继龙少和qql之后,我也在不断地更新着我的74门计算机

  先放一些图吧

cbedd7d5844f92fe01b06550c241b140524d8018.png

 这个是该款微处理器的总的框架图

0d096d9a99c61918e65b0c96ec56f53e2f3366a3.png@1096w_1282h.png

 ALU的结构设计

以及之前最早的电路图

86f9fbd7700a52b2410a7e5ba422b1d3f9f9a8b9.png

 毕竟是最早的设计嘛,所以有一些地方还不是很到位,在设计方面存在一些缺陷和诟病


目前的话预计的配置

名称:

隶属:暂无

结构:哈佛结构

位宽:8位

ROM大小:4MB可拓张

RAM大小:显存:64KB×2=128KB                   

内存:128KB                   

SFR:未定

大概就这么多吧

文档的下载链接(这个版本的电路图还是属于最早的测试版的,新版还没有画完

attachment icon ALU(完成).pdsprj 24.61KB PDSPRJ 119次下载

另外,本设计完全开源

最初打算制作这款计算机的缘由:

自从16年看到龙少等人研究出自己的74门计算机,并有一定的生态圈子时,很是羡慕,梦想自己也能做出一台除74门外不含有任何逻辑性质的芯片的计算机

  可是,年复一年(大概断断续续思考了有一年左右吧)一直倒在vga这块儿,也就当做笑耳,以这个为借口不再研发下去了

  今年寒假,为windows苦于图形界面软件编程教程甚少的时候,又会想起来,可惜但是只不过时间太短了,没有留下什么留念,只是草草翻译了几篇datasheet了吧,寒假过后,也没机会碰电脑,毕竟一个初中生怎么较量得过家管严的父母呢

  暑假,在B站上投稿了较多专栏,主要以教程的方式向大家入门74门微处理器,慢腾腾地做着自己的专栏,所幸,反响不错


在这段期间内,我还肤浅地研究了一下龙少的机子,发现了两个诟病(如有错误欢迎指正)

1.大量使用74门自身特性做延迟用 

2.对于移位方面比较浪费元件

我还小小地整理了一下龙少的电路图,整合成一个pdf

attachment icon 龙少电路图整理.pdf 468.58KB PDF 259次下载 预览

 暂时就这么多吧,等会去学校回来继续更新


[修改于 3 年前 - 2018-09-09 14:44:36]

来自:科创广场 / 极客DIY计算机科学 / 计算机电子学
 
6
左手执者 作者
2年7个月前 修改于 2年7个月前
1楼

才刚刚写完作业,,,

首先的话没记错的话我的这款微计算机是独立ALU总线的,并没有和龙少一样采用单总线的方式,全部都在总线上运行的话,比较占用总线的通道,例如使用龙少的方法的话。立即数+内部寄存器值需要操作两遍,第一遍是将立即数的数值锁存入ALU的锁存器上,第二步是将寄存器数值锁存入ALU。而在该设计下,直接将所指寄存器的数据与立即数同时载入ALU,可能牺牲了一点价位,但是换回来的是更大的速度提升

第二是我认为龙少的移位设计有点令人想不通,恕本人见识狭窄,并没有看到移位发挥着过大的作用(除了乘除法计算之外,但龙少似乎选择了硬件乘法器的方式),循环移位似乎除了跑流水灯之外没有更好的打算,而所衍生出来的带XX的第X位进行左/右移似乎在设计上存在无用武之地。而在此方面便有着八条不同的移位方案,如果有人有更好的解答,我也希望能够互创互补

第三是貌似存在延时方面的浪费?

