Linux 【8 位 CPU】攒个可以计算加减法的初代 CPU

润安 · 2023年01月30日 · 2800 次阅读

利用已有的电路部件,搭建一个可以计算加法和减法的电路。

上面的 MC、RAM、PC、Reg、ALU 都有控制选中(CS 片选)、可写(不可写则可读)的输入,选中时对应灯泡点亮示意。
使用 16 位中的 13 位二进制的 01 来对应。
通过不同的排列组合即可定义每个时钟周期电路的状态(哪些单元可以被操控读写)。

下面是对应电路的控制单元的标识,或运算一组和,就是控制电路了。

import os
# 指令相关
# ABC寄存器
A_WE = 1
A_CS = 1 << 1

B_WE = 1 << 2
B_CS = 1 << 3

C_WE = 1 << 4
C_CS = 1 << 5

# 0为加,1为减
ALU_SUB = 1 << 6
ALU_EN = 1 << 7

MC_CS = 1 << 8
MC_WE = 1 << 9

PC_CS = 1 << 10
PC_WE = 1 << 11
PC_EN = 1 << 12
#空操作,未接线
NOTHING =  1 << 14
#停止(不再产生时钟信号)
HLT = 1 << 15

dirname = os.path.dirname(__file__)
fileName = os.path.join(dirname,'ins.bin')

micro = [
#启动电源PC=0    
#空操作,用于清0,清0后PC=1
NOTHING,
# PC加1,从RAM中读取1下标的数到A寄存器,PC=2
MC_CS|A_CS|A_WE|PC_WE|PC_EN|PC_CS,
# PC加1,从RAM中读取2下标的数到B寄存器,PC=3
MC_CS|B_CS|B_WE|PC_WE|PC_EN|PC_CS,
# 读取A、B寄存器数到ALU单元并计算
ALU_EN|A_CS|B_CS,
#ALU计算结果输出到C寄存器
ALU_EN|C_CS|C_WE,
# PC=3,控制MC操控ROM可写,写入C寄存器读取的值
MC_CS|MC_WE|C_CS,
HLT
]
# 二进制指令输出到ins.bin文本,通过ciruit加载到ROM中。
with open(fileName,'wb') as file:
    for value in micro:
        file.write(value.to_bytes(2,byteorder='little'))

print("finished compile")

以下是加法的 gif 演示(减法免了),演示从 RAM 中读取 5 和 3 到寄存器,使用 ALU 单元求和,输出到 C 寄存器,再写回到 RAM。

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