【计算机组成与设计学习笔记】（二）

一、Verilog HDL

Verilog HDL(Hardware Description Language)是一种设计硬件电路的语言，由IEEE完成了对其标准化的工作。 Verilog HDL总体来讲带有C语言的风格，是工业界常用的硬件描述语言。——《计算机原理与设计》，李亚民（全文引用的概念都出自此书，不多赘述）

个人感觉，Verilog HDL跟每一种编程语言一样，有自己独特的地方。Verilog HDL作为一种HDL，它语法风格很像C类语言，但是它更如同名字一样，偏重于去描述，而不是像C注重算法实现的过程或者是面向对象的抽象。这或许是因为它除了逻辑设计以外，还有时序设计，所以往往要比一般设计更加复杂，对设计者要求更加谨慎和细心。

二、CMOS

CMOS的全称是Complementary Metal Oxide Semiconductor，意味互补型金属氧化物半导体，由PMOS和NMOS两种晶体管“互补”构成

CMOS晶体管结合了PMOS和NMOS两种晶体管的优点，使得电路更易导通1和0两种状态，物理特性和规格标准这里不作讨论。

在CMOS级别上，我们可以搭建起常见的门级逻辑，如非门、与或门、异或门等。而在我们设计时，我们会经常忽略CMOS这一层级的考虑，因为越低的层级更加繁琐，而且当工程量大了以后，我们也很难顾虑了。用的晶体管的个数，可以在大致程度上衡量这个器件的功耗、面积，从而决定这个器件最后的好坏。

在Verilog HDL里，给出了这一级别设计的一些类型：

supply1 vdd;    //高电平
supply0 gnd;    //低电平
pmos    p1(drain, source, gate);
nmos    n1(drain, source, gate);

而在这个层级上定义了一些CMOS门，代码已经传上CSDNCode里，需要或有兴趣实现的可以参考这里

三、四种风格的Verilog HDL描述

1.晶体管开关级：也就是上述的CMOS级别描述；

2.逻辑门级：在CMOS上搭建的逻辑门，从而实现更高的设计；

3.数据流级：从这一级别开始，设计变得简易。数据流级强调和关注数据的流向、改变，使得信号数据有了连接关系，牵一发而动全身的姿态。

4.功能描述级：更接近自然语言的级别。

四、常用的组合电路

1.多路选择器

2.译码器

这里就不多赘述两者的概念和实现。这两个组合电路可以很简单地实现逻辑门（非、与、或等），从而组成组合电路。

五、时序电路

1.D锁存器

2.D触发器

3.状态机

同样，三者也不多赘述。

状态机是一个很重要的时序逻辑，可以很方便地解决我们一些实际问题，而我们的生活中处处都是一个个状态机，包括我们的投币机、电子防盗门系统等。如果有机会，将进一步学习。

六、实例：3输入CMOS与非门

在这里，以一个3输入CMOS的与非门作为实例。

实现代码：

<verilog HDL>
module cmosnand3 (ina,inb,inc,out);
input ina,inb,inc;
output out;
supply1 vdd;
supply0 gnd;
wire wn1,wn2;
pmos    p1(out,vdd,ina);
pmos    p2(out,vdd,inb);
pmos    p3(out,vdd,inc);
nmos    n1(out,wn1,ina);
nmos    n2(wn1,wn2,inb);
nmos    n3(wn2,gnd,inc);

endmodule
</verilog HDL>

测试代码：

<verilog HDL>
`include "cmosnand3.v"

module cmosnand3_test;
reg ina,inb,inc;
wire out;
cmosnand3 c1(ina,inb,inc,out);
integer i;
initial begin
#0 ina = 0; inb = 0; inc = 0;
$display("\tina\tinb\tinc\tout");
for(i =  0; i < 9; i = i + 1)begin
#1 {ina,inb,inc} = i;
end
#1 $finish;
end
initial begin
$monitor("\t%b\t%b\t%b\t%b",ina,inb,inc,out);
$dumpfile("cmosnand3.vcd");
$dumpvars;
end
endmodule

</verilog HDL>

测试结果截图：