TIM截图20180909211658.png

 244的话G引脚接地是直接连通的,感觉在这里的话除了延迟就大概没有其他的理由了,希望能通过控制时序的方式来替代这种不可控的器件自身物理效果延迟。

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左手执者作者
2年7个月前
2楼

课间的时候重新设计了一下完整的alu结构图,手绘的谅解一下吧

IMG_20180910_221242.jpg

 

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Robot_V1
2年7个月前
3楼

lz为何对利用器件延迟的设计如此抵触呢?这也算是对器件物理特性合理利用

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左手执者作者
2年7个月前
4楼

@Robot_V1器件延迟的话如果在时序把控的好的情况下是不需要的,并且器件延迟往往是不可控的,我现在要做的就是既把器件延迟“安排”好(在设计是考虑对电路的影响),又不能利用器件延迟

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虎哥
2年7个月前
5楼

好一点的74芯片延时是纳秒级的吧(触发器类电路故意产生延迟除外),相对而言摊大饼式的布线产生的延迟也会变得不可忽视。

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左手执者作者
2年7个月前
6楼

 @虎哥 摊大饼的话自然也是少有的,就算串联下来延迟较大,我也会尽量地协调一下各个引脚输出的延迟,尽量做到同时输出

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左手执者作者
2年7个月前
7楼

今晚看来不能做些什么了,就来闲聊一点吧。今天与其他几人讨论了一下,大多数的网站上所说的分开储存器而言对于我来说还是较为含糊的,后来在讨论时声明了我的rom和ram是各用一组pc,共用r1,r2,r3进行变址,而操作数和指令是存放与rom中的,经人一说是哈佛结构,这才放了心,同时,我也纳闷群里几伙计为什么不也采用哈佛结构的,扬言我xx死都不会用哈佛结构,一生只爱冯(怕不是歇后语就是真香)难道哈佛结构条理不是更清晰吗




暂时给为了避免成为打广告的嫌疑,从自己B站专栏上顺手截了几个图供大家图个乐(还真是图个乐,因为之前这结构已经被我抛弃了)

cv680783_1536677151313.jpg

 好吧被B站强制加二维码了,,(雾)

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某疯狂的理科实验
2年7个月前
8楼

好的,我来捣蛋了

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1211
2年7个月前 修改于 2年7个月前
9楼
引用左手执者发表于7楼的内容
今晚看来不能做些什么了,就来闲聊一点吧。今天与其他几人讨论了一下,大多数的网站上所说的分开储存器而言...

楼主看起来是个有趣的人,好吧就科普一下科创的开放原则和广告管理制度。首先是科创并不排斥推荐、分享有益的外部资源,甚至鼓励大家介绍自己的作品(包括在站外的),只要是好东西,管他在站内还是站外,为什么不能发扬光大呢?

但是科创毕竟是氛围最好的极客学术社区,所以对引荐外部资源还是有些要求,比如必须有实质性的技术内容(非技术区和工具性的引用链接除外),必须公开透明,必须不给用户(网友)添麻烦。这就是科创遵循的开放原则。第一个很好理解,人们不能只发一堆感想或者装个逼,却不提实质性的技术细节,否则没有营养,用户花了时间阅览,却什么收获都没有,社区就没有意义。第二个公开透明,就是要客观而全面的披露信息,避免用户误读、上当。比如标题显得像是分享某个学术观点的样子,进去以后却是一个提问帖或者广告帖,那么对这种内容反感的用户受到标题的误导进来了,就浪费了时间;如果内容的介绍不够客观透明,也会导致用户把时间浪费在亲自甄别外部内容的质量上。这就好比一枚臭鸡蛋,本来闻一闻就知道不能吃,却不让观众闻,非要等吃完了才发现这个鸡蛋是臭的。第三个不给用户添麻烦,主要是说内容要具有完整性,要么不说,要说就说清楚,而不能只说一半,然后告诉观众,想看另一半,请到我的个人网站去看。在内容中抽掉一部分放在别处,这种带有绑架性质的广告对社区氛围有强烈破坏作用,还不如干脆就一点都不要发,至少大家免得麻烦。

楼主可以对照上面的内容看看违反了哪些制度。其实如果帖子发在茶话版,明目张胆的向大家推荐自己的个人主页欢迎感兴趣的朋友参观访问,就可以避免违规。发在专业技术版然后变着花样推广,反而显得那啥,何苦呢。B站多几个粉丝和科创网友的体验孰轻孰重,不管别人怎么看,咱肯定是首先保障科创用户的体验。

