نوع فایل: word
قابل ویرایش 99 صفحه
چکیده:
در این تحقیق که به روش تئوریک از متون برگرفته از کتب و اینترنت جمع آوری شده است . ابتدا دستورات و قالب فرمان های زبان VHDL و Verilog مطرح شده سپس در مورد ساختار کلی CPU و مروری بر تاریخچه آن و انواع CPU های موجود در بازار بحث می شود . و در نهایت چگونگی طراحی و پیاده سازی یک CPU را با استفاده از Verilog بررسی می کنیم و یک CPU ساده را با Verilog شبیه سازی می کنیم .
مقدمه:
امروزه زبان توصیف سخت افزار VHDL برای توصیف شبیه سازی و طراح مدارهای دیجیتال از ساده ترین فرم آن تا سیستم های پیچیده دیجیتالی توسط متخصصین دنیه به کار برده می شود .
زبان توصیف سخت افزار VHDL برای توصیف و شبیه سازی مدارهای دیجیتال از ساده ترین نوع آن یعنی گیت ها ، تا سیستم های پیچیده تری مانند پروسسورها و ... و یا طراحی مدارهای کاربرد خاص ASIC به کار برده شود .
VHDL یک زبان استاندارد بین المللی برای توصیف مدارهای دیجیتال به صورت Behavior ، Dataflow و Structural است . که می توان با آن طراحی سیستم های دیجیتال را به صورت برنامه ای به فرم متن ، برای کامپیوتر مهیا نمود تا توسط مهندسین ، متخصصین و شرکت ها در تمام دنیا قابل استفاده باشد .
در گذشته زبان های توصیف سخت افزار مانند ABEL ، PALASM و ... توسط شرکت های مختلف ، برای برنامه ریزی مدارهای قابل برنامه ریزی PLA ( PLA شامل یک طبقه آرایه ای از گیت AND و یک طبقه آرایه از گیت OR می باشد ، به طوری که هر یک از ورودی های یا معکوس آن ها به گیت AND متصل می شود ، در نتیجه خروجی گیت AND حاصل ضرب ورودی یا معکوس آن هاست . به همین ترتیب خروجی هر گیت OR ، مجموع منطقی که به صورت مجموع حاصل ضرب (SOP) است ، بسیار مناسب می باشد ) ، PAL ( PLA چون دو طبقه گیت قابل برنامه ریزی دارد ، گران تمام می شود و تأخیر مدار نیز نسبتاً زیاد است ، در نتیجه سرعت آن کم می باشد ، برای حل این مسأله مدارهای قابل برنامه ریزی PAL ساخته شده . در PLA هر دو آرایه AND و OR قابل برنامه ریزی هستند ولی در PAL فقط آرایه AND قابل برنامه ریزی است و خروجی گیت های AND به ورودی های OR به طور دائم متصل می باشند ) و PLD ( مدارهای منطقی برنامه پذیر PLA و PAL به مدارهای برنامه پذیر ساده SPLD معروف هستند و ظرفیت آن ها حدود 200 گیت می باشد . SPLD ها برای محدوده وسیعی از کاربردها مناسب هستند و امروزه تقریباً در هر سیستم دیجیتالی وجود دارند . PAL ها ، IC های قابل برنامه ریزی خوبی هستند ، ولی برای طراحی سیستم های پیچیده دیجیتال ، ممکن است چندین PAL نیاز باشد . برای این منظور مدارهای منطقی قابل برنامه ریزی CPLD طراحی شده اند که از دو یا چندین بلوک منطقی و تعدادی ماکروسل ( ماکروسل مجموعه ای از فیلپ فلاپ و مالتی پلکسرها می باشد ) تشکیل شده اند که با سیستم های ارتباطی و سوییچ های قابل برنامه ریزی با هم ارتباط داده می شوند . CPLDهای تجاری با اندازه های مختلف از 2 تا 100 بلوک منطقی یا SPLD و با ظرفیتی حدود 1000 تا 15000 گیت ساخته شده اند . CPLD ها تأخیر کمی در حدود چند نانو ثانیه دارند ، لذا بسیار سریع و حدود فرکانس 100 MHz کار می کنند . CPLD ها با ابزارهای برنامه ریزی CAD که توسط سازندگان تهیه شده است قابل برنامه ریزی می باشند ) به بازار عرضه شده بود . ولی در سال 1980 وزارت دفاع آمریکا ، طراحی یک زبان جدید استاندارد برای توصیف مدارهای سخت افزاری و همچنین برای انتقال داده ی سیستم های دیجیتالی از شرکتی به شرکت و یا به کشور دیگر را ، به سه شرکت IBM ، تگزاس اینسترومنت و اینترمتریکس سفارش داد تا در سال 1985 ، زبان توصیف سخت افزار VHDL به دنیا عرضه شد و در سال 1986 م‍‍‍‍ؤسسه بین المللی IEEE آن را تصویب و استاندارد نمود و VHDL86 نامیده شد . بعد از آن چندین بار VHDL بازنگری شد تا بالاخره VHDL93 در سال 1994 توسط IEEE به تصویب نهایی رسید و به صورت استاندارد IEEE به دنیا معرفی شد که هر چند سال یک بار تغییرات جزیی برای بالا بردن کارآیی آن انجام می شود .
فهرست مطالب:
چکیده مقاله
فصل اول: آشنایی با VHDL
مقدمه
زبان توصیف سخت افزار VHDL
بلوک پایه یک طرح دیجیتال یا مجموعه entity/architecture در VHDL
تعریف ورودی در VHDL
اجرای همزمان عبارات ( Concurency )
ضوابط یا نکات عمومی در VHDL
مقدار اولیه دادن به سیگنال
نوع های (Type) دیگر نمایش اطلاعات سیگنال ها
روش های توصیف یا مدل سازی مدارهای دیجیتال در VHDL
توصیف یا مدل سازی Dataflow یا VHDL همزمان
Selected Signal Assignment
توصیف یه مدل سازی رفتاری Behavioral Modelling
حلقه loop
عبارات wait until و wait on
کاربرد Constant
اعلام قطعه ها Components Declaration
مشخصات Configuration Specification
برنامه تست مدارهای دیجیتال به صورت ساختاری (Structural)
کاربرد عبارت assert در برنامه تست
مفاهیم طراحی سلسله مراتبی
روش های طراحی
شبیه سازی یک مدار
ماژول ها
پورت ها
task ها و توابع سیستم
راهنمای کامپایلر
مجموعه مقادیر در زبان Verilog
نوع متغیرهای زبان Verilog
پارامترها parameters
فصل دوم: تاریخچه CPU
مقدمه
سی پی یو CPU
ساختار CPU
انواع CPU
فصل سوم : طراحی پردازنده (CPU) با استفاده از زبان Verilog
مقدمه
طراحی پردازنده (CPU)
مـراجــع
منابع و مأخذ:
ـ کتاب طراحی خودکار مدارهای دیجیتال با FPGA و زبان توصیف سخت افزار VHDL ، تألیف دکتر حسن سید رضی ، انتشارات ناقوس
ـ کتاب معماری کامپیوتر ، تألیف ام. موریس مانو ، انتشارات ناقوس
ـ اینترنت دانشنامه آزاد ویکی پدیا
ـ کتاب آشنایی با Verilog ، تألیف هادی پرندافشار ، انتشارات نص
پروژه طراحی و پیاده سازی CPU با استفاده از زبان برنامه نویسی سخت افزاری ((Verilog)). doc