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CPU：基于 Logisim 的微编码实现

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简介：
本项目在Logisim环境中设计并实现了详细的微程序控制系统，通过微指令集控制数据路径组件操作，展示了现代CPU的核心工作原理。 逻辑处理器是一个基于MIPS启发设计的简单CPU，在一个逻辑电路模拟器上创建。它使用微代码生成机制，该机制由我用JavaScript编写的微汇编程序驱动产生。 这个项目主要是为了理解微码的工作原理而创造的，当时我在飞机上的9小时空闲时间里开发了大部分内容。关于此设计的具体细节记录在arch.txt文件中，并在此处进行了简要概述。 这是一个多周期CPU，具有8个通用寄存器。字长为16位，地址总线同样也是16位宽。指令长度是一个词的大小，但某些指令会包含一个立即值作为下一个单词的内容。 指令格式如下： - 7位操作码 - 3位rd（目标寄存器） - 3位rs（源寄存器1） - 3位rt（源寄存器2） 示例指令人机交互系统包括： 0x00：NOOP （空操作指令） 0x04：LW rd, rs # 将$rs中的地址处的字载入到$rd中 0x05：SW

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  • CPU：基于 Logisim 的微编码实现
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    本项目在Logisim环境中设计并实现了详细的微程序控制系统，通过微指令集控制数据路径组件操作，展示了现代CPU的核心工作原理。 逻辑处理器是一个基于MIPS启发设计的简单CPU，在一个逻辑电路模拟器上创建。它使用微代码生成机制，该机制由我用JavaScript编写的微汇编程序驱动产生。 这个项目主要是为了理解微码的工作原理而创造的，当时我在飞机上的9小时空闲时间里开发了大部分内容。关于此设计的具体细节记录在arch.txt文件中，并在此处进行了简要概述。 这是一个多周期CPU，具有8个通用寄存器。字长为16位，地址总线同样也是16位宽。指令长度是一个词的大小，但某些指令会包含一个立即值作为下一个单词的内容。 指令格式如下： - 7位操作码 - 3位rd（目标寄存器） - 3位rs（源寄存器1） - 3位rt（源寄存器2） 示例指令人机交互系统包括： 0x00：NOOP （空操作指令） 0x04：LW rd, rs # 将$rs中的地址处的字载入到$rd中 0x05：SW
     
  • 基于Logisim的单周期CPU实现
    优质
    本项目基于Logisim电子电路仿真软件，设计并实现了单周期CPU架构。通过模拟核心硬件组件和数据通路，深入理解计算机体系结构原理与指令执行过程。 使用Logisim实现的单周期CPU。
     
  • 基于LogiSim的简易CPU设计实践
    优质
    本项目通过使用LogiSim软件进行教学实验，实现了简易CPU的设计与模拟。参与者能够深入了解计算机体系结构、指令集和硬件电路原理，提高动手能力和逻辑思维能力。 KingDuan设计了一个简单的CPU模型，并在其中阐述了CPU设计过程中的一些原理和经验。该文章详细介绍了从概念到实现的整个过程，为读者提供了宝贵的见解和技术指导。通过这个模型的设计案例，可以了解到许多关于计算机架构的知识以及如何优化处理器性能的方法。
     
  • 单周期CPU（基于Logisim）
    优质
    本项目设计并实现了一个简洁高效的单周期处理器，采用Logisim电子电路仿真软件进行模拟验证，深入理解计算机体系结构原理。 Logisim单周期CPU已通过仿真测试，可以运行小规模程序。
     
  • 自制CPU：基于Logisim的简易CPU，并配备汇编程序
    优质
    本项目介绍如何利用开源软件Logisim设计并实现一个简易的中央处理器(CPU)，同时开发相应的汇编语言及其翻译器，旨在探索计算机体系结构的基础知识。 自制CPU是在Logisim中实现的简单版本，灵感来源于Albert Paul Malvino在《数字计算机电子学》一书中介绍的SAP-1体系结构。 指令系统包括： - LDI：立即加载 - STM：存储到内存 - LDM：从内存加载 - LDMA：由A指向的内存加载 - ADDI：立即添加 - SUBI：次即时减法 - ADDM：从内存中加数 - SUBM：从内存中减数 - JMPI：跳转至直接地址 - JMPM：跳转到内存中的存储地址 - JMPA：跳转到A中存储的地址 - JMPMA：跳转到由A指向的内存中的存储地址 - JZI：如果设置了零标志，则跳转到立即地址 - JCI：如果设置了进位标志，则跳转至直接地址 - OUT：输出存储在A中的数据
     
