Wenn Sie sich jemals gefragt haben wie der Unterschied Prozessoren und Erinnerungen die in Ihrem PC entworfen sind, dann interessiert Sie das, weil wir direkt und schnell erklären werden, was der Prozess heute von allen Unternehmen in der Branche verwendet wird, unabhängig von ihrer Größe und ihrer Spezialisierung. Um dies zu tun, werden wir darüber sprechen Verilog und VHDL , die Zwei Hardwarebeschreibung Sprachen und der Prozess der Erstellung, von der Designtabelle bis zu Ihrem PC.
Die Prozessoren und Speicher in Ihrem PC bestehen aus Hunderten von Millionen und sogar Milliarden von Transistoren auf kleinstem Raum, was sie zu einem Überbau bestehen aus anderen Strukturen, die ebenfalls äußerst komplex sind.
Diese Komplexität und die mikroskopische Größe der Prozessoren machen eine Reihe von Werkzeugen erforderlich, mit denen Ingenieure solche Systeme schnell und effizient erstellen können. Hier kommen die Beschreibungssprachen des Prozesses ins Spiel. Hardware.
Hardwarebeschreibungssprachen: Verilog und VHDL
Die am häufigsten verwendeten Sprachen Hardware beschreiben sind VHDL und Verilog , die eine ähnliche Syntax wie die C-Programmierung haben, aber anstatt ein Programm auszuführen, beschreiben sie die Organisation der verschiedenen Teile davon basierend auf miteinander verbundene Module ;; Jedes Modul wird wie folgt beschrieben:
- Eingänge: Dies sind die Dateneingänge, über die das Modul verfügt.
- Der Hauptcode, den dieses Modul mit diesen Eingabeparametern erstellt.
- Die Ausgabe, die die Ausgabedaten des Moduls darstellt.
In Verilog würde der Code beispielsweise wie folgt lauten, um ein logisches UND-Gatter zu beschreiben:
Modul AND_2 (Ausgang Y, Eingang A, B); und (Y, A, B); Endmodul;
Stattdessen werden in VHDL die Module aufgerufen Entitäten:
Einheit undGate is
port (A: in std_logic; B: in std_logic; Y: out std_logic);
Ende undGate;
Architektur undLogik of undGate is
beginnen
Y <= A UND B;
Ende undLogik;
In beiden Fällen wird ein UND-Gatter mit zwei Eingängen (A, B) und einem UND-Ausgang beschrieben.
Dank dieser Hardwarebeschreibungssprachen können Ingenieure Module programmieren, die verschiedene Grundelemente wie Logikgatter darstellen, kombinatorische und sequentielle Schaltungen durchlaufen und durch geschriebenen Code zu äußerst komplexen Systemen führen, sodass selbst Teile, die sich sehr schnell wiederholen, recycelt werden können .
Die Phasen der Hardwareerstellung
Sobald der Verilog- oder VHDL-Code geschrieben wurde, wird er auf seine Funktion getestet Simulator , eine Software, mit der Ingenieure jeden Schritt des Weges überwachen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Hardware mit einer sehr geringen Geschwindigkeit simuliert, da überprüft werden soll, ob der Hardwarebeschreibungscode korrekt geschrieben wurde.
Der nächste Schritt ist der des Emulator , wo nicht alle Hardwareteile in seinem Entwurfsprozess diese Phase durchlaufen, sondern nur diejenigen, die ein Programm ausführen werden. Das Konzept des Emulators ist das gleiche wie das, mit dem wir alte Systeme oder Konsolen auf unseren PCs emulieren. In diesem Fall arbeiten sie jedoch mit einer sehr geringen Geschwindigkeit, wobei das Ziel darin besteht, kleine Auszüge gängiger Software zu testen, um die Leistung zu überprüfen die Architektur und Macht. optimiere es.
Der dritte Schritt besteht darin, den Verilog- oder VHDL-Code an einen oder mehrere miteinander verbundene zu übertragen FPGAs Hier wird die Hardware auf physischer Ebene getestet, um die Kommunikation des zukünftigen Prozessors mit dem Speicher und den externen Peripheriegeräten zu testen, an die sie angeschlossen werden soll. Gleichzeitig können Ingenieure feststellen, ob die Energieverbrauchsspezifikationen den Erwartungen entsprechen.
Diese drei Schritte werden rekursiv ausgeführt, bis ein voll funktionsfähiges Design erreicht ist, und dann wird die Verilog- oder VHDL-Datei an die Gießerei gesendet, damit die Chips vorliegen gedruckt auf Wafern Zu diesem Zeitpunkt werden Qualitäts- und Validierungstests vor der Massenfertigung durchgeführt.
Am Anfang gab es keine Hardwarebeschreibungssprachen
Frühe PC-Prozessor-Designer verfügten nicht über die Werkzeuge von heute, daher mussten sie beispielsweise Hardware auf Papier zeichnen und verwenden Steckbrett , eine Technik zum Vereinheitlichen einfacher elektronischer Schaltungen auf einer Leiterplatte. durch Kabel (wörtlich).
Diese einfacheren elektronischen Schaltungen, die sie beim Breadboarding zur Erstellung komplexerer Chips verwendeten, waren TTL- oder CMOS-Chips, die grundlegende Elemente des Entwurfs von Prozessoren wie Logikgatter, kombinatorische Systeme, sequentielle Systeme, ALUs usw. enthielten. Dies geschah, weil Zu diesem Zeitpunkt gab es noch keine FPGAs, um die Hardware nach der Programmierung über Verilog oder VHDL testen zu können. Daher mussten sie umfangreiche Versionen der von ihnen erstellten Chips erstellen.
Mit zunehmender Dichte der Transistoren wurde es jedoch für einige Leute unmöglich, einen Prozessor zu entwerfen, und nach und nach wurden Hardwarebeschreibungssprachen und programmierbare Logik für den Entwurf neuer Prozessoren wie PAL, PLA, CPLD und im komplexesten Teil FPGAs.