单周期CPU及流水线CPU设计（1）---logisim部件设计
logisim的设计是设计CPU的基础，在往后的CPU的代码书写的过程中必然时刻伴随着设计图纸的需求。
（如有转载，请注明出处，否则将追究）
（1）基本介绍
Logisim 允许用户使用图形用户接口设计并仿真数字电路，它自身包含一些库，库中已有诸如基础门电路，存储器、多路选择器、译码器等简单器件。在后续的实验中，你将使用这些器件搭建自己的 CPU。在本实验中，我们将在 logisim中完成异或电路以及加法器的构建。通过本实验，达到熟悉 logisim 软件环境的目的，同时完成 CPU 数据通路的若干基础性功能部件的设计。
（2）设计过程
&1&构建 1-bit 全加器 ,如图1所示。
&2&构建 4-bit 全加器
4-bit 全加器是简单的 4 个 1-bit 加法器的级联，将一个全加器的 carry-out 作为另一个全加器的 carry-in，如图2而所示.
&3&构建 8-bit 全加器
&4&使用寄存器及子电路构建电路方法实现循环累加器 .
状态方程和设计图思想如下。
那么logsim的设计实现如下图所示。
循环累加电路
（1）使用 logisim/Arithemetic 中的 Adder，构建自加 1 的无限累加器。
（2）创建新文件，点击 Project--&Add Circuit，并命名。
（3）加载 Arithmetic library， Project--&Load Library--&Built-in Library... and select "Arithmetic"，从库中选择 adder 子电路 ? 加载 Memory library，Project--&Load Library--&Built-in Library... and select "Memory"，从库中选择 register。
（4）将 clock（位于 Wiring 文件夹）与 register 连接
（5） 依据 section2.2 的设计，将 register、adder 相连，此时会出现"Incompatible widths" error，这意味着连线试图将两个不同位宽的管脚相连，点击 register 将在资源管理器的下方看到 register 的属性列表，其中 "Data Bit Width"域控制 register 相加的位宽属性，将其更改为 8。
（6） 将 8-bit 常量 1（Wiring 库中）连线至 adder 的第二个输入
（7）向电路添加两个输出管脚，方便监控电路。
&5&电路测试
? 双击 circuit 浏览器中 main 子电路，回到 main 子电路
? 单击 AddMachine 以选择，并放置至 main 电路中
? 可以更改“Facing”属性以调整器件方向
? 将输出管脚与 AddMachine 子电路连接，输出管脚自上而下、自左而右 排列，放置鼠标至子电路输出位置可以看到相应的标签值
? 如果需要访问 AddMachine 子电路的内在状态，一种方式在子电路上右 键，选择"View AddMachine"，另一种方式，使用 poke 工具，再双击子 电路。
? 将寄存器的值初始化为 1，通过使用 poke 工具点击 register
? Simulate--&Go Out To State--&main，返回 main 子电路
? Simulate--&Ticks Enabled，开始进行仿真
&6&设计ALU
ALU模板定义
ALU的主要功能是对输入到ALU的两个数进行加法、减法、按位或等操作。ALU内部包括32位加法器、减法器等部件。ALU除了以上操作外，还需要判断输入的两个值是否相等。
参与ALU计算第一个值
参与ALU计算第二个值
ALLOp[1:0]
ALU功能的选择信号
00：ALU进行加法运算
01：ALU进行减法运算
10：ALU进行或运算
ALU计算的结果
1：result为0
0：result不为0
将inputA与inputB进行加法运算，result&-inputA+inputB
将inputA与inputB进行减法运算，result&-inputA+inputB
将inputA与inputB进行按位或运算，result&-inputA|inputB
&7&GPR的设计（GPR就是通常所说的CPU的寄存器堆）