  • Logisim中的多周期（微程序）MIPS CPU
    优质
    本项目基于Logisim电子设计软件实现了一个多周期和微程序控制的MIPS处理器。通过详细的设计与模拟，深入理解计算机体系结构原理及其指令集架构。 cpu-EduCoder-3-23.circ
     
  • 8-Bit CPU in Logisim: 8位带有内置Logisim的CPU
    优质
    本项目设计并实现了一个8位CPU，完全在电子电路仿真软件Logisim中构建和测试。该CPU具备基本算术逻辑运算功能，并集成了内存管理和指令解码等核心部件。 8位CPU在Logisim中的实现。该项目的描述可以在相关文档或项目页面中找到。
     
  • 单周期CPU的编码实现
    优质
    本项目聚焦于单周期CPU的硬件描述语言（Verilog）编码实现，涵盖数据通路设计、控制单元开发及指令集架构理解等核心内容。 单周期CPU是计算机硬件设计中的一个关键概念，它指的是处理器在执行一条指令的过程中仅需要一个时钟周期的CPU。这种设计简化了CPU结构并提高了处理速度，但通常会牺牲一些高级功能，如流水线处理等特性。 本段落将探讨以下几个方面： 1. **单周期CPU的基本架构**：包括寄存器、算术逻辑单元（ALU）、控制单元、内存接口和输入输出接口。所有操作在一个时钟周期内完成，涵盖取指、译码、执行、访存及写回等步骤。 2. **编码实现过程**：涉及将计算机指令转换为二进制代码的过程，并确保这些代码能在硬件层面上被正确解析与执行。这需要设计合适的指令集架构（ISA），包括确定指令格式和操作码分配。 3. **波形仿真技术**：通过软件模拟电路行为，以验证CPU设计方案的准确性。在单周期CPU中，我们可以通过观察时钟信号、数据总线及控制信号的变化来确保各组件间的协同工作无误。 4. **实验报告编写**：内容通常涵盖设计概述、流程描述、硬件描述语言（如VHDL或Verilog）代码示例以及仿真结果分析。此外还包括可能遇到的问题及其解决方案，帮助系统地理解整个设计过程并评估CPU性能。 5. **计算机组成原理相关知识的应用**：包括数据通路设计、控制逻辑生成、存储器层次结构及IO系统的了解与应用。掌握这些基础知识对于成功实现单周期CPU至关重要。 6. **实际应用中的挑战和局限性**：尽管简化了硬件设计，但单周期CPU主要适用于教学目的或简单的应用场景中使用。在处理复杂指令流水线和超标量计算任务时，多周期或多核架构更显优势。此外，在提高分支预测效率、中断处理以及内存访问性能等方面也面临一定挑战。 综上所述，单周期CPU的编码实现是一个集硬件设计、指令编译、系统仿真及性能评估于一体的综合性实践过程。通过深入学习和掌握这些知识技能，可以为计算机系统的进一步优化奠定坚实的基础。
     
  • 单周期CPU（Logisim）
    优质
    本项目基于电子电路仿真软件Logisim设计并实现了一个单周期处理器，涵盖指令集设计、数据通路及控制逻辑搭建等内容。 使用Logisim软件设计的单周期CPU支持MIPS指令，并且具有良好的可扩展性。
     
  • 构建CPU：利用Logisim创建MIPS CPU
    优质
    本课程将指导学习者使用Logisim电子设计软件从零开始构建一个功能完整的MIPS架构CPU，深入理解计算机体系结构与指令集工作原理。 logisim_mips_cpu项目使用Logisim搭建MIPS CPU，部分源码已上传，欢迎关注后续更新。该项目来源于华中科技大学计算机组成原理课程设计，最终成果是完成的单周期MIPS CPU。