好的内容一定是高度浓缩的,干货越精炼越好。探讨技术能用公式准确表达的就不用文字啰嗦,能一句话说清楚的绝不说两句,这就是科创追求的风格。

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左手执者作者
2年7个月前
10楼

@1211 嗯,大半夜码了这么多字辛苦了,之前因为不知道怎么发图片就直接把链接扔过来了,于是当初帖子就被打回来了,现在想想其实科创做的挺对的,是我太鲁莽了,如果当初没有打回来现在就可能不是这样了吧

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左手执者作者
2年7个月前
11楼

讲一下这设计的主要运作过程吧(本人没有学过计算机组成,所以不合理的地方请见谅):首先由储存器和流水线部分进行取出需要操作的操作数和代码,接下来流水线部分将数据交给解码器,使解码器来控制alu,锁存器和alu总线,总总线,一共三个时钟周期一个机械周期,第一是选中目标寄存器,第二是给数,第三是锁存(貌似计算机的本质就只有赋值和跳转吧)。结束后开始新的一轮,如果碰到跳转语句,则流水线复位,此时内部实现的语句相当于“无”,直到流水线填充完毕就算跳转完成。顺便问一下,如果在手工布线的情况下主频能达到多少,不过也没什么意思了与其能飚到4m,还不如来个2.3333m个数字有意义,毕竟执行效率比较高

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左手执者作者
2年7个月前
12楼

由于最近学业繁重且家长禁止我使用手机之后,进度较慢请见谅,用了两个小时整理了一下龙少的帖子,眼花了233

龙少帖子索引.png

 

attachment icon 龙少各帖子说明.pdf 211.40KB PDF 115次下载 预览

 

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左手执者作者
2年7个月前
13楼
引用左手执者发表于12楼的内容
由于最近学业繁重且家长禁止我使用手机之后,进度较慢请见谅,用了两个小时整理了一下龙少的帖子,眼花了2...

打错了文档的日期,今天做的变成了13号,,,,(逃)

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左手执者作者
2年7个月前
14楼

为了证明我还活着,,最近一只在苦寻一个能够在计数器达到目标值后自动转变为不输出CP(计数)引脚而改为下拉MR'(复位)的电路,虽然我说的有点那啥偏门,但是实际用途确实非常实用的,计数器你总不可能让他满了就直接连接复位吧,毕竟还会有一闪而过的溢出值的,这样的电路能够使得计数器的复位更稳定,(PS:我本来貌似找到了4,5个门就能够达成该要求的电路,但是貌似这个电路一直存在一些问题就懒得搭理了,这个电路也不错,一片4与非门和4或非门加起来也不到一块钱的事,所以就暂时保持现状了~

TIM图片20180921221001.png

 

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左手执者作者
2年6个月前
15楼

半夜发图,,、总算是把新的图制作好了,这次主要是把乘除法这方面进行了一个优化,大概预计会新增芯片十多片(寄存器两个,逻辑门若干),目前主要还是之前的错误太多,一时半会讲不过来了,所以,咕咕。这电路其实我本来还可以画详尽一点的,但是考虑到怕你们看不懂,,所以。。(话说这相机怎么这么糊)还有就是电脑可能会在假期后被召回,所以...

IMG_0019.JPG

 

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rpg-7
2年6个月前
16楼

@左手执者 乘除法个人的建议是使用74的全加器和异或门做,做多周期移位乘除法,执行乘除法的时候给CPU一个Wait信号

另外纠正一些不正确的翻译哈

锁存器应当翻译为Latch(在此处鉴于锁存器的透明特性,应当使用D触发器(D Flip Flop,缩写DFF))

多路器不是Mix,英文multiplexer,缩写为MUX

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左手执者作者
2年6个月前
17楼

@rpg-7 嗯,谢谢指正不过,A和B寄存器直接就是D锁存器,至于下面的buf是缓冲器

顺便说一下我对乘除法的构想吧:

乘法:A寄存器与映射着不停变换的移位寄存器(sft主寄存器,of是溢出寄存器,方便做16位除法)的B寄存器相加,同时乘法移位寄存器RM控制在A寄存器对应bit为0时下拉全体B寄存器输出,最后得到结果

