计算机组成原理

8位寄存器 WE : Write Enable 写入使能 (1 bit) OE : Output Enable 输出使能 (1 bit) Din : Data in 数据输入 (8 bit) clock : 时钟 Dout : Data out 数据输出 (8 bit) Stored data : 方便调试使用，实际上是没有的 (8 bit) 驱动器 : 相当于一个继电器开关 (8 bit) 4位寄存器   与8位寄存器完全一致，只需要将Din、Dout、Stored data和驱动器改为4位即可 ALU模块   下面搭建的是只含加法的ALU模块 RegA : 操作数1 (8位) RegB : 操作数2 (8位) OE : Output Enable 输出使能 (1 bit) Dout : Data out 数据输输出 (8 bit) carry : carray (1 bit) ALU Result : 方便调试使用，实际上是没有的 (8 bit) 驱动器 : 相当于一个继电器开关 (8 bit) CPU总架构   下图是一个CPU的简易架构图 手动计算 自动计算 ...

1个地址的内存单元   先写入数据1，然后再读取，其中原件说明如下所示： ld : load，用于读取数据也有命名为OE(output enable) str : store，用于写入数据也有命名为WE(write enable) Din : data in，数据输入 row和column : 地址的行列，要读写数据必须选中这个地址 三角形元件 : 驱动器，类似于继电器其上面的输入为开关决定了驱动器两端是否导通 下拉电阻 : 默认驱动器为断开状态，输出Dout为悬空高阻态，为防止被干扰通过接下拉电阻明确默认情况下这段位低电平 16个地址的内存单元   其中往0000和1111地址写入数据1，并进行读取，效果如下所示：   上述示例中，使用到的元件有： 1位内存单元 分裂器(4→2,2) 解码器(选择为2位) 隧道(用于网络号连接的元件，方便连线)

时钟   时钟信号就是周期性的高低电平变化的信号。我们可以用两个普通的寄存器加上一个非门，组成一个带有边缘触发的寄存器。在按钮按下的一瞬间，电压从低电平到高电平的一瞬间，Din的数据被存储起来。   CPU需要clock来同步内部操作，如执行指令、进行数据传输等。Clock提供了精确的时间控制，确保每个内部操作在正确的顺序与速度内执行，从而确保CPU的正常工作。另外，Clock还与CPU的频率相关，通过控制Clock频率，可以控制CPU的速度。 简介   时钟（clock） 是一种用于同步系统中各个组件的信号源，它为计算机中的所有操作提供时间基准。时钟的概念贯穿于计算机系统的各个层面，主要有以下几个方面： 时钟周期与频率： 时钟周期（clock cycle）是时钟信号从一个上升沿（或下降沿）到下一个上升沿所经历的时间。通常以纳秒（ns）为单位。 时钟频率（clock frequency）是每秒钟时钟信号的振荡次数，单位是赫兹（Hz）。1GHz = 10^9 Hz，表示每秒有十亿次振荡或周期。 频率越高，处理器能够在相同时间内处理的指令数量通常也越多，计算机的运行速度也就越快。 ...

简介   寄存器（Register）是计算机处理器（CPU）中一小块高速存储器，用于暂时存储数据、指令或其他信息。寄存器是计算机处理器内部最重要的组成部分之一，因为它们比主存（如RAM）快得多，能够在处理数据时提供极高的访问速度。 作用 临时存储 ：寄存器用于临时存储在运算过程中需要的数据。例如，在加法运算中，操作数通常会先存储到寄存器中，然后由ALU执行运算。 指令执行 ：CPU在执行指令时，寄存器会存储操作数、地址以及指令的结果，方便CPU快速访问和处理。 快速存取 ：寄存器的访问速度远远高于主存，因此能大大提高处理器的整体效率。 常见的寄存器   在CPU中有不同类型的寄存器，每种寄存器用于不同的目的。以下是一些常见的寄存器类型： 数据寄存器（Data Registers） 用于存储临时的数据和操作数，例如在加减法等运算过程中使用的操作数。 例子：x86架构中的EAX、EBX、ECX、EDX等。 地址寄存器（Address Registers） 用于存储数据或指令在内存中的地址。常用于内存寻址操作。 例子：x86架构中的EBP（基址指针寄存器）、ESP（堆栈指针寄 ...

锁存器   锁存器（Latch）是一种基本的数字电路元件，用于存储单个位的信息。它是一个双稳态电路，可以在两种状态之间保持，直到输入信号发生变化。锁存器常用于存储数据、控制信号或在时序电路中。   与门可以存储下来0，或门可以存储下来1，我们把与门和或门进行一个组合，就能做出来第一个有用的电路结构。 Din : data in 数据输入 WE : write enable 当WE位高电平的时候，Din的数据可以被存储起来 当WE位低电平的时候，out值不发生变化 工作原理   锁存器通常有两个输入（如数据输入和使能输入）和一个输出。它的工作原理可以分为以下几步： 使能状态 ：当使能信号（通常称为“Enable”或“Clock”）为高电平时，锁存器可以接收输入信号，并将其存储。 数据保持状态 ：一旦使能信号变为低电平，锁存器将保持当前状态，即锁存器的输出将保持最后一次有效输入的值，直到再次接收到有效输入。 锁存器的类型   常见的锁存器有以下几种： SR锁存器（Set-Reset Latch）： 具有两个输入：Set（S）和 Reset（R）。 当 S 为高时，输出 ...

