSIC硬件描述语言第五章寄存器传送语言微操作：大部分时序数字系统的基础。是更简单的行为。◆数据从一个寄存器、存储器单元或者I/O设

备到另一个的传送◆修改存储的值◆执行算术或逻辑功能◆修改已存储的值确定时序数字系统：确定正确的微操作传送及其条件。（这些条件保证微操作按正确的顺序执行）设计时序数字系统：◆首先用微操作表述系统的行为◆设计硬件来匹配这些表述

X二、传送发生的条件1.假定传送应发生在输入控制α为高时，则传送过程可以写为IFαTHENX←Y2.表示微操作和它们发生的条件：条件：微操作当所有冒号左边的条件满足时，执行微操作（可以是多个）规定的数据传送。3.上面的传送可以写为α：X←Y4.具有控制信号的数据传送α：X←Y的实现(a)用直接通路(b)用总线X2．同时拷贝相同的数据到多个目的地。考虑α：X←Y，Z←Y

3．数字系统不能同时往同一寄存器中写入两个不同的值。

例如：表示α:X←Y，X←Z无效

四、传送常量的有效条件和微操作α:X←0β:X←1实现这两个传送的三种不同方法：

◆通过两个传送通路装载数据来设置X的值

(用一个多路选择器来选择输入的数据)

◆装载数据与第一个完全相同，但它的数据直接由信号β产生。(用β作为数据输入)◆为简化硬件可使用寄存器的清除输入功能

(用CLR信号)五.寄存器之间的多位数据传送1.同样大小寄存器对应位之间传送数据

例如:当α＝1时，从4位寄存器Y传送数据到4位寄存器X。用符号表示：α：X←Y

(a)用直接连接(b)用总线2.访问一个寄存器的某一位或位组。表示每一位：如X3或Y2。3.表示位组（用一个域表示）

如：X3、X2和X1可以写成：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

◆

线性移位：每一位的值依次向左（或右）移位。 最后1位被丢弃，空位补入0值。

例如：X＝1011左移一位：0110右移一位：0101

◆

循环移位：将在线性移位中被丢弃的位循环回来 替代补入的0值。

例如：X＝1011循环左移：0111循环右移：1101◆

算术移位：用于带符号数的移位。算术左移：各位按位左移，最高位向左移出，最低位产生的空位填“0”。算术右移：连同符号位一起向右移一位,符号位保持不变。例如：X＝1011算术左移：0110算术右移：1101◆

十进制移位：专门用于BCD表示。十进制移位与线性移位很相似，但它移动1个数字或4位，而不是移动1位。

例如：X＝10010111十进制左移：01110000十进制右移：00001001

例如：X←shl(X)和shl(X)是等价的。Y←shl(X)两个寄存器均需指定七、寄存器与存储器之间的数据传送

例如：

M[55]←AC和AC←M[55]寄存器AC与存储器中55号单元之间的数据传送更好的方法：把地址存入寄存器中，然后由寄存器提供存储器的访问地址。（地址寄存器，标示为AR）

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

一、第一个例子（D触发器）

1.用RTL描述LD：Q←DD触发器：(a)无清0输入端(b)有清0输入端5．2用RTL表示数字系统2.有一同步清0输入端的D触发器

LD：Q←DCLR：Q←0

◆

当D、LD和CLR都等于1时，系统会失败。

解决方法：改变条件使得两者互斥。

CLR’LD：Q←DLD：Q←DCLR：Q←0LD’CLR：Q←05.2.2简单系统的表示与实现

例如：一个有4个1位触发器的系统

◆

用RTL代码表示传送（假设条件j，o，h和n是互斥的）

j:M←Ao:A←Yh:R←Mn:Y←R,M←R

◆

几种不同的方法实现1．用直接连接实现系统的数据通路

(1)

用直接连接实现的该RTL代码的系统的数据通路

(2)

用直接连接实现该RTL代码的系统的完整设计在合适的时间激励触发器的LD信号来装载数据，从而完成传送。◆当j=1（M←A）或n=1(M←R)时，触发器M 装载数据。◆在满足单个条件o、h和n时，触发器A、R和Y 装载数据。

2．用总线和三态门实现

j:M←Ao:A←Yh:R←Mn:Y←R,M←R

3.用总线和多路选择器实现j:M←Ao:A←Yh:R←Mn:Y←R,M←R5.3.1模6计数器目的:设计一个模6计数器步骤：

◆用RTL表示计数器的功能 ◆用数字逻辑实现RTL的代码模6计数器：000→001→010→011→100→101→000→…(0→1→2→3→4→5→0…)5．3更复杂数字系统和RTL假设：

