请配合本人文章：实验六 存储器实验使用，该源码为Logisim所编写，可以直接导入使用。 其中logisim源码，可以直接运行。 主要包含以下logisim电路： 1、常见触发器 2、寄存器 3、计数器 4、ROM 5、RAM 6、多片ROM、RAM组装内存 以下是源码实验内容： 1、常见触发器 触发器具有两个稳定的状态，在外加信号的触发下，可以从一个稳态翻转为另一稳态。这一新的状态在触发信号去掉后，仍然保持着，一直保留到下一次触发信号来到为止，这就是触发器的记忆作用，它可以记忆或存储两个信息："0"或"1"。 2、寄存器 寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。 3、计数器 计数器可实现正向和方向计数和控制功能。 4、ROM 只读存储器（ROM）是一种在正常工作时其存储的数据固定不变，其中的数据只能读出，不能写入 5、RAM 随机存取存储器（RAM）又可称为读写存储器，它不仅可以存储大量的信息，而且在操作过程中能任意"读"或“写”某个单元信息

### 单周期MIPS硬布线CPU的设计与实现 #### 一、引言 MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）作为一种经典的精简指令集计算机（RISC）架构，以其指令长度固定、简单的寻址模式和使用寄存器作为主要的操作数来源等特点而闻名。单周期MIPS CPU意味着每个指令的执行都在一个时钟周期内完成，这种设计虽然简化了CPU的整体架构，但同时也牺牲了一部分性能。 硬布线控制器（Hardwired Controller）是CPU的一个核心组成部分，负责解释指令并生成相应的控制信号。在单周期MIPS CPU中，硬布线控制器通常是一个固定的逻辑电路，根据指令的操作码（Opcode）和功能码（Function Code）来生成控制信号。 #### 二、设计步骤详解 **1. 了解MIPS指令集** - **指令格式**：MIPS指令长度固定为32位，可以分为三种类型：R型、I型和J型。 - R型指令：主要用于算术逻辑运算，如加法、减法等。这类指令通常包括操作码（Opcode）、功能码（Function Code）和三个寄存器号。 - I型指令：用于数据移动操作，如加载、存储等。这类指令包括操作码、基地址寄存器、目标寄存器和立即数。 - J型指令：用于跳转操作。这类指令包括操作码和26位的地址偏移量。 - **寻址模式**：MIPS支持多种寻址模式，包括寄存器直接寻址、立即数寻址、寄存器间接寻址等。 **2. 设计数据通路** - **寄存器文件**：用于存储程序中的变量和中间计算结果。通常包含32个寄存器，每个寄存器32位宽。 - **算术逻辑单元（ALU）**：执行基本的算术逻辑运算，如加法、减法、逻辑运算等。 - **内存接口**：负责数据的加载和存储操作。 - **控制逻辑**：根据指令的不同，控制数据通路中各组件的工作方式。 **3. 设计硬布线控制器** - **控制信号生成**：根据指令的操作码和功能码，通过组合逻辑电路（如译码器、多路选择器等）生成相应的控制信号。 - **逻辑门的使用**：利用AND、OR、NOT等逻辑门来实现复杂的功能。 **4. 在Logisim中创建电路** - **组件创建**：使用Logisim提供的各种逻辑门和组合逻辑电路元件来创建寄存器文件、ALU、内存接口等组件。 - **电路连接**：将各个组件按照设计图连接起来，形成完整的数据通路。 - **控制器集成**：将硬布线控制器与数据通路相连，确保控制信号能够正确地影响数据通路的各个部分。 **5. 编写测试代码** - **MIPS指令测试**：编写包含各种MIPS指令的测试代码，如加载、存储、算术逻辑运算等。 - **循环测试**：设计循环结构的测试代码，以检验CPU处理循环的能力。 **6. 仿真和调试** - **仿真运行**：在Logisim环境中运行电路，并观察其行为是否符合预期。 - **错误排查**：如果出现问题，则需要逐个检查电路连接、逻辑门配置以及控制信号生成等环节，直至找到并解决问题。 **7. 优化和改进** - **功能扩展**：根据需求增加新的功能，如浮点运算、中断处理等。 - **性能提升**：通过改进电路设计、减少不必要的逻辑门等方式提高CPU的执行速度。 #### 三、注意事项 - **理解MIPS指令集**：深入理解MIPS指令集的基本概念和结构对于设计有效的CPU至关重要。 - **仔细规划数据通路**：合理规划各个组件之间的连接方式和数据流路径，确保能够满足MIPS指令集的要求。 - **正确实现硬布线控制器**：确保硬布线控制器能够根据指令的操作码和功能码正确生成控制信号，从而控制数据通路的正常运作。 - **充分测试**：设计过程中应充分测试，确保CPU能够正确执行所有的MIPS指令。 - **持续学习和改进**：随着技术的发展，不断学习新的知识和技术，对设计进行优化和改进。 通过以上步骤，可以有效地在Logisim环境中设计和实现一个单周期MIPS硬布线CPU，这不仅能够加深对计算机体系结构的理解，还能够提高数字逻辑设计的实际技能。

