day02 设计计算机硬件

最新推荐文章于 2024-10-08 15:20:03 发布

路x飞

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分类专栏：嵌入式学习文章标签：计算机组成原理

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/gxs508843279/article/details/136948413

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本文介绍了如何从零开始设计计算机硬件，包括实现ALU（算术逻辑单元）、构建简单的计算单元，以及添加数据存储。通过连接ALU、寄存器和外部存储，逐步形成一个能执行基本计算的系统。文章详细讲解了每个步骤，并展示了如何通过控制信号实现内存数据的读取和ALU的操作指令。

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嵌入式学习-04_嵌入式技术之从零搭建计算机

ALU（算术逻辑单元）是计算机中的一种关键组件，负责执行算术运算和逻辑运算。它是中央处理器（CPU）内部的一个重要功能模块，用于处理数据和执行指令。

1）选择器

在ALU中我们会用到复用器，两相复用器原理和封装如下图：

在这里插入图片描述

输出Q会跟随sel来决定是取输入A还是输入B。而四相复用器就是两相复用器的叠加：

在这里插入图片描述

2）16位ALU实现

查看如下电路：

在这里插入图片描述

该电路可以求A、B两数的加，减，按位与和按位或，最终的输出取决于sel。映射关系如下表：

Cin和Cout是输入输出的进位标志，ZF是A和B是否相等的标志。右键点击A、B、加法器，减法器，与门，或门，比较器、S，将它们的位数改为16bit，这个ALU的位数就被设置成了16bit。

现在我们希望使用刚刚创建的ALU来计算一下13+45+27+6，实现的步骤如下：

（1）A输入13，B输入45，然后可以看到S是累加后的结果。

（2）记录S的结果，并将其输入到A，在B输入27，那么S的结果就是13+45+27，记录这个结果。

（3）将上一步S的结果输入到A，B输入6，最终得到S结果 13+45+27+6。