架构师之路(二)计算机组成原理(逻辑电路)

计算机组成原理课设:CISC模型机设计与微程序控制器实现指南 计算机组成原理是理解计算机硬件系统工作方式的核心课程,其核心在于掌握中央处理器(CPU)如何通过指令集架构(ISA)协调各部件工作。CPU设计的关键在于控制器,它负责解释并执行指令。微程序控制器作为一种主流设计方法,通过将复杂指令分解为一系列微操作序列,并将其固化在控制存储器中,实现了指令执行的灵活性与可维护性,尤其适用于复杂指令集(CISC)架构。这种技术方案在需要指令集可扩展或教学演示的场景中具有重要价值。本文聚焦于计算机组成原理课程设计中的CISC模型机实践,深入探讨了基于微程序控制器的设计流程、数据 阅读详情

前置知识:高中物理基础、数电模电。

作为架构师,我们要了解计算机的工作原理,知道底层的电路运行机制,掌握设备的性能指标,能够分析物理设备的瓶颈所在,合理规划物理设备的搭配。

计算机的底层实现都是半导体原件的逻辑计算。

硬件层面:对总线、内存的寻址,他们的底层都是半导体原件的基本逻辑运算。

软件层面:对数据内容的计算,对图形的处理,他们的层级执行逻辑是:计算的程序——(编译器)——汇编语言——机器码——(指令集)——解码单元逻辑——微码执行单元——可编程逻辑整列——逻辑门——晶体管。

底层的计算包含:加、减、乘、除,与或非逻辑,甚至积分运算等等,还有一些记忆存储等,这些算法组合起来,才能完成一个逻辑指令。

目录

与或非电路

加减电路

积分电路

记忆电路


与或非电路

与或非是最基础的逻辑运算,逻辑常量只有两个,即0和1,用来表示两个对立的逻辑状态。逻辑变量的取值只有两个,即0和1,而没有中间值。他们可以组合起来,形成复杂的运算。

加减电路

加减运算电路是一种能够将多个输入信号进行数学运算的电路。加减运算电路主要包括加法器和减法器。其中,加法器用于将两个或多个数字相加,而减法器则用于从一个数字中减去另一个数字。

  • 1+1+0进位 的二进制加法器

积分电路

积分电路是使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路。最简单的积分电路由一个电阻R和一个电容C构成。

这个电路可以实现滤波、定时等功能。

记忆电路

触发器 VS 锁存器 : 触发器增加了一个触发信号输入端(即时钟信号,CLK),只有当这个时钟信号到来的时候,触发器蔡按照输入的置1回、置0信号置成相应的状态并保持下去。

这个电路可以用作存储逻辑单元。

通过上述电路,我们可以大概了解计算机各个部件的工作原理了。

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