除法:A寄存器不停与映射着不停变换的移位寄存器的B寄存器向比较

如果大于:相减回A寄存器,除法移出寄存器RD移入1

如果小于:RD移入0

最后在RD得到商,A得到余数

至于全加器和异或门的话,我不知道怎么去实现,请多指教~

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rpg-7
2年6个月前 修改于 2年6个月前
18楼

@左手执者

全加器和异或门有现成的芯片,全加器用74xx83,异或门使用74xx86,都是4位的芯片,另外就是锁存之后似乎没必要再用缓冲器了,74的驱动能力是足够的。

顺便说一下这种芯片怎么搜索:在搜索引擎(例如 Bing 或者专用的datasheet搜索引擎 alldatasheet Datasheet4U,不要用百度)搜索74+你需要的功能的英文翻译,比如“74+MUX”,如果对芯片内的器件数量有要求,可以使用数量限定词,比如dual/quad/hex/oct

2018-10-05 22-17-59屏幕截图.png

有时间的话,建议看一下这门课,可以让你对一些模块的设计有一些了解,其实撇开全英文,这门课更好


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左手执者作者
2年6个月前
19楼

@rpg-7你可能理解错了,我说的是如何用这两种东西组成乘除法器,我加缓冲器的原因是需要高阻以便全体加排阻上/下拉,我用的是谷歌,并没有用bing和百度。平时搜索ic用的也是datatsheet5,稍微有点脑子的人也知道百度是在“放屁”,另外的话,谢谢你给我提供的这个网站

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左手执者作者
2年5个月前
20楼

鸽了这么久定下来了

IMG_20181101_224108.jpg

 

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左手执者作者
2年5个月前
21楼

乘法运算的思路,临时画的不要太介意丑什么的,,

IMG_20181105_231006.jpg

 

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cjhk
2年5个月前
22楼

哥们  还在玩吗   我也想玩玩   加个QQ798428478

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咸弟
2年5个月前
23楼

666,龙少大神去哪了?

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左手执者作者
2年5个月前
24楼
引用cjhk发表于22楼的内容
哥们  还在玩吗   我也想玩玩   加个QQ798428478

暂时没空诶,手机电脑都被缴了,我自己也没元件,如果想看看的话暂时先看看楼下的话吧

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左手执者作者
2年2个月前
26楼

下面是有关该机子时序的像素图,下午足足憋了3个小时才花好....

wave.gif

 

wave2.gif

 

wave3.gif

 

wave4.gif

 

wave5.gif

 

 

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虎哥
2年2个月前
27楼

这个动画做得好😊

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左手执者作者
2年2个月前
28楼

在网上发现了几本学习微机的好书

attachment icon Inter汇编语言程序设计.pdf 53.56MB PDF 134次下载 预览

 

attachment icon 计算机系统组成与体系结构.pdf 36.87MB PDF 157次下载 预览

 

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左手执者作者
2年2个月前
29楼

 小更一下

p-d51a3071.jpg

 

p-d534f468.jpg

 

p-d540c9b0.jpg

 

p-d5431331.jpg

 

p-d67914c6.jpg

 

 由于是趁家人不在拍的,后来才发现有些黑边,望谅解

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唐老鸭
2年2个月前
30楼

移位操作是ALU最基本也是最常用的操作之一。举几个例子

所有的乘除2的n次幂运算,编译器都是用移位来实现。

8086下逻辑地址生成需要先移位后相加。

定长指令立即数往往需要拼接才能生成,拼接操作就是移位相加。

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Resbi
2年1个月前
31楼

楼主是初三学生吗?是的话建议暑假继续呢。。

最近我也在设计CPU,logisim已经搭好了,准备搬到74上面来(这是我很久以来的一个梦想)

请问有什么需要注意之处吗?

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左手执者作者
2年1个月前
32楼
引用Resbi发表于31楼的内容
楼主是初三学生吗?是的话建议暑假继续呢。。最近我也在设计CPU,logisim已经搭好了,准备搬到7...

