计算机组织与糸统结构 设计过程与A设计 The Design process ALU Design (第七讲 程旭 2000327 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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本讲提纲 °上一讲复习,本讲介绍 °设计过程概述 °复习二进制算术运算 设计一个简单的4位ALU °其他构建ALU的技术 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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°性能和技术工艺发展趋势 尽可能保持设计简单充分利用最新技术工艺的优势 cMOS反向器和CMoS逻辑门 °延迟建模和门的特征描述 ·延迟=内在延迟+(负载相关延迟ⅹ输出负载) °时钟同步方法和定时考虑 最简单的时钟同步方法 所有的存储单元使用相同的时钟边沿 ·时钟时间〓 CLK-to-Q+最长延迟路径+建立时间+时钟扭斜 ·cLKτto←Q+最短延迟路径-时钟扭斜>保持时间 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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时钟扭斜对时钟周期的影响 ClkI Clk2 <--.clock skew Setup Hold Setup old DL不关心 不关心 不关心喇→不关心 Clock-to-0 +1← Clock-to-Q 匚未知 p Held 内在延迟+负载相关延迟时间 不关心 时钟扭斜 北京大学计算机科学技术系 最小时钟周期长度 计算机系统结构教研室
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时钟扭斜对保持时间的影响 ClkI Clk2 Clock skew Setup Hold Setup holo D不关心 不关心「不关心 关心 Clock-to-0 Clock-to-Q 匚未知 dHold 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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没计过程 “设计即描绘( To Design/ s To Represent) 设计活动产生有关一个对象的描述/表达 传统的工匠并不区分概念化( conceptua| ization)和工艺品 (artifact 由于复杂性,这两者才开始分离 概念是用一种或多种表示语言( (representation| anguages)描述的 概念化的过程就是设计 设计从需求分析开始 功能需求:将要完成的功能 性能特征:速度、功率、面积、成本,,, 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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没计过程(续) 设计以组装结束 Design Finishes As Assembly 设计分解组成部件,以及如何组装部件 自顶向下将复杂的功能(行为) CPU 分解为 ath Datapath Contr 多个基本功能 Regs Shifter -自底向上将多个基本功能块 合成为 Nand 更复杂的组装体 Gate 设计是一个“创造性的过程,历不仅仅是使用某种筒单的方法 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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没计求精 非形式化的系统需求分析 初始规范( Specification) 中问规范 求精 细节逐步增加 最终系统结构描述( descr iption 实现的中间规范 最终内部规范 物理实现 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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设计如同搜寻 问题A 策略1 策略2 子间1向题2「子问题3y 设计包含利用所学知识进行猜测和验证 给定目标,如何确定这些策略的优劣? 给定可选的设计策略,应该选择那种设计? 给定部件和组装体的空间,哪一部分能够产生最佳解决方案? 可行(好)抉择ws.最佳抉择 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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设计如同陈述( Representation (1)功能描述 WHDL行为 输入:2x16位操作数:A,B;1位进位输入:Cin. 输出:1x16位结果:S;位进位输出:Co 操作:PASS,AD(A+B+cin),SUB(A-B-Cin), AND,XOR,0R, COMPARE(相等) 性能:现在,还没有详细说明! (2)框图 “VHDL实体 理解数据和控制流 16 16 A M←—模式/功能 Co Cin 16 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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