计算机系统要素：第三章 时序逻辑

这一章的关键词：
*时钟 触发器 寄存器 内存
时钟：
让一切的行走定于同一基准，其精准的硬件实现通常在于振荡器，其在两个信号值“0-1”，或称“低电平—高电平”之间交替变化。两个相邻上升沿之间的时间间隙称谓时钟的周期。
触发器：（主要是利用DFF或D触发器为基准构建一切）
简单点将前一个时间周期的输入值作为当前周期的输出。
寄存器：
触发器与第一章 中的多路转换器结合。
内存：
RAM随机存储器，不管物理位置如何，都能以相等的速度被直接访问。
计数器：
每经过一个时间周期，该整数就增加1个单位。典型的CPU包括一个程序计数器，它的输出就是当前程序中下一步将要执行的指令地址。

项目：
1. 1比特位寄存器
/**
* 1-bit register:
* If load[t] == 1 then out[t+1] = in[t]
* else out does not change (out[t+1] = out[t])
*/

CHIP Bit {IN in, load;OUT out;PARTS:Mux(a=out1,b=in,sel=load,out=out2);//load=0,READ,load=1,writeDFF(in=out2,out=out1);//保存上次的值And(a=out1,b=true,out=out);}

2.Register
//16位寄存器的读写

CHIP Register {IN in[16], load;OUT out[16];PARTS:Bit(in=in[0],load=load,out=out[0]);Bit(in=in[1],load=load,out=out[1]);Bit(in=in[2],load=load,out=out[2]);Bit(in=in[3],load=load,out=out[3]);Bit(in=in[4],load=load,out=out[4]);Bit(in=in[5],load=load,out=out[5]);Bit(in=in[6],load=load,out=out[6]);Bit(in=in[7],load=load,out=out[7]);Bit(in=in[8],load=load,out=out[8]);Bit(in=in[9],load=load,out=out[9]);Bit(in=in[10],load=load,out=out[10]);Bit(in=in[11],load=load,out=out[11]);Bit(in=in[12],load=load,out=out[12]);Bit(in=in[13],load=load,out=out[13]);Bit(in=in[14],load=load,out=out[14]);Bit(in=in[15],load=load,out=out[15]);}

3.RAM8
//含有8个16位寄存器

CHIP RAM8 {IN in[16], load, address[3];OUT out[16];PARTS:DMux8Way(in=load,sel=address,a=a1,b=b1,c=c1,d=d1,e=e1,f=f1,g=g1,h=h1);Register(in=in,load=a1,out=out1);Register(in=in,load=b1,out=out2);Register(in=in,load=c1,out=out3);Register(in=in,load=d1,out=out4);Register(in=in,load=e1,out=out5);Register(in=in,load=f1,out=out6);Register(in=in,load=g1,out=out7);Register(in=in,load=h1,out=out8); Mux8Way16(a=out1,b=out2,c=out3,d=out4,e=out5,f=out6,g=out7,h=out8,sel=address,out=out);}

4.RAM64

CHIP RAM64 {IN in[16], load, address[6];OUT out[16];PARTS:DMux8Way(in=load,sel=address[3..5],a=a1,b=b1,c=c1,d=d1,e=e1,f=f1,g=g1,h=h1);RAM8(in=in,load=a1,address=address[0..2],out=out1);RAM8(in=in,load=b1,address=address[0..2],out=out2);RAM8(in=in,load=c1,address=address[0..2],out=out3);RAM8(in=in,load=d1,address=address[0..2],out=out4);RAM8(in=in,load=e1,address=address[0..2],out=out5);RAM8(in=in,load=f1,address=address[0..2],out=out6);RAM8(in=in,load=g1,address=address[0..2],out=out7);RAM8(in=in,load=h1,address=address[0..2],out=out8);Mux8Way16(a=out1,b=out2,c=out3,d=out4,e=out5,f=out6,g=out7,h=out8,sel=address[3..5],out=out);} 

5 .RAM512

CHIP RAM64 {    IN in[16], load, address[6];    OUT out[16];    PARTS:    // Put your code here:        DMux8Way(in=load,sel=address[3..5],a=a1,b=b1,c=c1,d=d1,e=e1,f=f1,g=g1,h=h1);    RAM8(in=in,load=a1,address=address[0..2],out=out1);    RAM8(in=in,load=b1,address=address[0..2],out=out2);    RAM8(in=in,load=c1,address=address[0..2],out=out3);    RAM8(in=in,load=d1,address=address[0..2],out=out4);    RAM8(in=in,load=e1,address=address[0..2],out=out5);    RAM8(in=in,load=f1,address=address[0..2],out=out6);    RAM8(in=in,load=g1,address=address[0..2],out=out7);    RAM8(in=in,load=h1,address=address[0..2],out=out8);    Mux8Way16(a=out1,b=out2,c=out3,d=out4,e=out5,f=out6,g=out7,h=out8,sel=address[3..5],out=out);}

6.RAM4K

   CHIP RAM4K {    IN in[16], load, address[12];    OUT out[16];PARTS:// Put your code here:    DMux8Way(in=load,sel=address[9..11],a=a1,b=b1,c=c1,d=d1,e=e1,f=f1,g=g1,h=h1);RAM512(in=in,load=a1,address=address[0..8],out=out1);RAM512(in=in,load=b1,address=address[0..8],out=out2);RAM512(in=in,load=c1,address=address[0..8],out=out3);RAM512(in=in,load=d1,address=address[0..8],out=out4);RAM512(in=in,load=e1,address=address[0..8],out=out5);RAM512(in=in,load=f1,address=address[0..8],out=out6);RAM512(in=in,load=g1,address=address[0..8],out=out7);RAM512(in=in,load=h1,address=address[0..8],out=out8);Mux8Way16(a=out1,b=out2,c=out3,d=out4,e=out5,f=out6,g=out7,h=out8,sel=address[9..11],out=out);

}

7.RAM16K

CHIP RAM16K {    IN in[16], load, address[14];    OUT out[16];PARTS:DMux4Way(in=load,sel=address[12..13],a=a1,b=b1,c=c1,d=d1);RAM4K(in=in,load=a1,address=address[0..11],out=out1);RAM4K(in=in,load=b1,address=address[0..11],out=out2);RAM4K(in=in,load=c1,address=address[0..11],out=out3);RAM4K(in=in,load=d1,address=address[0..11],out=out4);Mux4Way16(a=out1,b=out2,c=out3,d=out4,sel=address[12..13],out=out);

}
8.PC计数器
/**
* A 16-bit counter with load and reset control bits.
* if (reset[t] == 1) out[t+1] = 0
* else if (load[t] == 1) out[t+1] = in[t]
* else if (inc[t] == 1) out[t+1] = out[t] + 1 (integer addition)
* else out[t+1] = out[t]
*/

CHIP PC {IN in[16],load,inc,reset;OUT out[16];PARTS:Mux16(a=back,b=in,sel=load,out=in1);Mux16(a=in1,b=false,sel=reset,out=in2);Register(in=in2,load=true,out=out1);And16(a=out1,b=true,out=out);Inc16(in=out1,out=out2);Mux16(a=out1,b=out2,sel=inc,out=back);}