GPR模板定义
GPR以32个32位具有写使能的寄存器为基础，辅以多路选择器。其主要功能是对寄存器堆进行存值取值操作。GPR除了以上操作，还有清零操作。
写使能信号
1：可向GPR写入数据
0：只可从GPR
5位的地址输入，用于指定32个寄存器中的一个。在单周期CPU中为指令的[21:25]即rs字段
5位的地址输入，用于指定32个寄存器中的一个。在单周期CPU中
5位的地址输入，用于指定32个寄存器中的一个。在单周期CPU中，为指令[16:20]rt字段或[11:15]字段之一
32位的数据输入，当写使能时，想寄存器中写入
输出32位的A1指定的寄存器的数据
输出32位的A2指定的寄存器的数据
当复位信号有效时，32个寄存器的值被设置为’h0
根据5位地址输入确定寄存器，并将寄存器中的数据输出
当写使能时，根据5位地址输入确定寄存器，并将数据写入寄存器
附我个人的设计GPR和ALU的设计图纸，如有不足，请相互交流。
&1&ALU（附：以下器件（1）---（7）之间都有联系
（1）一位加法器
（2）四位加法器
（3）八位加法器
（4）三十二位加法器
（5）三十二位减法器
（6）三十二位或运算
（7）最终的ALU
单周期CPU设计与实现
16位单周期CPU设计
CPU搭建之logisim篇
计组第一步_logisim基本部件设计(组合逻辑)
一步一步学做一个CPU——2，Logisim的简单入门
使用LogiSim自制简易CPU-前言
CPU的那些事（带CPU电路图）
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display: "inlay-fix"三相可逆PWM整流器电流内环的多谐振PR控制技术_图文_百度文库
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三相可逆PWM整流器电流内环的多谐振PR控制技术
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Absolute Section（绝对段）
具备不可被链接器改变的固定（绝对）地址的段。
Access RAM （存取RAM，仅限PIC18CXXX系列器件）
这是数据存储器RAM中的一个区间，无论目前所选的存储体为何均可对其进行访问。有了它，即可通过指令访问特殊功能寄存器而无须改变所选存储体。存取RAM还包括一些通用寄存器（GPR）。它对于在上下文切换期间（如中断期间）保存所需变量很有用处。当用于引用PIC18CXXX器件时，存取 RAM指无论存储体选择位（BSR）设置值为何，均允许存取的特殊通用寄存器。
Acquisition Time （TACQ，采集时间）
该时间与模拟数字（A/D）转换器有关。它是PIC18CXXX A/D上的保持电容充电到模拟输入电压电平时的时间。’当GO位置1时，模拟输入与保持电容断开，A/D转换开始。
指的是模拟数字转换器。见“Analog-to-Digital （A/D，模拟数字转换）”的说明。
算术逻辑单元。器件上负责数学（加、减…）、逻辑（与、或…）和移位运算的逻辑单元。
Analog（模拟）
指通过将不同频率或幅值的信号叠加到给定频率的载波上进行电子传输的过程。
Analog-to-Digital （A/D，模拟数字转换）
将一个模拟输入电压转换到与之成正比的数字值的过程。
将二进制机器码描述成可读形式的符号语言。
可寻址通用同步异步收发器。该模块可作为一个全双工异步通讯口运行，也可作为一个半双工同步通讯口运行。当运行在异步模式下时，USART可与一台PC的串行端口连接。
Alphanumeric（字母数字符）
字母数字符包括字母和0到9的数字。
Application（应用）
用户开发的一整套软硬件结合体，通常是一个由PICmicro(R)单片机控制的产品。
Assemble（汇编）
汇编器所做的事。见assembler（汇编器）。
Assembler（汇编器）
一种将用户的汇编源代码（.asm）译成机器码的语言工具。MPASM(TM)是Microchip的汇编器。
Assembly（汇编语言）
最终由机器语言取代的编程语言。机器语言完全由数字组成，人们几乎无法识别和读写。汇编语言与机器语言的结构和命令集相同，但允许程序员使用名称（指令）取代数字进行编程。
