คอมพิวเตอร์ 8BIT: 8 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-13 06:58

ในการจำลองนี้ คุณต้องมีซอฟต์แวร์ที่เรียกว่า LOGISIM ซึ่งเป็นโปรแกรมจำลองดิจิทัลน้ำหนักเบามาก (6MB) ซึ่งจะนำคุณผ่านทุกขั้นตอนและเคล็ดลับที่คุณต้องปฏิบัติตามเพื่อให้ได้ผลลัพธ์สุดท้าย และระหว่างทางเราจะเรียนรู้วิธี คอมพิวเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยการสร้างภาษาแอสเซมบลีแบบกำหนดเองใหม่ของเราเอง!!!.

การออกแบบนี้ใช้สถาปัตยกรรม Von Neumann ซึ่งใช้หน่วยความจำเดียวกันสำหรับทั้งข้อมูลคำสั่งและข้อมูลโปรแกรม และ BUS เดียวกันจะใช้สำหรับการถ่ายโอนข้อมูลและการโอนที่อยู่

ขั้นตอนที่ 1: มาเริ่มสร้างโมดูลกันเถอะ

คอมพิวเตอร์ 8 บิตทั้งหมดนั้นซับซ้อนในการทำความเข้าใจและสร้าง ดังนั้นเรามาแบ่งเป็นโมดูลต่างๆ กัน

ในบรรดาโมดูลทั่วไปทั้งหมดคือรีจิสเตอร์ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของวงจรดิจิทัล

LOGISIM นั้นเป็นมิตรกับผู้ใช้มาก มันมีโมดูลส่วนใหญ่ที่กล่าวถึงด้านล่างในไลบรารีในตัวอยู่แล้ว

โมดูลคือ:

1. ALU

2. ทะเบียนวัตถุประสงค์ทั่วไป

3. บัส

4. แรม

5. การลงทะเบียนที่อยู่หน่วยความจำ (MAR)

6. ทะเบียนคำสั่ง (IR)

7. เคาน์เตอร์

8. แสดงและแสดงทะเบียน

9. ตรรกะการควบคุม

10. ตัวควบคุมลอจิกควบคุม

ความท้าทายคือการทำให้โมดูลเหล่านี้เชื่อมต่อซึ่งกันและกันโดยใช้ BUS ทั่วไปในช่วงเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยเฉพาะ จากนั้นจึงดำเนินการชุดคำสั่งได้ เช่น เลขคณิต ตรรกะ

ขั้นตอนที่ 2: ALU (หน่วยเลขคณิตและตรรกะ)

ขั้นแรกเราต้องสร้างไลบรารีแบบกำหนดเองที่เรียกว่า ALU เพื่อให้เราสามารถเพิ่มลงในวงจรหลักของเราได้ (คอมพิวเตอร์ที่สมบูรณ์พร้อมโมดูลทั้งหมด)

ในการสร้างไลบรารี่ ให้เริ่มด้วย schmatics ปกติที่แสดงในขั้นตอนนี้โดยใช้ adder, subtractor, multiplier, divider และ MUX ในตัว บันทึก! และทั้งหมดนั้น!!!

ดังนั้นเมื่อคุณต้องการ ALU สิ่งที่คุณต้องทำคือไปที่ project>load library>logisim library ค้นหาไฟล์ ALU.circ ของคุณ เมื่อทำแผนผังเสร็จแล้ว ให้คลิกไอคอนที่มุมซ้ายบนเพื่อสร้างสัญลักษณ์สำหรับแผนผัง ALU

คุณต้องทำตามขั้นตอนเหล่านี้สำหรับโมดูลทั้งหมดที่คุณสร้าง เพื่อให้เราสามารถใช้งานได้อย่างง่ายดายในตอนท้าย

ALU เป็นหัวใจสำคัญของโปรเซสเซอร์ทั้งหมด เนื่องจากชื่อนี้บ่งบอกว่าทำหน้าที่ประมวลผลทางคณิตศาสตร์และตรรกะทั้งหมด

ALU ของเราสามารถทำการบวก ลบ คูณ หาร (สามารถอัพเกรดเพื่อดำเนินการเชิงตรรกะ)

โหมดการทำงานจะถูกกำหนดโดยค่าการเลือก 4 บิตดังนี้

0101 สำหรับการเพิ่มเติม

0110 สำหรับการลบ

0111 สำหรับการคูณ

1,000 สำหรับดิวิชั่น

โมดูลที่ใช้ใน ALU มีอยู่แล้วในไลบรารี LOGISIM ในตัว

หมายเหตุ: ผลลัพธ์จะไม่ถูกเก็บไว้ใน ALU ดังนั้นเราจึงต้องมีการลงทะเบียนภายนอก

ขั้นตอนที่ 3: การลงทะเบียนวัตถุประสงค์ทั่วไป (Reg A, B, C, D, Display Reg)

รีจิสเตอร์นั้นเป็นจำนวน n ของ flipflops เพื่อจัดเก็บไบต์หรือประเภทข้อมูลที่สูงกว่า

ให้ทำการลงทะเบียนโดยจัดเรียง D-flipflop จำนวน 8 ตัวตามภาพ แล้วสร้างสัญลักษณ์ให้กับมันด้วย

Reg A และ Reg B เชื่อมต่อโดยตรงกับ ALU เป็นตัวถูกดำเนินการสองตัว แต่ Reg C, D และ display Register แยกจากกัน

ขั้นตอนที่ 4: RAM

RAM ของเรามีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่มีบทบาทสำคัญมาก เนื่องจากเก็บข้อมูลโปรแกรมและข้อมูลคำสั่ง เนื่องจากมีขนาดเพียง 16 ไบต์ เราจึงต้องเก็บข้อมูลคำสั่ง (รหัส) ไว้ที่จุดเริ่มต้นและข้อมูลโปรแกรม (ตัวแปร) ใน ไบต์ที่เหลือ

LOGISIM มีบล็อกในตัวสำหรับ RAM ดังนั้นให้รวมไว้

RAM เก็บข้อมูล ที่อยู่ที่จำเป็นสำหรับการรันโปรแกรมแอสเซมบลีแบบกำหนดเอง

ขั้นตอนที่ 5: การลงทะเบียนคำสั่งและการลงทะเบียนที่อยู่หน่วยความจำ

โดยพื้นฐานแล้ว รีจิสเตอร์เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ เก็บที่อยู่และข้อมูลก่อนหน้าไว้ในนั้น และเอาต์พุตเมื่อจำเป็นสำหรับ RAM

ขั้นตอนที่ 6: นาฬิกา Prescalar

โมดูลนี้มีความจำเป็น ซึ่งจะแบ่งความเร็วสัญญาณนาฬิกาด้วย Prescaler ส่งผลให้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาลดลง

ขั้นตอนที่ 7: ลอจิกควบคุม ROM

และส่วนที่สำคัญที่สุด คือ Control Logic และ ROM, ROM ในที่นี้ เป็นการแทนที่ตรรกะแบบมีสายของตรรกะการควบคุม

และโมดูลข้างๆ เป็นไดรเวอร์ที่สร้างขึ้นเองสำหรับ ROM สำหรับสถาปัตยกรรมนี้เท่านั้น

ขั้นตอนที่ 8: แสดง

นี่คือที่ที่เอาต์พุตจะถูกแสดง และผลลัพธ์ยังสามารถจัดเก็บในการลงทะเบียนบนหน้าจอได้อีกด้วย

รับไฟล์ที่จำเป็นจากที่นี่