输入端U：控制计数

◆当U＝1时，计数器在时钟的上升沿增加它的值。

◆当U＝0时，不管时钟的值如何，它都保持当前 值不变。输出V2V1V0：计数器的值进位输出：C状态：S0→S1→S2→S3→S4→S5→S0→…（两个另外状态S6和S7）模6计数器的状态表和状态图

当前状态U下一状态CV2V1V0S00S01000S01S10001S10S10001S11S20010S20S20010S21S30011S30S30011S31S40100S40S40100S41S50101S50S50101S51S01000S6XS01111S7XS01111110一、用RTL表示系统

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

在条件（S0+S1+S2+S3+S4+S5）U’下，计数器保持当前值与C值不变。可以用两条RTL语句表示：（S5U和S6+S7触发相同的微操作）

（S0+S1+S2+S3+S4）U：V←V+1，C←0S5U＋S6＋S7：V←0，C←1二、模6计数器RTL代码的两种实现

◆

用一个寄存器（S0+S1+S2+S3+S4）US5U＋S6＋S7◆

用一个计数器（简单）U(V2’

+

V1’

V0’)V2V1+V2V0U5.3.2收费站控制器1.两个外部传感器

◆

C显示车辆是否在收费站中当车在时，C＝1，否则C＝0。

◆

显示硬币是否已经投到收费站的收集篮中以及硬币的面值。

没有硬币投入I1I0＝00

投入五分硬币I1I0＝01

投入一角硬币I1I0＝10

投入25分硬币I1I0＝112.两个输出指示灯和一个警报灯

◆

当一辆汽车驶入收费站时，红灯（R）亮，直到司机投入35分硬币，此时红灯熄灭，绿灯(G)亮，绿灯保持亮着直到汽车离开收费站；

◆

当绿灯灭时，红灯又亮了。

◆

如果没有付足够的通行费，汽车离开，红灯一直保持亮着且警报（A）响。

◆

警报维持到另一辆汽车驶入收费站；然后停止。一、控制器的状态表和状态图状态条件RGASNOCAR车站中无车100S0站中有车，未付费100S5站中有车，已付费5分100S10站中有车，已付费10分100S15站中有车，已付费15分100S20站中有车，已付费20分100S25站中有车，已付费25分100S30站中有车，已付费30分100SPAID站中有车，已付足过路费010SCHEAT未付足过路费就离开车站101当前状态CI1I0下一状态RGA

当前状态CI1I0下一状态RGASNOCAR1XXS0100

S150XXSCHEAT101SPAID0XXSNOCAR100

S15101S20100SCHEAT1XXS0100

S15110S25100S00XXSCHEAT101

S15111SPAID010S0101S5100

S200XXSCHEAT101S0110S10100

S20101S25100S0111S25100

S20110S30100S50XXSCHEAT101

S20111SPAID010S5101S10100

S250XXSCHEAT101S5110S15100

S25101S30100S5111S30100

S25110SPAID010S100XXSCHEAT101

S25111SPAID010S10101S15100

S300XXSCHEAT101S10110S20100

S30101SPAID010S10111SPAID010

S30110SPAID010

S30111SPAID010

状态T

RG

ASNOCAR0000100S00001100S50010100S100011100S150100100S200101100S250110100S300111100SPAID1000010SCHEAT1001101Unused1010-1111100收费站控制器状态赋值二、将状态表转换成RTL语句1.当控制器状态为SNOCAR且C＝1，它转换到状态S0，此状态值为0001。（假设状态值存于4位寄存器T中）

SNOCARC：T←0001如果我们想在每次传送后设置输出值，此状态不得不包含微操作R←1，G←0和A←0。2.状态SPAID和SCHEAT各仅有一个转移情况。

SPAIDC’：T←0000SCHEATC：T←00013.状态S0在状态表中有四种可能的转移情况。

S0C’:T←1001S0CI1’I0:T←0010S0CI1I0’:T←0011S0CI1I0:T←01104.对于其他状态，可以用同样的方法得到其RTL代码。5.最终的入口是所有的无用状态均无条件转移到状态0000。6.整个控制器除输出之外的代码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、扩展RTL代码产生输出

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、收费站控制器的完整RTL代码

(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