Bilgisayar mimarisi ve dijital tasarımla ilgileniyorsanız, VHDL ile 8 bit CPU tasarlamak eğlenceli ve zorlu bir proje olabilir. Bu gönderide, başlamak için izleyebileceğiniz adımları açıklayacağız.
En heyecan verici projelerden biri sıfırdan bir CPU tasarlamaktır. Bir CPU’nun nasıl çalıştığını tam olarak anlamanıza izin vermekle kalmaz, aynı zamanda onu özel ihtiyaçlarınızı karşılayacak şekilde tasarlama fırsatı da verir.
Tasarım sürecine girmeden önce, 8 bit CPU’nun ne olduğunu ve diğer CPU türlerinden nasıl farklı olduğunu tanımlayalım. 8 bitlik bir CPU, 8 bitlik veri sözcükleriyle çalışan bir tür mikroişlemcidir. Bu, verileri 8 bitlik parçalarda veya 1 baytta işleyebileceği ve depolayabileceği anlamına gelir. 8 bit CPU’lar 1970’lerde ve 1980’lerde popülerdi ve bugün hala bazı gömülü sistemlerde kullanılıyor.
Artık 8 bit CPU’nun ne olduğu hakkında temel bir anlayışa sahip olduğumuza göre, tasarım sürecine geçelim.
- Adım: Komut Setini Tanımlayın
8 bitlik bir CPU tasarlamanın ilk adımı, komut setini tanımlamaktır. Komut seti, CPU’nun yürütebileceği önceden tanımlanmış bir dizi talimattır. CPU’nun gerçekleştirebileceği işlemleri ve talimatların biçimini tanımlar. 8 bitlik bir CPU komut setindeki bazı yaygın işlemler, aritmetik ve mantıksal işlemleri, dallanmayı ve bellek erişimini içerir.
Adım 2: Kod Çözme ve Yürütme Birimi Tasarlayın
Bir sonraki adım, kod çözme ve yürütme birimini (IDEU) tasarlamaktır. IDEU, talimatların kodunun çözülmesinden ve yürütülmesinden sorumludur. İki ana bölümden oluşur: kod çözücü ve yürütme birimi.
Kod çözücü, talimatları yürütme birimi tarafından kullanılabilen kontrol sinyallerine çevirmekten sorumludur. Bunu bir arama tablosu veya bir case ifadesi kullanarak yapar.
Yürütme birimi, talimatta belirtilen fiili işlemi gerçekleştirmekten sorumludur. Komut kod çözücüden kontrol sinyallerini alır ve yazmaçlarda saklanan verileri kullanarak işlemi gerçekleştirir.
- Adım: Kayıtları ve Kayıt Dosyasını Tasarlayın
Kayıtlar ve kayıt dosyası, işlenmekte olan verileri sakladıkları için CPU’nun önemli bir parçasıdır. Kayıt dosyası, IDEU tarafından erişilebilen bir kayıt koleksiyonudur. Kayıt dosyasındaki kayıt sayısı, CPU’nun özel tasarımına bağlıdır.
- Adım: Veri Yolunu Tasarlayın
Veri yolu, gerçek veri işlemeyi gerçekleştiren CPU’nun parçasıdır. ALU (aritmetik ve mantık birimi) ve veri akışını kontrol eden çoklayıcılardan oluşur. ALU, komut setinde belirtilen toplama, çıkarma ve AND gibi aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştirir. Çoklayıcılar, yazmaçlar ve ALU arasındaki veri akışını kontrol eder.
Adım 5: Kontrol Ünitesini Tasarlayın
Kontrol ünitesi, CPU’nun çalışmasını koordine etmekten sorumludur. Talimat hafızasından talimatları alır ve IDEU’ya ve veri yoluna gönderilen kontrol sinyallerini üretir. Ayrıca yazmaçlar, ALU ve bellek arasındaki veri akışını da kontrol eder.
- Adım: Test Et ve Hata Ayıkla
Tasarım tamamlandıktan sonra, düzgün çalıştığından emin olmak için CPU’yu kapsamlı bir şekilde test etmek ve hata ayıklamak önemlidir. Bu, ModelSim gibi simülasyon araçları kullanılarak veya tasarımı donanım üzerinde uygulayarak yapılabilir.
Sıfırdan 8 bitlik bir CPU tasarlamak, bir dijital tasarım mühendisi için zorlu ama ödüllendirici bir proje olabilir.
Bu içerik tamamen ChatGPT DEC 15 V. ile hazırlanmıştır.