Logisim是一款强大的数字逻辑设计和教学软件，它被广泛应用于教育领域，特别是华中科技大学的数字逻辑课程中。这款软件提供了直观的图形界面，使得用户可以方便地创建、模拟和分析各种数字逻辑电路，包括组合逻辑和时序逻辑电路。 在Logisim中，你可以： 1. **绘制电路**：通过拖拽预定义的逻辑门（如AND、OR、NOT、NAND、NOR等）到工作区，然后用线连接它们来构建电路。它支持7400系列集成电路，这些在"7400-series-rev1"文件中可能有所介绍。 2. **仿真电路**：设计完成后，可以实时模拟电路的行为，观察输入变化对输出的影响，帮助理解逻辑功能。 3. **教学资源**："toys.pdf"可能是包含一些基础电路示例的教程，帮助初学者快速上手。 4. **汉化版**："logisim-generic-2.7.1_TRP汉化版.jar"是Logisim的中文版本，对于中文使用者来说，使用起来更加方便。 5. **扩展功能**："加载库教程.txt"可能提供了如何加载自定义组件或库的指导，这可以增加软件的灵活性。 6. **运行JAR**："运行jar.txt"可能解释了如何在没有安装Java运行环境的情况下运行Logisim，"jre-8u25-windows-x64.exe"则是Java运行环境的安装包，确保软件的正常运行。 7. **必看内容**："必看.txt"可能包含了使用Logisim的重要提示或者常见问题解答。 8. **项目文件**："logisim 入门.circ"是一个Logisim项目文件，打开后可以看到一个基础的电路设计，是学习和实践的好例子。 9. **额外库**："cs316.jar"可能是一个特定课程或项目相关的库文件，为用户提供了额外的电路元件或功能。 通过Logisim，学生和教师可以轻松地进行实验，测试不同的逻辑设计，并深入理解数字逻辑的基本原理。同时，Logisim还支持导出电路图到图像文件，方便在报告或演示中使用。软件的易用性和丰富的功能使其成为学习数字逻辑的理想工具。在学习过程中，结合提供的各种教程和资源，用户可以逐步掌握数字电路设计的核心技能。

MIPS-Logisim 作者Jagdeep Singh和Muhammed Shafiq 在多周期、单周期和 5 级流水线中模拟 MIP 指令指令必须以十六进制给出并转换为小端 Aside 可用于将 MIPS 转换为十六进制然后转移到小端 Aside 可在找到 像 add $1, $1, $1 这样的 mips 指令将以 20082100 的十六进制形式出现，并且必须放入一个文本文件并作为 00210820 加载到指令存储器中 使用旁白 1) 只需输入想要的指令并确保 CPU 设置为 MIPS 2) 在 CPU 旁边的工具栏中点击 assemble (黑色按钮) 2) 使用文本编辑器打开 .obj 文件以读取 HEX 指令 加载指令 只需右键单击指令ROM（通常是最左边的ROM） 点击加载并选择说明文件

一位全加器、八位串行可控加减法器。circ文件，下载后直接用logisim打开即可。只实现了一位全加器、八位串行可控加减法器，其他部分没有实现。

Logisim 头歌8位可控加减法电路设计图解及代码（计算机组成原理）资源免费提供！！！！！​​ 实验目的 帮助学生掌握一位全加器的实现逻辑，掌握多位可控加减法电路的实现逻辑，熟悉 Logisim 平台基本功能，能在 logisim 中实现多位可控加减法电路。 实验内容 在 Logisim 模拟器中打开 alu.circ 文件，在对应子电路中利用已经封装好的全加器设计8位串行可控加减法电路，其电路引脚定义如图所示，用户可以直接使用在电路中使用对应的隧道标签，其中 X，Y 为两输入数，Sub 为加减控制信号，S 为运算结果输出，Cout 为进位输出，OF 为有符号运算溢出位。 实验步骤 处理减法运算，连接电路图。 探求溢出判断的方法。 由2中得到的方法连接电路图。 在实验平台上进行测试。 通过异或门给到，为0是加法过程，为1是减法过程！！！ 最后，就十分顺利的通过了这一个实验！！！！！！！！！！

74161，七段字形译码器均为自制 （1）二十四/十二制小时、分、秒计时。采用七段数码管显示，由七段字形译码器驱动； （2）小时、分钟可以校正（顺时针校正）； （3）使用小时及分钟完成定时闹钟功能，到达指定时间几时几分后，led灯闪烁1分。 （4）时分秒显示、小时制式选择、校正按钮、闹铃设置及led灯要设计在主电路图中。

单周期MIPS设计，logisim平台，9条指令，外加详细版实验报告，同时还有指令测试集。利用 Logisim 平台构建的运算器、寄存器文件、存储系统等部件，以及其它功能部件，构建 一个 32 位 MIPS CPU 单周期处理器。要求支持 9 条 MIPS 核心指令，包括运算类指令 ADD、 SUBI、AND、ORI、SLT，访存指令 LW、SW，分支指令 BEQ、J。 1.程序实现了ADADD、ADDI、AND、ORI、SLT，访存指令 LW、SW，分支指令 BEQ、J这九条核心指令，同时也实现了OR指令和BNE指令。 2、对于九条指令的测试结果都达到预期 3、对于给出的排序程序也能给出相应的正确结果。 该MIPS设计思路清晰，实验报告中给出了详细的实验思路及步骤，通俗易懂。

使用 Logisim 来创建一个16-位单时钟周期 CPU。 制作一个寄存器组(也称寄存器文件)模块(组件)。 制作一个 ALU,该 ALU 暂时可以仅实现 ADD,SUB,AND,OR 四种运算 制作一个下一条指令的逻辑,即 PC(程序计数寄存器)的逻辑 CPU 包括以下器件: 1)寄存器文件 2)PC 寄存器及每时钟周期 PC+1 的逻辑(需要认真阅读一下后面的说明) 3)ALU 4)指令内存(为了简单，建议你使用系统提供的 ROM，而不是 RAM)

头哥-计算机组成原理实验实验一-logisim：4位快速加法器，circ文件，可以用logisim打开，也可用记事本打开。