第144章 时序逻辑电路和寄存器 (第1/2页)

    小服务员给弄来的这套渔具相当有档次。

    用具一应俱全：钓竿、水兜、鱼篓、小笊篱、鱼饵……

    居然还有个小折叠凳。

    江寒谢过小服务员，拿着这些东西，来到中央鱼塘处。

    在岸边选了个没人的地方，架好鱼竿，就开始闭目养神。

    当然，其实是进入了虚拟空间。

    闲着也是闲着，不如做点事情。

    上次做的算数逻辑单元，还有几个地方，必须完善一下。

    比如，其中的加法器部分，当时并没有考虑执行效率的问题。

    当进位从低位向高位，逐一传递时，可能会产生很高的延迟。

    江寒通过看书，找到了一种解决方案。

    这种被称为“进位预测”的技术，通过特殊设计的逻辑电路，能有效地缓解进位延迟问题。

    江寒按照资料中的讲解，将原本的ALU改造了一下。

    测试后，效果还算令人满意。

    附带一提，这个ALU并没有实现乘除法和浮点运算。

    并不是不需要，而是如果一切都用硬件来实现，电路会过于复杂。

    ALU是和cao作系统搭配工作的，一个计算机系统能做多少事情，由二者共同决定。

    在设计ALU时，硬件上需要实现多少种功能和cao作指令，本质上是个性价比问题。

    如果为了性能，应该尽可能用硬件来实现所有的算数运算和逻辑运算。

    但这样做，成本太高昂了。

    江寒权衡再三后，决定现阶段只实现基本的算数和逻辑，剩下的部分交给cao作系统，用软件的方式解决。

    接下来，江寒打算实现一个存储系统。

    计算机不仅要能做计算，还应该能根据需要，存储、读取数据。

    计算机中的数据，都是以二进制来存储的。

    其中比较特别的，是机器指令代码。

    其实，在冯诺依曼体系中，指令也被看做一种数据，特殊的、可执行的数据。

    这也就是存储程序的概念……

    计算机中的存储单元，无论是寄存器，还是内部存储器，通常都是由时序电路组成的。

    时序电路的实现，其实并不算特别复杂，本质上就是个周期性电信号的处理。

    但如果考虑到同步、时钟、反馈等一系列问题，就稍微有点麻烦了。

    江寒照旧将大任务分解成小模快，，然后从最基本的地方入手。

    首先，要实现一个“触发器”。

    如果说ALU的基本部件是“与非门”，那么时序单元的基本部件，就是“触发器”。

    工程实践中，“触发器”有多种设计方案。

    江寒选用的，是最常用的，也是比较简单的“D触发器”，简称DFF。

    此类“触发器”通常包括4个“与非门”，并提供1个输入管脚，一个输出管脚，通过“反馈回路”来连接基本的逻辑门。

    大多数计算机系统里，都是采用振荡器来实现时钟信号。

    用连续的交变信号序列，来表示时间流逝。

    所谓交变，就是电信号从高到低，在从低到高，反复循环。

    用数字来表示，就是0-1-0-1-0-1……

    每两个波峰之间的间隔，称之为1个“时钟周期”。

    现代个人电子计算机的时钟频率，通常高达每秒钟几十、几百甚至几千兆赫！

    计算机系统通过时序信号，来整体协调各个部件的运行。

    “触发器”根据主时钟信号的连续交变，将前一个时钟周期的输入，当做当前时钟周期的输出。

    这个过程可以用out=in来描述。

    江寒用4个与非门打造出D触发器后，又在其基础上实现了“二进制存储单元”。

    这是只能存取、记忆1个二进制位的小装置。

    包括一个输入