计算机组成原理3个实验-logisim实现“七段数码管”、“有限状态机控制的8*8位乘法器”、“单周期MIPS CPU设计”。

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标题1.首先是七段数码管 

 标题二：有限状态机控制的8*8位乘法器

标题三：单周期MIPS CPU设计

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标题1.首先是七段数码管 

1看一下实验要求：

 

 2.接下来就是详细设计：

1. 组合逻辑设计

       由于7段数码管由7个发光的数码管构成，因为我们想用二进制将0-9这几个数字表示出来。所以他需要4位数字才能够把这7个数码管表示的数字都囊括其中，这7位输出来控制发光二极管来显示数字0~9。

首先先列出七段数码管显示的数字：

由此可见，例如：当想要输出零这个数字时，除了g这段数码管不亮以外，其他的数码管都要亮，以此类推，我们用二进制表示要输出的数字，比如0001那就是要输出1，0010就是要输出2。由此我们可以得到7段数码管显示译码器真值表：

 得到真值表后，接着便是组合逻辑电路的实现。这里利用logisim里的自动生成电路功能：

然后确定输入和输出

 

       

 然后选择真值表的形式依次填入上面得到的译码器真值表（注意和上表一致，others部分全部设置为0），表达式和最小项不用管，设置完成后点击生成电路。就会得到这样一个译码电路：

 接着就是电路的实现，我用一个计数器加时钟来实现输入，当clock时钟为上升沿时，计数器加一，然后用分线器变成二进制输入到封装好的译码电路，七段数码管直接用logisim里的。测试结果完美！

 标题二：有限状态机控制的8*8位乘法器

注意，这个乘法器不是普通的乘法器，它是由Moore型有限状态机控制的乘法器 

1.实验要求：

 2.详细设计：

时序逻辑设计

首先，由于采用有限状态机作为控制电路，我们需要先确认有限状态机的输入与输出

由此可见，有限状态机有三个输入，7个输出（因为还有一个done信号，表示运算结束），这里我们不采用ALU，使用普通的加法器，因此LP信号可以不用给出，所以少了一个输出，变成了6个。接下来便是控制电路的设计。首先先画出状态转换图，如下，sat表示start信号：

 然后便是状态转换表，我们采用二进制编码重写状态转换表和输出表，这样使用的数位少一点。当然了，用独热编码也是OK的，因为有5个状态。独热编码需要5位数字，00001，00010，00100，01000，10000。数位太多了。

用二进制编码重写状态转换表： 

然后再写输出表：

由于已经得到了二进制编码的状态转换表和输出表，接着用logisim自动生成电路按照这些表自动生成就好。

这是下一状态的电路图：

 还有就是输出的电路图：

 然后将这两个组合在一起就是有限状态机：

 得到有限状态机控制电路后就可以开始组件全部的电路：

       注意：当乘法器运行结束后的那个done信号出现之后他应该连到哪里去？这个done信号表明整个电路应该结束，所以我把它跟电路的时钟用与门连接起来，这样一来只要done信号出现，那么时钟将不再起作用，那么自然整个电路就停下来了。 

       运行的时候先输入运行的二进制数字，再点开start信号，最后再开时钟。

标题三：单周期MIPS CPU设计

单周期控制器（也就是cpu控制器，起了另一个名字）：设计：

接下来详细介绍控制器的实现：

首先由于整个控制器是需要op以及func作为控制信号的指导，所以需要两个输入引脚将这两个信号输入，对于非R类型的指令而言，只需比较他的op是多少就那么这条指令就成立，比如lw的op指令是23(16进制)，用一个比较器比较就可以得出。

而对于R类型的指令，由于R类型的数据的op都是000000，那么接下来就要看它的function，只需比较function就可以得出他们这几条指令，如图:

封装如下：

寄存器文件RegFile设计：

ALU设计：

 总设计：

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2023/1/24

正月初三，风轻轻吹.......