寄存器传输级（寄存器传输级描述）

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时钟门控和电源门控的区别

时钟门控；门控时钟；时钟门控电源门控电源门控；电源门控；功率阈值差异:时钟门控(Clockgating)，“门控”是指一个时钟的逻辑输出由一个时钟信号和另一个非时钟信号组成。例如，利用控制信号和clk，可以控制clk的有效时间。通过关闭芯片及其时钟的暂时不可用的功能，可以节省电流消耗。门控时钟是低功耗设计中最有效的方法之一。门控时钟是同步时序逻辑电路中的一种时间脉冲信号技术，可以降低芯片功耗。门控时钟通过增加额外的逻辑单元和优化电路中的时钟树结构来节省功率。门控时钟逻辑可以通过以下方式添加到设计中:使能信号通过寄存器传输级编程中的条件选择实现，在逻辑综合过程中自动翻译成门控时钟；通过实例化特殊的门控时钟单元，门控时钟被插入到设计中；使用特殊门控时钟工具添加。

数字化设计中结构的描述和特征

结构描述:用组件实例化语句描述电路组件(模块)和引脚连接；RTL(寄存器传输级)描述，又称数据流描述:用并行信号赋值语句描述电路的逻辑表达式或逻辑方程；

行为描述:电路的真值表或状态图由过程语句和过程中的顺序语句描述。

什么是高级水平合成？

高级综合，简称HLS，是指将高级语言描述的逻辑结构自动转换为低级抽象语言描述的电路模型的过程。所谓高级语言，包括C、C++、SystemC等。通常是高度抽象的，通常没有时钟或时序的概念。

相比之下，低级语言如Verilog、VHDL、SystemVerilog等。通常用于描述具有精确时钟周期的寄存器传输级的电路模型，这也是ASIC或FPGA设计中最常用的电路建模和描述方法。

芯片内部结构的全过程

1.系统级

我们以手机为例。整个手机是一个复杂的电路系统。它可以玩游戏，打电话和听音乐。......

其内部结构由多个半导体芯片、电阻、电感和电容组成，称为系统级。(当然，随着技术的发展，把整个系统做在一个芯片上的技术已经出现很多年了——SOC技术)

2.模块级

在整个系统中，分为许多功能模块。有的管理电源，有的负责通讯，有的负责显示，有的负责语音，有的负责整体计算，等等——我们称之为模块级，里面的每个模块都是一个宏大的领域。

3.寄存器传输阶段(RTL)

那么每个模块是由什么组成的呢？以在整个系统中占很大比重的数字电路模块(它负责逻辑运算，它处理的电信号都是离散的0和1)为例。它由寄存器和组合逻辑电路组成。

半导体结构

半导体芯片的内部结构

虽然半导体芯片很小。但是内部结构非常复杂，尤其是它的核心微单元——上千个晶体管。下面详细解释一下半导体芯片集成电路的内部结构。一般来说，用由大到小的结构层次来理解集成电路会更好。

01

系统级

我们以手机为例。整个手机是一个复杂的电路系统。它可以玩游戏，打电话，听音乐和哔哔声。其内部结构由多个半导体芯片、电阻、电感和电容组成，称为系统级。(当然，随着技术的发展，把整个系统做在一个芯片上的技术已经出现很多年了——SOC技术)

02

模块级

在整个系统中，分为许多功能模块。有的管理电源，有的负责通讯，有的负责显示，有的负责语音，有的负责整体计算，等等。我们称之为模块级。里面的每一个模块都是一个宏大的领域，里面充满了无数人类智慧的结晶，支撑着很多公司。

03

寄存器传输阶段(RTL)

那么每个模块是由什么组成的呢？以在整个系统中占很大比重的数字电路模块(它负责逻辑运算，它处理的电信号都是离散的0和1)为例。它由寄存器和组合逻辑电路组成。

寄存器是一种可以暂时存储逻辑值的电路结构，它需要一个时钟信号来控制逻辑值的存储时间。在实际应用中，我们需要一个时钟来测量时间的长短，也需要一个时钟信号来统筹安排电路。时钟信号是周期稳定的矩形波。现实中，每秒钟的运动对我们来说是一个基本的时标，电路中一个周期性的矩形波振荡对他们的世界来说就是一个时标。电路元件相应地动作，并根据这个时标履行它们的义务。

什么是组合逻辑？它是许多“与”或“与非”逻辑门的组合。例如，两个串联的灯泡，每个都有一个开关，只有当两个开关都打开时才会亮起。这叫与逻辑。

一个复杂的功能模块由许多寄存器和组合逻辑组成。这个阶段称为寄存器传输阶段。

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门水平

寄存器传输级中的寄存器实际上由与或或非逻辑组成。如果再细分为AND、OR和NOR逻辑，就会达到门级(它们就像一扇门，阻挡/允许电信号进出，因此得名)。

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晶体管级

无论是数字电路还是模拟电路，底层都是晶体管级别。所有逻辑门(与、或、非、与非、或非、异或、异或等。)由晶体管组成。所以从宏观到微观，集成电路到底层，其实就是晶体管和连接它们的导体。

11个特殊寄存器是什么？

1.数据寄存器

数据寄存器主要用于存储操作数和运算结果等信息，从而节省了读取操作数时占用总线和访问存储器所需的时间。

2.变址寄存器

32位CPU有两个32位通用寄存器ESI和EDI。它的低16位对应的是之前CPU中的SI和DI，对低16位数据的访问不会影响高16位数据。

3.指针式仪表

32位CPU有两个32位通用寄存器EBP和ESP。它的低16位对应于前一个CPU中的SBP和SP，对低16位数据的访问不会影响高16位数据。

4.分段寄存器

根据内存分段的管理模式。存储单元的物理地址由段寄存器的值和偏移量组成，这样就可以将两个位数较少的值组合成一个存储地址，可以访问更大的物理空。

5.指令指针寄存器

32位CPU将指令指针扩展到32位，并将其记录为EIP。EIP的低16位与先前CPU中的IP具有相同的功能。指令指针EIP和IP(指令指针)是存储下次要执行的指令的代码段中的偏移量。

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扩展数据

寄存器是CPU中重要的数据存储资源，用来临时存储数据和地址。它是汇编程序员可以直接使用的硬件资源之一。因为寄存器的访问速度比内存快，所以用汇编语言写程序时要充分利用寄存器的存储功能。

寄存器一般用于存储程序的中间结果，并为后续指令快速提供操作数，从而避免了先将中间结果存储在内存中再读取内存的操作。在高级语言(如C/C++)中，变量也被定义为寄存器类型，这是一种提高寄存器利用率的可行方法。

此外，由于寄存器的数量和容量有限，不可能将所有的中间结果都存储在寄存器中，所以要对寄存器进行适当的调度。根据指令的要求，如何安排合适的寄存器，避免过多操作数的转移操作，是一项细致而周密的工作。

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