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改造1-使用2进制导线改造2根据整体流程开始改造指令分析指令MOV_A的开关2进制表格手动时钟gif自动时钟gif
根据之前的CPU内部结构改造,制造一个cpu控制单元
改造一
之前的CPU全由手动开关自己控制,极度繁琐,而开关能跟二进制一一对应, 开:1, 关:0图1是之前的, …CPU的自动化
改造1-使用2进制导线改造2根据整体流程开始改造指令分析指令MOV_A的开关2进制表格手动时钟gif自动时钟gif
根据之前的CPU内部结构改造,制造一个cpu控制单元
改造一
之前的CPU全由手动开关自己控制,极度繁琐,而开关能跟二进制一一对应, 开:1, 关:0图1是之前的, 图2是改造后的,图3是改造后的近景图把之前 WE,OE开关 全部替换成 能用二进制控制的导线近景图可以看到改造后的WE,OE使用的导线都被编号了例如: PC的WE:1号,OE:0号, 指令寄存器的WE:2号,OE:3号与左边的二进制开关编号一一对应这样,假设 PC给内存地址寄存器传值的话,也就是开启PC的OE,开启内存地址寄存器的WE,只需要在二进制开关上的第9位,和第0位 置1即可效果图4: 模拟PC给内存地址寄存器传值
图1 之前的 图2 改造后的 图3 近景图 图4 模拟PC计数器 给 内存地址寄存器传值 改造二: 上述的改造还需要手动输入二进制,才能实现自动化,因此继续改造 根据之前写的整体流程,这里复制过来一份: 需要把这些流程全部替换成二进制(控制他们的开关) 0.step 0 , PC 清空状态(把其他开关全关了) 打开PC OE, 打开 内存地址寄存器 WE PC 输出位置(2位) 到 内存地址寄存器 清空状态 打开 PC WE, PC自身加1 (永远指向下一条位置) 1.step 1,内存地址寄存器传送地址,内存缓存寄存器获取数据 清空状态 打开 内存地址寄存器 OE, 打开 内存缓存寄存器 WE, 打开 内存 OE 通过 内存地址寄存器 传输地址到内存 内存收到的地址把此地址的一个字节(二进制不分[数据,指令])通过外部数据总线 传输到 内存缓存寄存器 2.step 2, 内存缓存寄存器把数据传送到指令寄存器 清空状态 打开内存缓存寄存器OE,打开指令寄存器WE,时钟一吼,立即传送到位 3.step 3,指令寄存器干活 清空状态 开始译码 拆分1个字节,高4位操作码,低4位操作数(内存地址) 如果操作码是ADD,则跳转到step 7 如果操作码是MOV_TO_ADDR,跳转到step 8 如果操作码是MOV_A,MOV_B则往下执行 把低4位的地址传送到 内存地址寄存器 打开内存地址寄存器WE,打开 指令寄存器OE,时钟一吼,低4位的地址就传送到了 内存地址寄存器 4.step 4, 执行一次step 1, 传递地址获取内存数据 执行一次step 1,此时 内存缓存寄存器中有了数据 这个时候根据指令本身来执行(译码),此时指令寄存器中的指令是1000,即MOV_A,因此需要把数据传送到寄存器A 5.step 5, 把数据传送到寄存器A 清空状态 打开 内存缓存寄存器的OE, 打开寄存器A的WE,时钟脉冲一到, 一个字节的数据通过 CPU内部数据总线传送到了寄存器A,一条指令执行完毕 6.step 6, 回到step 0 7.step 7, 执行ADD 清空状态 打开寄存器A,寄存器B的OE,打开ALU的OE,打开寄存器C的WE, 时钟一到, AB的结果就被存放在了寄存器C ADD执行完毕,回到step 0 8.step 8, 执行MOV_TO_ADDR 清空状态 准备好数据与地址,打开指令寄存器OE,打开内存地址寄存器WE,打开寄存器C的OE, 打开内存缓存寄存器的WE,时钟一喊, 地址和数据都准备完成 清空状态 打开 内存地址寄存器OE, 打开 内存缓存寄存器OE,打开 内存WE (往内存的某个地址上写数据) 至此最后一条指令执行完毕 再次回到step 0, 此时PC:0,因此将循环往复的从头执行
根据整体流程开始改造
一共17个开关,也就是17个1,0的二进制,我这里就不在前面补0了. 这里的流程与上面一一对应 MOV_A(1000)的流程: 0.step 0 1000000001 10 (这一步需要额外多算一步,这里只是为了对应上面的流程) 1.step 1 11010000000000 2.step 2 100000000000100 3.step 3 1000001000 4.step 4 11010000000000 5.step 5 100000000010000 MOV_B(1001)的流程,与MOV_A的流程除了step 5不一样,其他都一样: 5.step 5 100000010000000 ADD(1011)流程: step 0 ~ step 2都一样: 3.step 3 1000000101100000 MOV_TO_ADDR(1010) 流程: step 0 ~ step 2一样 10010001000001000 100110000000000
指令分析流程
根据上面已经可以得到所有的开关2进制流程类似内存单元中的2进制表来控制每个内存单元,但内存单元中的表还是需要手动输入想要让这张表自动执行,需要一个由时钟控制的计数器这个计数器的值,相当于地址,每次1,地址就1根据上面的流程可知一共需要25组2进制,也就意味着需要25个地址,每个地址需要17位的数据,而查找表根据2的N次方来产生地址表,因此,需要2^5,相当于5位二进制同时需要一个5位的计数器,对应查找表的5位地址 建立一张查找表,存放对应的地址(5位)和数据(17位),图1 5位的计数器,根据计数器每次1来,找到对应查找表的地址, 执行相应的开关2进制 每次时钟一吼, 5位计数器就得到响应,立马把地址传递到查找表, 查找表根据对应地址的数据输出开关2进制(图2) 使用自动的实时时钟,10赫兹,图3 10赫兹:一秒钟执行10组高低电频,MOV_A指令有7组,一秒大概能执行到MOV_B的step 1
表格举例(MOV_A指令)
二进制开关指令(17位)对应step1000000001step 0 中的110step 0 中的211010000000000step 1100000000000100step 21000001000step 311010000000000step 4100000000010000step 5
图1,根据上面表格的示例,创建一张地址5位,数据17位的查找表(专门用于地址-数据查询)
其余为0的数据就是清空状态(只是为了补齐地址,让每一条指令在开头,仅仅是看起来方便)MOV_A所在的起始位置: 0x00:0x00 这个起始位置的指令就是 1000000001 (step 0) 0x04:0x02 (也就是地址0x07)是这条指令的最后的操作:100000000010000(0x4010) MOV_B的起始位置:0x08:0x00 (地址0x08)ADD起始位置:0x10:0x00 (地址0x10)MOV_TO_ADDR的起始位置:0x18:0x00 (地址0x18) 图2, 计数器根据时钟来自动1, 并输出到查找表中,查找表根据地址,输出对应的开关2进制,这里的时钟依旧使用手点 图3,全自动,使用自动时钟(使用10赫兹的实时时钟)