Assigned Section（赋值段）
在链接器命令文件中赋值到目标存储器区块的段。链接器将赋值段分配给特定的目标存储器块。
Bank（存储体）
是一种对数据存储器寻址的方法。由于增强型器件具备8位直接寻址功能，指令可寻址到256字节。为了使器件能具备多个数据存储器，将数据存储器分区为相邻的存储体，每个存储体包含256字节的数据。要选择所需的存储体，需对存储体选择寄存器（BSR）进行正确配置。共可实现16个存储体。
Baud（波特）
通常用它来描述串行端口的通讯速度的快慢。与每秒位速（bps）相当。
见“Binary Coded Decimal (BCD，二进制码十进制小数)”中的说明。
Binary Coded Decimal （BCD，二进制码十进制小数）
其每4位表示一个0-9的十进制数。通常一个字节包含0-99的两位十进制数。
见“Brown-out Reset （BOR，掉电复位）”中的说明。
Brown-out（掉电）
当电源电压短时跌落到规定最小工作电压以下的情况。当电路中负载增加时可使系统/器件的电压下降，而导致这种情况的发生。
Brown-out Reset （BOR，掉电复位）
当电源电压跌落到规定电压范围以下时，迫使器件进入复位状态的电路。有些器件具备内部BOR电路，而其它器件则需要外部电路才可产生掉电复位。
Bus width（总线宽度）
这是总线可运载信息的位数。对数据存储器来说，总线宽度为8位。对增强型器件，程序存储器总线宽度为16位。
Breakpoint – Hardware（断点 – 硬件）
一种执行后会导致程序暂停的事件。
Breakpoint – Software（断点 – 软件）
一个执行固件后程序暂停的地址。通常由一个特殊的断点操作符得到。
Build（重编译）
对一个应用的源代码进行重新编译的功能。
一种高级编程语言，可用于为PICmicro(R) MCU，特别是高端器件系列产生代码。
Calibration Memory（校准存储器）
用于保存PICmicro(R)单片机板上RC振荡器校准值的特殊功能寄存器。
控制器局域网。一种针对汽车和工业应用的外设接口。
Capture（捕捉）
CCP模块的一种功能，当预定事件发生时，定时器/计数器的值被“捕捉”到保持寄存器模块中。
Capture Register（捕捉寄存器）
是一种16位寄存器，当捕捉事件发生时将TMR1寄存器中的16位值装入该寄存器。
捕捉、比较和脉宽调制（PWM）。CCP模块可配置作为输入捕捉、定时器比较或PWM输出运行。
通用目标文件格式。一种由MPLINK(TM) LINKER链接器生成的包含机器码和调试信息的中间文件格式。
Command Line Interface（命令行界面）
命令行界面指的是在DOS下执行一条带选项的命令。执行MPASM(TM) 汇编器和任一命令行选项或文件名将调用该汇编器。当命令行选项缺省时，将执行默认输入界面。
Common RAM（共用RAM）
是数据存储器RAM上在所有存储体中地址相同的区。该通用RAM可在70h - 7Fh（含）的地址间实现。它对于上下文转换期间（如中断期间）的保存所需变量是很有用处的。
Compare（比较）
CCP模块的功能之一，当定时器的寄存器值与比较寄存器中的值相符时器件将执行一个动作。
Compare Register（比较寄存器）
是一种16位寄存器，包含一个与16位TMR1寄存器相比较的值。当计数器与比较寄存器中的内容相符时，比较功能模块将被触发。
Compile（编译）
编译器所做的事。见“compiler（编译器）”。
Compiler（编译器）
一种将用户的C语言源代码译成机器码的语言工具。MPLAB(R) C17和MPLAB(R) C18均为Microchip公司的C编译器，分别用于PIC17CXXX和PIC18CXXX器件的编译。
Configuration Bits（配置位）
用于编译设置PICmicro(R)单片机运行模式的位。配置位不一定需要预编程。对于模拟器和仿真器，可通过Options & Development Mode对话框设置；对于编程器可在 _ _ CONFIG MPASM(TM)指令中设置。
Configuration Word（配置字）
