汉诺塔超级计算机详细设计一——三进制逻辑单元和存储单元的设计（原创，原作者）

三进制计算机的逻辑单元设计与二进制有所不同，以下是其设计的相关介绍：
 
基本逻辑门
 
- 三进制与门：输入为0、1、2时，只有当两个输入都为2时，输出才为2；否则输出为0。
- 三进制或门：只要有一个输入为2，输出就为2；只有当两个输入都为0时，输出才为0；输入为0和1或1和1时，输出为1。
- 三进制非门：输入0输出2，输入2输出0，输入1保持不变。
 
算术逻辑单元（ALU）设计
 
- 加法器：可采用类似于二进制加法器的设计思路，使用全加器作为基本单元。三进制全加器有三个输入（两个操作数和一个进位输入）和两个输出（和与进位输出）。通过级联多个全加器，可以实现多位数的三进制加法运算。
- 减法器：可以利用加法器和补码原理来实现。先将减数取补，然后与被减数相加，即可得到减法运算的结果。
- 乘法器和除法器：乘法器可通过重复加法和移位操作来实现，除法器可通过重复减法和移位操作来实现，类似于二进制乘法器和除法器的设计，但需要根据三进制的特点进行调整。
 
控制单元设计
 
控制单元需要根据指令的操作码和操作数来生成相应的控制信号，以控制逻辑单元的运算。在三进制计算机中，指令集需要重新设计，控制单元要能够识别和解析三进制指令，并根据指令的功能产生正确的控制信号，以选择合适的逻辑运算和数据通路。
 
优化设计
 
在设计三进制逻辑单元时，同样需要考虑面积、速度和功耗等因素。可以采用优化的电路结构和算法，减少逻辑门的数量和延迟，提高运算速度。例如，使用流水线技术可以将复杂的运算分解为多个阶段，每个阶段在不同的时钟周期内完成，从而提高整体的运算效率。

 

以下是三进制计算机控制单元的详细设计以及一些指令集示例：

 

控制单元详细设计

 

- 指令译码器：负责将接收到的三进制指令进行译码，解析出操作码和操作数。它需要能够识别不同的指令操作码，并根据操作码产生相应的控制信号。可以使用三进制的编码器、解码器等逻辑电路来实现。

 

- 微程序控制器：采用微程序设计方法，将每条指令的执行过程分解为一系列微指令。微指令存储在微程序存储器中，通过微地址发生器来控制微指令的读取和执行顺序。微程序控制器可以根据指令译码的结果，从微程序存储器中取出相应的微指令序列，以控制逻辑单元和其他部件的操作。

 

- 时序发生器：产生计算机工作所需的时钟信号和各种时序信号，以确保各个部件能够按照正确的时序进行工作。时序发生器可以基于三进制的计数器和逻辑门电路来实现，通过对时钟信号的分频和组合，产生不同的时序信号，如指令周期、机器周期、时钟周期等。

 

- 控制信号生成电路：根据指令译码器的输出和微指令的内容，生成控制逻辑单元、寄存器、存储器等部件的控制信号。这些控制信号包括数据通路选择信号、寄存器读写信号、存储器读写信号等，以实现指令的正确执行。

 

指令集示例

 

- 加法指令（ADD）：操作码为10，格式为ADD Ra, Rb, Rc。功能是将寄存器Rb和Rc中的三进制数相加，结果存放在寄存器Ra中。

 

- 减法指令（SUB）：操作码为11，格式为SUB Ra, Rb, Rc。功能是将寄存器Rb中的数减去寄存器Rc中的数，结果存放在寄存器Ra中。

 

- 乘法指令（MUL）：操作码为20，格式为MUL Ra, Rb, Rc。功能是将寄存器Rb和Rc中的三进制数相乘，结果存放在寄存器Ra中。

 

- 数据传送指令（MOV）：操作码为01，格式为MOV Ra, Rb。功能是将寄存器Rb中的数据传送到寄存器Ra中。

 

- 无条件跳转指令（JMP）：操作码为02，格式为JMP addr。功能是将程序计数器（PC）的值设置为addr，实现无条件跳转，跳转到指定的地址继续执行程序。

 

以上只是一个简单的三进制计算机控制单元设计和指令集示例，实际的设计会更加复杂，需要根据具体的计算机体系结构和功能需求进行详细的设计和优化。

 

 

三进制存储单元硬件实现:在电容存储中，可以通过控制电容的充电程度来表示不同的三进制状态；在磁性存储中，利用磁性材料的不同磁化方向来表示三态。

 

这些三进制相关搞定后，还有就是堆栈结构的重新设定了，要用到汉诺塔直接算出每一步的状态和解的特性来设计汉诺塔超算，将运算速度指数级提高。