名义上是初三学生,但实际已经被高中自招走了(选取全县前一百名),然而上面教育局发通知我们还要进行中考(虽然达到录取线就可以了,但是还是觉得没什么必要),所以暑假还是要补课。但如果搞这个东西的话应该还是可以的,毕竟现在家长也慢慢开始理解我了,而且高中说我们要培训noi,我本人也想去参加一下电脑制作大赛(全国性质,特别突出有大学保送名额),logisim的话这个软件我还是觉得是太老套了,毕竟人家开发者也没在维护,另一个在github上面的项目digital是其他人在logisim上面的续作,可以尝试看看。我觉着吧,74机子这种东西真的是一种浪漫,也可以撑得上是一种情怀吧,最起码比fpga等等装在黑盒子里连个灯都看不到(非贬低之意),74机做出来的成就感无意于吧一堆零零碎碎只能实现单一功能的东西变成一个整体和谐的组织,但是目前高中学业繁重,“单休日”恐怕没什么时间,暑假的话呢我会认真开始将计划变为实践

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神之觉醒
1年9个月前
33楼

楼主的文章我看过,故事情节+1

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神之觉醒
1年9个月前 修改于 1年9个月前
34楼
引用左手执者发表于12楼的内容
由于最近学业繁重且家长禁止我使用手机之后,进度较慢请见谅,用了两个小时整理了一下龙少的帖子,眼花了2...

这里纠正一下。。 C编译器每行代码都是我亲手码的, 曾经有人叫我做, 我直接开价5W,   支持C98 或C11标准的价格好商量

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Johnsons
1年9个月前
35楼
引用神之觉醒发表于34楼的内容
这里纠正一下。。 C编译器每行代码都是我亲手码的, 曾经有人叫我做, 我直接开价5W,   支持C9...

就这样,速度极快kg++编译器诞生了

而且还是开源的(!)

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左手执者作者
1年9个月前
36楼

B寄存器(核心)原理图绘制完成

B'.png


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zylinux
1年9个月前
37楼
引用神之觉醒发表于34楼的内容
这里纠正一下。。 C编译器每行代码都是我亲手码的, 曾经有人叫我做, 我直接开价5W,   支持C9...

话说我就是被开价5万的人。吓傻 呵呵,本来想以龙少的东西写本书,顺带翻译一下他的代码。看来这个计划要放一放,没关系,交流学习永远是开心的。我接受这个价格,但是付不起。平时工作也比较忙。哎。 不过在这里我肯定下你们两个人的学习精神,高中初中就可以这么了解计算机。我的确佩服。

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虎哥
1年9个月前
38楼

抛开生态系统不说,其它设计最好在FGPA上验证。如果要研究计算机电子学,那就要按照科学办法研究,该学啥学啥,手段能有多先进就多先进。如果是爱好情怀另说,我还想做个只用继电器的计算机呢😂

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zylinux
1年9个月前
39楼
引用虎哥发表于38楼的内容
抛开生态系统不说,其它设计最好在FGPA上验证。如果要研究计算机电子学,那就要按照科学办法研究,该学...

分立器件我还是蛮喜欢的,有实际的东西在手,特别是对于初中高中生来说,以至于大学刚入学的学生,就是一个很好的学习例子。对于初学者来说是也是一种很好的体验。当年我很晚接触计算机,还是家里人给我瞎报的专业,计算机。因为以前没有好的老师带。呵呵。

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左手执者作者
1年9个月前
40楼

目前把B寄存器设计好了,并且也已经测试好了

一个138负责选通需要发射的脉冲,这个控制总线称为G,有的是负责配置寄存器的,有的是负责控制寄存器的CP时钟和复位

还有一个类似功能的总线称为E,负责选通芯片的使能,使之输出(亦可作某些芯片的多周期保持操作)

例如写一个芯片:

.......

E指向输出芯片;

G指向输入芯片的load并发射脉冲

E收回,等待其他指令使用;

.......

