使用VHDL，采用层次化，模块化的方式来设计整个系统。由讨论的内容知道CPU作为最外层模块(记做MAIN)，它包含了ALU，EU，BIU和寄存器组，还有指令队列，地址加法器。EU的实现为ECC(execute control circuit)，BIU的实现为IOCC(I/O control circuit)，指令队列的实现为FIFO(first in first out)即队列，其中地址加法器包含在IOCC 中。为了验证CPU，设计了TOP模块，RAM，ROM，AL模块，用于测试MAIN模块，相当于用这些模块组建了一个简单的电脑主板。AL模块的作用是 ：地址锁存。由于8086采用的是数据和地址复用总线，所以总线上不能同时出现数据和地址信号。当出现数据信号是，地址信号已经消失了，所以在把存储器模块需要的地址和数据信号传给存储器模块时 ，要对地址信号进行锁存 ，同时锁存的还有BHE信号(bus highenable)。BHE用来控制对于字节还是字的读写操作。程序的接口如下：

library ieee；

use ieee.std_logic_1164.all；

entity Al isport(AlAddrIn：in std_logic_vector(19 downto 0)；

AlAddrOut：out std_logic_vector(19 downto 0)；

AlBhebin：in std_logic；

AlBhebOut：out std_logic；

Alls：in std_logic；

Alle：in std_logic)；

end Al；

CPU的作用抽象地说，其实就是数据处理，所以从这个角度来说，ALU是整个CPU的核心，虽然它不是最复杂的部件。ALU完成运算功能，运算包括算数运算和逻辑运算。算数运算包括加法和减法操作。逻辑运算包括AND， OR，NOT，XOR。这些基本上都是二元操作符，所以ALU的接口需要定义两个参与运算的操作数(ALUP1 和 ALUP2)，同还要定义进行的是何种操作(ALUOP)以区分不同的操作。8086是16位的CPU，但处于兼容地考虑，同时也实现了8位的指令，所以我们要在实现中定义接口信号ALUBYTE来区分进行的是字节还是字操作。在8086中有带进位的加法操作，所以在接口中要有CARRY信号的输入(即 ALUCI信号)。其他还包含的信号有：ALURES， ALUC， ALUZ等，程序接口如下：

LIBRARY IEEE；

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；

ENTITY Alu ISPORT(AluP1：IN STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)；

AluP2：IN STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)；

AluOp：IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)；

AluByte：IN STD_LOGIC；

AluCi：IN STD_LOGIC；

AluA：OUT STD_LOGIC；

AluC：OUT STD_LOGIC；

AluO：OUT STD_LOGIC；

AluP：OUT STD_LOGIC；

AluS：OUT STD_LOGIC；

AluZ：OUT STD_LOGIC；

AluRes：OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0))；

END Alu；

IOCC模块负责与存储器，I/O端口之间传送数据。在最小模式下，要负责产生相应的读写时序图。在实现读写时序时，一些信号需要在一个时钟周期内不同的时刻改变，所以需要延时。在仿真的时候，可以使用AFTER语句进行延时，但 AFTER语句是不可综合的，这里采用双时钟的方法，低频的时钟信号作为总线周期的时钟，高频的时钟信号用作计数 ，这样在不同的计数时刻就可以改变要改变的信号。

ECC出于简单考虑采用直接组合电路的方式进行译码，采用状态机的方式，根据不同指令功能 ，产生控制信号 ，在时钟的控制下，执行相应的动作，给出一段小的程序进行测试：

MOV AX，1000

MOV CX，2000

INC AX

XCHG AX，CX

ADD AX，CX

唐茜茜 ， 刘衡竹 ， 郭海勇 ．65nm工艺下32位PC加法器的设计与应用 ：微处理器技术论坛 ， 2011

吴俊达 ， 吴秀龙 ．基于VHDL实现8086 IP核的设计 ：电脑知识与技术 ， 2008 , 4 (31) ：969-970

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