这是非易失性存储器位置，它规定了器件运行的一些特征（如振荡模式，WTD的使能，起动定时器的使能）。这些特征均可在器件编程时进行规定。对于EPROM存储器，只要某位的值为“1”，均可在日后编程为“0”；如果值为“0”，必须先擦除器件后再编程为“1”。
Conversion Time （Tconv，转换时间）
该时间与模拟数字（A/D）转换器相关。这是PIC18CXXX A/D转换器将保持电容上的模拟电平转换成数字值所需的时间。
中央处理单元。将指令解码并决定程序执行所需的操作数并负责运算。将数学运算、逻辑运算和移位运算传送到ALU。
见“Digital to Analog（数字模拟转换）”的说明。
数字模拟转换器。
Data Bus（数据总线）
将数据传送到数据存储器或从数据存储器传送回来的总线。
Data EEPROM（数据EEPROM）
数据电可擦除可编程只读存储器。该存储器可由CPU编程和再编程，以确保在掉电时关键值/关键变量被保存在非易失性存储器中。
Data Memory（数据存储器）
在数据总线上的存储器。该存储器是易失的（SRAM），包含特殊功能寄存器和通用寄存器。
Data Memory（数据存储器）
被仿真的PICmicro(R)器件上RAM的通用文件寄存器（GPR）。文件寄存器窗口显示数据存储器。
Digital-to-Analog（数字模拟转换）
从数字值转换到与之成正比的模拟电压的过程。
Direct Addressing（直接寻址）
指令中包含数据存储器地址的情况。执行这种类型的指令将总是访问嵌入地址的数据。
Directives（指令）
指令通过告知MPASM(TM)汇编器如何处理助记符、定义数据、格式和列表文件来对汇编器操作进行控制。指令简化了编码并可根据特殊要求对输出进行定制。
Download（下载）
下载是将数据从PC主机上传送到另一台设备，如仿真器、编程器或目标板的过程。
电可擦除可编程只读存储器。是一种电可擦除的特殊类型的PROM。数据被逐个字节地擦除。即使在电源被切断时，EEPROM也会将其中的内容保存下来。
Embedded System（嵌入式系统）
内建或集成到器件上的一种特殊功能计算机。用于控制、监控和协助运行。所有嵌入式系统均包含计算机，其中最简单的一种为单片微处理器（“芯片”）。可将微处理器进行设计以添加某种功能的ROM软件（“固件”），如PC的ROM BIOS。（定义来源于ChipCenter.com）
Emulation（仿真）
开发时执行安装在仿真存储器中的软件，如同执行安装在单片机中的固件一样。
Emulation Memory（仿真存储器）
仿真器中的程序存储器。
Emulator（仿真器）
进行仿真的硬件。
Emulator System（仿真系统）
MPLAB(R) ICE仿真系统包含线夹、处理器模块、器件适配器、电缆以及MPLAB(R)软件。PICMASTER(R)仿真系统包含线夹、针对不同器件的不同探针、电缆以及MPLAB(R)软件。
电可编程只读存储器。该存储器能够在线编程。要擦除它必须将其置于紫外线下。
Event（事件）
说明一个总线循环，包括地址、数据、通过次数、外部输入、循环类型（取指，R/W）及时间戳等。用事件来描述触发器和断点。
Executable Code（可执行代码）
见Hex Code（十六进制代码）。
Export（引出）
将数据以标准格式从MPLAB(R) IDE中传送出来。
Expressions（表达式）
表达式用于MPASM(TM)汇编器源代码行的操作数字段，包含常量、符号或由算术运算符分隔的常量和符号的任意组合。每个常量或符号均前置正负号以表示表达式的正负。
External RAM （外部RAM，仅限PIC17CXXX和PIC18CXXX器件）
非片上读/写存储器。
外部阻容（RC）。有些器件具备允许来自外部RC时钟的器件振荡器选项。与一些器件上的RC模式相同。
Flash（闪速）
EEPROM的一种类型，数据被逐个区块擦除而不是逐个字节擦除。
FLASH Memory（闪存）
这种存储器能够在线编程和擦除。存储器的编程技术在功能上与EEPROM存储器几乎相同。
器件振荡器的频率。
File Registers（文件寄存器）
片上通用和特殊功能寄存器。
通用输入/输出。
通用输入/输出。
通用寄存器（RAM）。可用于存储动态程序变量的那部分数据存储器。