其实我觉得计算机最基本的就是发射脉冲和条件判别了吧


B.png

B'.png

打开软件:

attachment icon Digital-0.22.zip 4.53MB ZIP 53次下载

文件:

attachment icon B.zip 17.91KB ZIP 50次下载


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左手执者作者
1年9个月前
41楼

更新历史:

19-7-18

发布电路图B,B'寄存器

19-7-20

改进了B寄存器的电路

合并了B,B'

修复了一些错误,例如74194的结构图错误

attachment icon B.zip 335.44KB ZIP 48次下载


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左手执者作者
1年8个月前
42楼

目前更新了电路(暂不方便发布),制作了一期视频介绍了目前的进度和它的操作演示,大家有兴趣的可以看看

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神之觉醒
1年8个月前
43楼

辛苦了, 期待楼主新作;


刚翻了一下以前的东西, 找到了楼主关于移位指令的疑问, 我以前那个CPU设计移位指令是用在这个地方了..

移位0.png


移位1.png


移位2.png


移位3.png


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咸弟
1年8个月前
44楼

真牛逼,都是人才

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左手执者作者
1年8个月前
45楼

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另:暑假要到期了,可能没时间了

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xljxlj
1年8个月前
46楼
引用左手执者发表于45楼的内容
来迟的文档:另:暑假要到期了,可能没时间了

同是初升高。。。也是从小学就开始玩,不过我搞硬件电路方面,貌似掺和不上😂

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TubeChip404
1年8个月前
47楼

看到楼主,想起去年上课无聊,遂拿出笔记本开始研究起cpu了,这不是我yy的第一个cpu,回想整个yy历程,没有楼主这么详细的框架设计,都是想起来啥就添点啥,最一开始的时候只是想做一个指令译码器,在完善指令的同时就把cpu的大体框架给鼓捣出来了,之前脑内编译之后笔算二进制码,用winhex写入文件中,这次干脆用python写了个针对自己设计的cpu的编译器,支持部分8086指令集和一些自创的指令,支持汇编宏,设计中使用了ROM作为乘法器除法器,基本上可以在三个周期内解算出8位以内乘除法,其他运算器是龙少同款181,寄存器是两片573串联,支持内存和寄存器、寄存器和寄存器、外设和内存、外设和寄存器等寻址方式,地址总线16位,数据总线8位,下图是cpu大概框架:

TIM截图20190815195219.png

以及python写的编译器:

TIM截图20190815195322.png

TIM截图20190815195850.png

编译了一个读取adc并显示到lcd上的汇编代码,hex转bcd的代码有bug,但是能显示部分正确值:

TIM截图20190815195431.png

TIM截图20190815195912.png

TIM截图20190815200041.png

TIM截图20190815200222.png

以及汇编的宏定义显示代码。。。

TIM截图20190815195350.png


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左手执者作者
1年8个月前
48楼
引用TubeChip404发表于47楼的内容
看到楼主,想起去年上课无聊,遂拿出笔记本开始研究起cpu了,这不是我yy的第一个cpu,回想整个yy...

了不起啊,大工程

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左手执者作者
1年8个月前
49楼

汇报一下最近的情况:大改了alu的结构并准备画板,验证了sram的可靠性。另外想问一下,为啥储存器的价格差异如此之大,我总感觉自己储存器买贵了,那些便宜又几兆的并行sram和eeprom究竟是否可靠

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左手执者作者
1年7个月前
50楼

咱不心急,慢慢画...

Rcon2.png

Rcon.png

BCP.png

B.png

ALU.png

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左手执者作者
1年7个月前
51楼

目前经过电路优化后理论上可以达到1m/s的乘除法计算速度(16的节拍,采用16mhz时钟),相比查表法轻量许多(其实也并不算真正的轻量 毕竟alu为此付出了很大的代价),上图就是整个alu,目前还没有实际检验过操作是否符合过理论,因为手工仿真比较繁琐,一步错就完了,估计要画两三张板子,pcb将采用山字型排布(所有板子通过一张总线板挂在一起),降低了拆装复杂度,提升了美观性。@神之觉醒 您怎么看

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