PMC110计算机是借助于FPGA器件开发的一款计算机,它的结构不同于传统的CPU和存储器固定联合结构,而是借助于作者设计的多元动态计算机的PU-MU-CHL结构思想设计的,这种结构思想在片上多处理机CMP设计中,有广阔的发展前景。PMC110计算机的设计将计算机一般的基本理论和方法放在首位,将配合计算机设计教学和单片机嵌入式系统的需求作为基本任务,并力求在计算机设计的思想和方法上有所创新和发展。
PMC110计算机的着眼点集中在计算机的核心部件上,提出了核心计算机的概念,这种概念强调计算机运算器、存储器和控制器的一体性,打破了只强调运算器和控制器在内的,所谓计算机CPU的设计理念。这种PMC110计算机的实际设计制造成功,充分地体现了PU-MU-CHL结构思想的可行性。一般的说,能够执行一系列程序的设备就应该称为计算机,如果程序直接运行在二进制层面上,输入输出都直接用二进制数表示,那么这就是一个核心计算机。核心计算机是一切实用数字电子计算机的基础计算机。
作者不主张计算机的核心设计技术完全照搬国外。照搬照抄国外设计的做法,虽然可以收到一定的市场效果,但从“科技创新”的角度来看,从长远发展的观点来看,从国家安全的角度来看,从世界财富分配的角度来看,我们有必要去研究更加透彻的独立自主的计算机设计方法,彻底掌握完整的计算机设计制造技术,只有这样,我们才能够在计算机制造业中有自己的立足之地。在这方面,“批判地吸收和继承”国外的经验和技术,开创适合中国国情的计算机技术之路,肯定会成为研究计算机设计与制作专家们的共同出发点。
计算机是人类社会巨大的财富,具有强大的能力,是人类科学知识的尖端,是未来人类生活的必需品。因而国外首先提出了“知识产权”的概念,其目的不外乎保护他们已经和正在获得的经济利益,并且将这种权利加以延伸。为了摆脱外国的控制,只有通过自己研究计算机设计与制作技术,才能具有自己的知识产权,才能够从外国的控制阴影中走出来。
研究计算机的设计制作,生产自己设计的计算机,还可以保证国家的安全。在核技术、空间技术和战略战术武器技术领域,乃至国家管理领域,都广泛使用计算机的今天,计算机的重要作用简直都可以和核武器相提并论。谁能保证国外的计算机开发商设计计算机不带有政治色彩?如果想要让设计的计算机成为“间谍”,对设计者来说这并不是困难的事情。
要从根本上解决计算机的设计制造问题,就要从计算机的根基部分,也就是核心计算机的设计开始,这样我们才不会完全重复着外国人的脚步,才能做到“有所发现,有所发明,有所创造,有所前进”.
本书从最简单的PU-MU-CHL结构PMC110计算机入手,详细地介绍了现代计算机设计与前期制作的方法,其内容既可以作为计算机设计的入门教材,也可以作为计算机原理与系统结构课程的实验内容,还可以作为设计研发新的计算机系统的参考资料。让自己设计的计算机能够应用于各种智能产品的核心控制,替代以往的单片机,让自己设计的IP核进入嵌入式系统,一定会感到非常惬意。
在计算机原理与系统结构课程中,很难做到一面教学一面配合教学内容进行设计实践,原因是很难找到与教学内容完全配套的专用设计实验机。作者将完全自己设计制作的PMC110计算机奉献出来,配合教学就是其中的一个目的。PMC110计算机可以为计算机理论和设计技术学习提供全方位地支持。具体地说,它能够真实地表现计算机信息处理的基本形式、指令系统的作用,让读者学会汇编程序的设计、编译方法,掌握程序装填、执行的基本过程,深刻理解管理程序、操作系统、应用程序和用户程序的关系及它们的各自作用,能够掌握虚拟存储的设计技术和方法。
书中第1章介绍了PMC计算机的产生背景及PMC110计算机的特色;第2章介绍了PMC110计算机的使用方法;第3章重点介绍PMC110计算机的汇编语言程序设计和编译方法,介绍了宏汇编和虚拟存储结构的设计方法;第4~7章是加减法计算器、随机存储器、同步阵列乘法器和同步阵列除法器等微指令计算机的设计与下载实验;第8章是PMC计算机设计实例。这一章是本书的核心内容,完整地介绍了整机的设计过程,内容包括整机结构设计,指令集的构想,控制器的设计,系统程序如何设计,输入缓冲区接口设计,连接驱动程序如何设计,程序编译器设计,以及人机交互的频率谐调和按键去抖动的设计方法等。如果想快速进入计算机设计,可先了解第8章内容。
本书主要使用QuartusII的原理图输入方式进行计算机设计,但下载连接等驱动程序还是用Verilog HDL硬件语言描述的,由于这不是本书的中心内容,故以附录的形式在书后介绍,以方便读者能够理解书中的Verilog HDL程序。本书涉及的文档资料请查看PMC110@126.COM邮箱,密码是PMC110.
愿我国的计算机制造业能够快速挤进世界先进国家的行列,有一个飞速的发展!