booksyhay的专栏

一直对CPU底层的运行机制很感兴趣，查了一些计算机组成原理方面的资料，发现可以使用LogiSim软件用最基础的门电路搭建一个CPU出来，包括算术逻辑单元（ALU）、控制器、存储器等功能部件。现在想一边实践一边把相关的过程记录下来。现在初步计划先整理以下几章：1，使用继电器搭建门电路2，使用最基本的门电路搭建半加器3，搭建全加器4，使用LogiSim部件搭建ALU...

本来是想研究CPU硬件设计中的中断控制器，找到了magic1的电路图，在分析ALU部分时发现以下电路： 查了一下74F382的芯片资料，比较简单，就是进行4位算术/逻辑运算，并输出进位标志C和溢出标志V：    74F381也是ALU，S0~S2所选择的功能跟74F382一样，但它的输出就复杂了一点，多了P和G信号。    原来，它是为了构建“超前进位”运算单元：...

一，半加器有了异或门，很容易设计出加法器（半加器）。输入为A和B，输出为S（和）和C（进位标志）。二，全加器要考虑到低位的进位，一个完整的一位全加器的输入应该有3个，即A、B、CI（进位输入）。加法的结果S：是三个输入位的异或，即S=A⊕B⊕CI。可以使用三输入端异或门。加法的输出进位CO：三个输入中如果有2个或者3个为1，则结果为1.如果有2个或者以上为0，则结果为0.这个逻辑结果相当于是三位的...

异或门在数学运算中非常重要。为了加深对异或门的理解，现在使用最基础的门电路，在LogiSim软件中设计一个异或门。“异或”操作实际上就是丢掉进位的加法。即，0+0=    0，0+1=    1，1+0=    1，1+1=(1)0；从逻辑上看，A⊕B的结果可以看作是，A或B，然后再对A、B都是1的特殊情况进行处理。即：A⊕B = (A 或 B)  与（A 与非 B）。在LogiSim中表示为：对...

一，LogiSim简介LogiSim下载地址：http://www.cburch.com/logisim/index.html绿色软件，直接执行。但是需要Java运行环境（JRE，Java Runtime Environment ）。所用版本：2.7.1二，构建半加器本来LogiSim的元件库中自带加法器，但为了熟悉加法器原理，还是先手动使用最基本的门电路构建一个。...

刚才的电路考虑了加法的运算结果可能会有进位（当A和B都为1时），可以作为最低位的运算电路，但不能计算其他位（十位、百位等），因为没有考虑低位的进位结果。因此，只能叫做半加器（Half Adder）。实际上，一个完整的加法器的输入端有3个：A、B和低位的进位结果CI。全加器（Full Adder）这个全加器相当于是计算3个位（A、B、CI）的和。因此，其最终的“和输出”为三个数的异或。进位输出的规律...

参考资料：《编码的奥秘》第12章：二进制加法机要想实现加法，先来看看一位二进制加法运算的规律。假设加数和被加数分别为A和B，输出个位为S，进位位（十位）为C。A | B  |  C|S0 + 0 = 000 + 1 = 011 + 0 = 011 + 1 = 10可以看出，C跟A和B的关系为：只有当A和B同时为1的时候，C才等于1，即C=A&BS跟A和B的关系为：当A和B相同时，S为0；当...

参考资料：《编码的奥秘》第12章：二进制加法机现在开始抛弃继电器，改为抽象的符号来表示逻辑门电路：与门：真值表：或门：真值表：非门：要想实现加法运算，先来看看一位二进制加法的规律：0 + 0 = 00 + 1 = 11 + ...

很久很久以前，人们就想制造出能做算术和逻辑运算的机器——“计算机”。想要实现逻辑运算，首先要制造出逻辑门电路。可以使用继电器来理解其中的原理。参考书籍：《编码的奥秘》第11章：逻辑门电路与门：两个开关同时闭合，灯泡才会亮。或门：任一开关闭合，灯泡都会亮。非门：开关断开时，灯泡会亮；开关闭合时，灯泡不亮。再补充两个：或非门：只要有一个开关闭合，灯泡就不亮。只有两个开关都断开，灯泡才会亮。与非门：两个...

先使用或非门搭建一个反馈电路：电路的特点：使用2个或非门。或非门的特点是，有一个输入为1，则输出为0. 当A和B都为1时，X和Y的输出都是0 当A为1、B为0时：X为0，Y为1； 当A为0、B为1时，X为1，Y为0； 当AB都为0时，X和Y的状态不确定。实际上，也不是随机值，而是上一次的值。因为A和B变为0时，不影响或非门的输出，也就不影响X和Y的状态。这种电路就具备 了“记忆...