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实验目的:第1关:汉字字库存储芯片扩展实验第2关:MIPS寄存器文件设计第3关:MIPS RAM设计第4关:全相联cache设计第5关:直接相联cache设计第6关:4路组相连cache设计第7关:2路组相联cache设计测试结果:实验目的:
1、理解计算机中的重要部件:存储器。
2、学习存储扩展的基本方法,能利用所学理论知识进行设计 MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。
3、能够利用所学习的 cache 的基本原理设计直接相联、全相联,组相联映射的硬件 cache。
第1关:汉字字库存储芯片扩展实验
汉字点阵为1616位。需要8片16K32位ROM来存储点阵信息。我们需要用4片4K32位ROM代替其中一片16K32位ROM。4K需要12根地址线,16K需要14根地址线。所以高位多余的两位作为片选信号。我们需要一个数据选择器,来进行选择输出那一片ROM中的数据。再根据数据进行分析,数据的最后两位是选片区的。所以将最后两位直接输入到选择器选择短。最后将数据对应连接,及可得到电路。
第2关:MIPS寄存器文件设计
MIPS拥有32个通用寄存器,一个pc寄存器,一个HI和LO寄存器,另外协处理器也有自己的寄存器,如CP0有32个单独的寄存器,浮点协处理单元也有自己独立的寄存器。
第3关:MIPS RAM设计
Logisim 中 RAM 组件只能提供固定的地址位宽,数据输出也只能提供固定的数据位宽,访问时无法同时支持字节/半字/字三种访问模式,实验要求利用4个8位的 RAM 组件进行扩展,设计完成既能按照8位、也能按16位、也能按照32位进行读写访问的32位存储器,最终存储器引脚定义如下图。
按Ctrl+K启动后,可以看到PASS
第4关:全相联cache设计
学生掌握 cache 实现的三个关键技术:数据查找,地址映射,替换算法,熟悉译码器,多路选择器,寄存器的使用,能根据不同的映射策略在 Logisim 平台中用数字逻辑电路实现 cache 机制。