Harvard Architecture（哈佛结构）
在哈佛结构中，程序存储器和数据存储器是相互隔离的。它使对数据存储器和程序存储器的访问可同时进行，提高了器件的性能。PICmicro(R)器件采用哈佛结构。
Hex Code（十六进制代码）
将源代码汇编或编译成标准十六进制格式代码的可执行指令，也称可执行码或机器码。十六进制代码被保存在hex file（十六进制文件）中。
Hex File（十六进制文件）
一种ASCII文件，包含适合进行器件编程的十六进制地址和值（十六进制代码）。本格式可由器件编程器读取。
High Level Language（高级语言）
与汇编代码相比，用于编写程序的高级语言对处理器进行了更高水平的提取。高级语言（如C语言）利用编译器将语句译成目标处理器能够处理的机器指令。
Holding Capacitor（保持电容）
这是模拟数字（A/D）模块中的一个电容，它在转换开始时“保持”模拟输入电平。信号采集期间，保持电容被模拟输入引脚充电/放电。转换开始时，保持电容从模拟输入端断开并将该电压“保持”以进行A/D转换。
HS （High Speed，高速）
高速。是器件振荡模式的一种。应调整振荡电路以支持高频运行。目前它支持4 MHz至25 MHz的运行频率。
内部互联电路。这是一种双线通讯接口。它是“SSP”和“MSSP”模块模式的特性之一。
在线调试器。MPLAB(R) ICD是Microchip公司针对PIC16F87X器件的在线调试器。MPLAB(R) ICD在MPLAB(R) IDE下使用。
在线仿真器。MPLAB(R) ICE是Mcrochip公司的在线仿真器，在MPLAB(R) IDE下使用。
集成开发环境。是一种具备多种功能的固件开发应用程序。MPLAB(R) IDE在Windows(R)应用程序上集成了编译器、汇编器、项目管理器、编辑器、调试器、模拟器以及一系列其它工具。进行应用开发的用户可无须离开 MPLAB(R) IDE桌面即可编写代码、编译、调试和测试应用。
Identifier（标识符）
函数或变量的名称。
Import（引入）
将数据从外部信号源传送进MPLAB(R) IDE，如数据可来自一个十六进制文件。
Indirect Addressing（间接寻址）
当指令中不包含数据存储器地址时，指令在INDF地址执行，从而使数据存储器地址成为FSR寄存器中的值。指令的执行将总是访问FSR寄存器所指向地址的数据。
Initialized Data（初始数据）
由初始值定义的数据。在C语言中，int myVar=5; 定义的变量将驻留在初始数据区中。
Instruction Bus（指令总线）
用于将指令字从程序存储器传送进CPU的总线。
Instruction Cycle（指令周期）
指令执行的事件。有四种事件，分别描述为：解码，读取，执行和写入。指令并不同时执行所有事件。欲了解指令周期期间的操作，请查看每条指令的有关说明。四个外部时钟（TOSC）组成一个指令周期（TCY）。
Instruction Fetch（取指令）
哈佛结构下，欲执行一条指令时，下一个程序存储器中的地址将被“取出”，并在当前指令执行完毕时立即被解码。
Interrupt（中断）
向CPU发出的信号，迫使程序流程进入中断矢量地址（程序存储器中的04h）。程序流程改变前，程序计数器中的内容被迫进入硬件堆栈，从而使程序执行返回中断点。
内部阻容（RC）。有些器件具备允许时钟来自内部RC电路的器件振荡器选项。
KEELOQ(R)是一种专利跳码技术。Microchip的KEELOQ(R)产品为单向传输提供了一种数据加密方法，即使按下同一按钮发送的代码也各不相同。
液晶显示器。用于为系统提供状态显示。它可能需要定制LCD玻璃的规格。
发光二极管。用于为系统提供状态显示。
Librarian（库管理员）
一种创建和操纵库的语言工具。MPLIB(TM)是Microchip的库管理员。
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电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等
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