简介   补码（Two’s complement）是用于表示有符号整数的一种编码方式。在计算机系统中，补码是负数的常见表示方法。它的优点是可以用同样的硬件电路同时进行加法和减法运算，简化了硬件设计。 补码的计算方式 正数的补码   正数的补码与其二进制原码相同。 例如，对于5 5的二进制原码是00000101 正数的补码等于其原码，所以5的补码就是00000101 负数的补码   负数的补码可以通过以下两步得到： 先将该数的绝对值表示为二进制原码。 然后将二进制按位取反，再加1，得到补码。 例如，对于-5 先计算5的二进制原码，得到00000101。 然后按位取反，得到11111010。 最后加1，得到11111011，这就是-5的补码表示。 补码的优点 加减法统一 ：使用补码可以让计算机统一使用加法电路来处理加法和减法。 唯一零表示 ：补码系统中，0有唯一的表示，不像一些其他编码系统中有正负0之分。 溢出判断方便 ：补码系统中可以方便地判断运算的溢出。

简介   ALU(Arithmetic Logic Unit)是计算机CPU中的算术逻辑单元，它负责处理计算机中的数学运算和逻辑运算。它可以执行基本的算术运算(加减乘除)和逻辑运算(与或非)，并且根据运算结果产生相应的输出。ALU是CPU中最重要的部分之一，负责实现计算机的基本运算功能， 半加器   半加器，只能完成一半功能的加法器，这里说的一半功能就是他不能接收到进位，思考一下两个1位的二进制相加： 0 + 0 = 0 进位是0 1 + 0 = 1 进位是0 0 + 1 = 1 进位是0 1 + 1 = 0 进位是1   通过分析得知我们的和相当于异或门(相同为0，不同为1)；进位相当于与门(同1为1) 真值表 A(输入) B(输入) SUM(输出) Carry(进位) 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 Digital仿真电路 全加器   如果一个加法器能接收进位，还能完成加法，那他就是一个全加器，一个全加器由两个半加器组合而成。 真值表 A(输入) B(输入) C(输入) SUM(输出) Carry( ...

新建嘉立创EDA项目 打开并登录嘉立创个人工作区 点击“新建工程” 完善工程信息 编辑器打开工程，进行原理图的绘制 元件选取 继电器 ： C35449 按钮 ： C83206 LED : C3097768 电阻 : C714232 电源接头 : C8404 绘制原理图 放置元件 点击“放置”菜单，再点击“符号”菜单，打开元件库弹窗 搜索关键字或元件编号，选择对应的元件即可 原理图 制作PCD 点击“设计”菜单，选择“原理图转PCB”菜单 通过布局传递可以在PCB上准确的定位原理图上的元件；在原理图框选需要的元件，点击“工具”菜单，再点击“布局传递”菜单就可以在PCB上准确的定位原理图正框选的元件 将原件全部排放整齐进行连线，在“设计管理器”中将所有非GND的线进行连接好，GND通过铺铜的方式（未连接的线网络非飘红，可取消勾选GND先将其他线连接好） 添加丝印 铺铜，点击铺铜工具，绘制矩形包围整个PCB板(可绘制在外面大于板子的范围)，点击绘制的铺铜矩形可编辑铺铜样式（选择45°铺铜个人感觉更好看而已） PCB最终效果 2D预览效果 3D预览效果 ...

元件说明   以下电路用到的元件包括：   这些元件都可以在组件菜单的“输入输出”、“导线”、“开关”中找到。 框选元件可复制粘贴操作 元件右键可进行添加标签或旋转等操作 与门电路   与门（AND Gate）是数字电路中最基本的逻辑门之一。它执行逻辑与（AND）运算。与门通常有两个或多个输入和一个输出，其工作原理是： 当且仅当所有输入信号均为1时，输出为1。 如果有任何一个输入为0，输出为0。 与门真值表 输入A 输入B 输出Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1   与门的符号： 在电路图中，AND门通常表示为一个D形状的符号，两侧是输入，右侧是输出。   与门广泛应用于各种逻辑运算和计算设备中，如计算机处理器、加法器和控制电路等。 或门电路   或门（OR Gate）是数字电路中另一种基本逻辑门，它执行逻辑或（OR）运算。与门相反，或门在至少有一个输入为1时，输出为1。如果所有输入都是0，输出才会是0。 当任意一个或多个输入为1时，输出为1。 当所有输入均为0时，输出为0。 或门真值表 输入A 输入B 输出 ...

Java环境安装   电路仿真软件Digital是一款用于设计和仿真数字逻辑电路的工具。它可以帮助用户创建、测试和调试各种数字电路，提供可视化的电路编辑环境，使得设计过程更加直观和便捷。   Digital软件是使用Java语言编写的，所以运行时需要有Java环境 Digital安装   首先打开官方网站，这款软件目前已经被开源到了GitHub上，点击链接。 Digital配置   由于Digital的默认配色不好看，可通过菜单（“编辑”→“设置”→“颜色方案”）进行修改。