[科普中国]-硬件编程

概述

控制器对数据处理器的控制过程可以写成硬件程序，即硬件描述语言。把硬件程序作为从算法转换到状态转换表的一个中间步骤。通过对硬件编程语言的学习，也可加深对计算、检验步骤的理解。控制器处在一个状态，即一个计算步骤，向数据处理器发出命令信号，命令数据处理器完成相应的操作，并根据数据处理器返回的状态变量，决定控制器的下一个状态，即下一个计算步骤。既然控制器的工作可用硬件描述语言表示，那么控制器的状态转换表的内容应与语言的内容相一致。程序中的语句应适应控制器的状态。语句既包含控制器发出的命令信号，还包含根据状态变量决定的次态信息。1

硬件语句硬件程序像任何程序一样，是由语句序列组成的。为了编写这些语句，必须建立正式的词法规律和语句习惯。这些规律和习惯应尽可能地简单易懂，并与状态转换表密切相关。程序中可能有许多语句，通常必须访问其中的某个语句，为此应对语句做标记。标记是语句的一个成分。它由1～7个字母和数字组成，第一个符号是字母。泛指一个标记时，用角形括号将标记的元素括上，即“(标记)”。控制器的输入是外输入和状态变量。为了简便起见，今后把外输入看做是状态变量的元素，不再单独考虑。状态变量可能是多位变量、、…、，它的取值为、、…、，也可用助记符号表示它们。例如，状态变量S包含三个变量、和，其中：，，；

即时，；时，；时，。在编程中，是否使用助记符号由编程者自己决定。

控制器的输出信号T命令数据处理器执行特定的操作，通常用助记符号表示T，如NOP、CLR、ADD、SUB等。其目的是便于记忆或联想数据处理器执行的操作。

任何编程语言都在程序的适当点加入注释，对语句做附加说明。“(注释)”为文字说明，不起程序作用。它紧跟在符号“/*”之后，例如：

/*THIS A COMMENT

/*COMPUTE THE MAGNITUDE OF X

“”也可用中文书写，它只起解释和说明的作用，便于编程者记忆程序和语句的作用。

状态转换表规定控制器的次态和输出，所以一个语句应提供下列信息：实现这个语句应完成的操作；确定该实现的下一个语句。一个简单语句由下列成分构成：

语句的第一个部分是语句的符号名称。标记部分的定义是：

：：= (标记> ：| 空项

“：：=”指明左侧的量由右侧的量定义。上式意味着，“”不是“：”就是空项(无标记)。符号“|”指明它两边的量中的任何一个都可表示“”。

语句的第二部分是操作部分，其定义为

=

这表明，操作部分是用助记符号表示的控制信号。

语句的第三部分是下一个语句。它提供的是控制器的次态信息，其定义为：

：：= | 空项

这是语句的地址部分。如果“(下一个语句>”用“(标记)”表示，那么下一个要执行的是由“”命名的语句；如果是空项，那么下一个要执行的是语句序列中的下一个语句。

简单语句的最后一部分是注释部分，其定义为：

：：= | 空项

任何一个语句都可能有一个附加的注释，用来表明程序中语句的目的或者设计者附加的说明。1

复合语句写硬件程序时，常把一个语句序列看做是一个单个语句，这样的语句序列称为复合语句，其定义为：

：：={

...

}

定义指明，“(复合语句>”是由许多语句构成的，“{”表示复合语句的起点，“}”表示复合语句的终点。复合语句中的语句也可能是条件语句或是复合语句。它们是按次序执行的，只是最后一个语句在下一个语句位置写有语句标记。例如：

0UT：{DISP /*显示结果

{INC A /*复合语句中的复合语句

lNC B

INC C}

DEC

CLR NEW} /*下一个语句是NEW1

条件语句条件语句的定义为：

:： IF

{

[SA]

...

[SL]

DEFAULT

}

大括号内的所有语句都是条件语句主体内的语句。如状态变量取值SA，那么执行[SA]语句；如果状态变量的取值不在SA～SL之内，那么执行DEFAULT语句。如语句中无DEFAULT值，那么条件语句是不操作语句，下一个要执行的语句是跟随条件语句之后的语句。1