VHDL ile Arithmetik Birimleri Tasarımı

Adı : VHDL ile Arithmetik Birimleri Tasarımı

Giriş
Arithmetik birimler, modern mikroişlemcilerde bulunan en temel elemanlardan biridir. Bu birimler, matematiksel işlemler için kullanılır ve hızlı hafıza erişimi, gömülü bellek ve yoğun işlem gücü sunar.
VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language), gelişmiş bir donanım tanımlama dili olup, arithmetik birimlerin tasarlanmasında popüler bir araçtır. Bu yazıda, VHDL ile arithmetik birimleri tasarlamak üzerinde durulacaktır.
Nasıl Tasarlanır?
Arithmetik birimler, daha temel işlemlerden oluşur:
- İşlemci: Verilerin işlendiği ana birimdir.
- Kontrol birimi: İşlem ve veri işleme kontrolü sağlar.
- Hafıza: Geçici veya kalıcı verilerin saklandığı birimdir.
- Giriş çıkış birimi: Veri okuma ve yazma işlemlerini sağlar.
Arithmetik birimi tasarımı, bu birimlerin yanı sıra, farklı aritmetik işlemleri yapmak için tasarlanmış farklı elemanları da içerir. Bununla birlikte, tasarım süreci aşağıdaki tasarım adımlarını içermelidir:
1. Arithmetik birimi ihtiyacını belirleme:
İlk adım, tasarım ihtiyacını belirlemektir. Tasarımda hangi aritmetik işlemler yapılacak? Sınırlar nasıl belirlenecek?
2. Tasarım gereksinimlerini belirleme:
Tasarım ihtiyacını belirledikten sonra, hangi gereksinimlerin tasarım için gerekliliği belirlenir. Bu adım, doğru bir tasarım için gereken işlem adımlarını, hafıza büyüklüklerini ve giriş çıkış birimlerini de belirleyecektir.
3. Tasarım mimarisi belirleme:
Tasarım gereksinimleri belirlendikten sonra, tasarım mimarisi belirlenir. Bu adım, tasarım için gerekli olan aritmetik birimlerin tasarımını içerir.
4. Düzgün birim tasarımı:
Tasarım gereksinimleri belirlendikten ve tasarım mimarisi hazırlandıktan sonra, tasarımın aritmetik birimleri ile desteklenmesi gerekir. Bu, doğru hafıza boyutları oluşturma ve fazla kullanılmayan bağlantılar gibi benzer konuların değerlendirilmesini içerir.
5. Tasarım ve uygulama:
Tasarım, VHDL veya benzeri bir dille kodlanır ve ardından bir çip üzerine uygulanır. Bu aşama, tasarımın doğru bir şekilde kodlanmasını ve çalıştırılmasını sağlamalıdır.
Örnekler
1. Basit bir çıkarma birimi tasarımı:
Bu örnekte, VHDL kullanılarak basit bir çıkarma birimi tasarımı ele alınmıştır. Tasarım, iki integer değerin çıkarılmasını içerir. Tasarım gereksinimleri ve özellikleri aşağıdaki şekilde belirlenir:
- Tasarımın iki tane girişi vardır.
- Tasarım, iki integer değerini kıyaslar ve birincisinden ikincisini çıkarır.
- Tasarım, iki tane integer değerini tutmak için iki hafıza kullanır.
Ardından, VHDL kullanılarak tasarım kodlanır.
----------------------------------------------------------------------------------------
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity SUBTRACTOR is
Port (A, B : in integer_range);
Port (C : out integer_range);
end SUBTRACTOR;
architecture BEHAVIORAL of SUBTRACTOR is
begin
C <= A - B;
end BEHAVIORAL;
------------------------------------------------------------------------------------------
Bu kod, basit bir çıkarma birimi için VHDL tanımlamasını gösterir. Bu birim, iki integer değerini kıyaslar ve ilk sayıdan ikincisini çıkararak bir sonuç üretir.
2. Basit bir çarpma birimi tasarımı:
Bu örnekte, VHDL kullanılarak temel bir çarpma birimi tasarımı ele alınmıştır. Tasarım, iki integer değerin çarpılmasını içerir. Tasarım gereksinimleri ve özellikleri aşağıdaki şekilde belirlenir:
- Tasarımın iki tane girişi vardır.
- Tasarım, iki integer değerini çarpar ve sonucu 8-bit tamsayı olarak tutar.
- Tasarım, tek bir hafızayı kullanır.
Ardından, VHDL kullanılarak tasarım kodlanır.
----------------------------------------------------------------------------------------
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity MULTIPLIER is
Port (A, B : in integer_range);
Port (C : out std_logic_vector(7 downto 0));
end MULTIPLIER;
architecture BEHAVIORAL of MULTIPLIER is
signal temp : integer_range;
begin
temp <= A * B;
C <= std_logic_vector(to_unsigned(temp, 8));
end BEHAVIORAL;
------------------------------------------------------------------------------------------
Bu kod, basit bir çarpma birimi için VHDL tanımlamasını gösterir. Bu tasarım, iki sayıyı çarpar ve sonucu 8-bit tamsayı olarak tutar.
Sık Sorulan Sorular
1. VHDL, arithmetik birimlerin tasarımında ne kadar kullanılıyor?
VHDL, bugün arithmetik birimlerin tasarımında popüler bir araçtır. Doğru olarak kullanılırsa, tasarım sürecini kolaylaştırabilir ve tasarım hatası riskini azaltabilir.
2. Arithmetik birimlerin tasarımı, hangi adımları içerir?
Arithmetik birimlerin tasarımı dört adımı içerir: tasarım ihtiyacının belirlenmesi, tasarım gereksinimlerinin belirlenmesi, tasarım mimarisinin belirlenmesi ve düzgün birim tasarımı.
3. Hangi aritmetik birimleri VHDL kullanarak tasarlayabilirsiniz?
En yaygın olarak kullanılan aritmetik birimler, çıkarma, çarpma, bölme ve toplama birimleridir. Ancak, VHDL, diğer aritmetik işlemler için de kullanılabilir ve tasarlanabilir.
4. VHDL, arithmetik birimi tasarımı için kolay bir araç mıdır?
Evet, VHDL, arithmetik birimi tasarımı için kolay bir araçtır. Ancak, tasarım süreci dikkatli bir şekilde ele alınmalı ve doğru bir şekilde uygulanmalıdır.